全國中小學科展

國中組

扭腰擺巢-探討褐帶紋水螟蛾幼蟲之保護構造和運動方式

褐帶紋水螟蛾(Parapoynx crisonalis)幼蟲棲息於池塘的水域環境,幼蟲為增加身體浮力使移動更有效率和保護自身避免天敵攝食,而有造巢的行為。無巢水螟蛾幼蟲以毛蟲運動方式前進,但移動速度比有巢者慢。有巢水螟蛾幼蟲移動時,會伸出前端七個體節,左右擺動身體,讓身體與巢以S形的方式移動。有巢幼蟲移動速度,主要受蟲體擺動的角速度影響;幼蟲轉彎時改變的角度,主要受蟲體該次左右擺動之角速度差影響。因幼蟲會攝食自身的巢,因此造巢葉片選擇順序和攝食喜好是一致的。巢具有立體的外觀,可增加巢的浮力;形狀呈橢圓形,且短軸與長軸的比值為0.22,可使巢在水流中所受的阻力較小。

平面圖形重心問題之探討

課本上提到三角形的重心是三邊中線的交點,使我們好奇的想到四邊形的重心在那裏呢?五邊形、六邊形呢?甚至扇形、拋物線圖形呢?因而引起我們研究的動機。

把玩颱風漩!旋!炫!-藤原效應探討

用自行設計安裝的水流裝置製造短暫的漩渦,模擬颱風的形成。以目視觀察,並運用數位相機及攝影機拍攝記錄實驗過程,於照片及錄影資料中,篩選出較典型運動模式,及剪輯實驗過程影片,討論與分析颱風形成後的動向和雙颱間的相互影響。我們發現,我們設計的裝置確實可以產生類似颱風氣流的水波,以及兩個颱風(漩渦)在一定距離範圍內時,彼此相互影響所產生的現象,包括:一、較強的漩渦會令比它弱的漩渦繞著它旋轉。二、比較強勁的漩渦會把小的漩渦吸收。三、如果兩者強度差不多,兩者便會互相圍繞一個共同中心旋轉。四、有時兩個漩渦會互相排斥。五、有時兩個漩渦會一個跟著另一個而行。因此與所蒐集的颱風(藤原效應)理論相吻合。

光、輪輻與視覺之圓舞曲—疾轉下的定格影像

夜晚的公路上,汽車在路燈下行駛,我們常可見到輪胎的輪輻呈現多樣的變形影像,令人印象深刻。我們花了數年的時間,從大量觀察旋轉葉片著手,找到一個有趣而可靠的規律,然後成功地建立一個基於視覺暫留與總亮度比例調色的模型,再以這個模型去模擬計算各種不同的輪輻在各種旋轉頻率下可能出現的定格影像,終於得到一個完整地,適用各種不同輪輻的公式。藉由這個公式我們可以就任何輻條數,甚至輻條(黑)與輻條之間的間隔(白)不等弧長的輪輻作預測,預測它在任何轉速下可能被看到的已經遠不像靜止輪輻的多樣定格影像。也許日後在特定頻率的光源配合下,這些輪輻影像可以成為偵測的影像來使用,我們只要見到何種預知的影像,便馬上可以知道它的轉速。

分子大小測定之研究-肥皂膜的實驗

在國中二年級的化學課本第六章第一節裏,我們學習了測量硬脂酸的分子有多大。此實驗是將一定量的硬脂酸石油醚溶液,滴加於水面上,由於表面張力而展開形成一層薄膜,然後量其表面積,由體積÷面積=厚度,而此厚度就是硬脂酸分子的大小了。但是全班同學在結束此實驗後發現,由於硬脂酸展開方式不同,產生了很大的誤差,因此同學們開始對此實驗進行討論,討論產生誤差的可能變因。將此討論結果,歸納出五大因素如下:(一)滴加一滴硬脂酸石油醚溶液的體積,無法正確的量出。(二)所使用的硬脂酸的特質。(三)滴加時,滴管到水面的高度。(四)水的溫度、硬脂酸的溫度,以及薄膜展開情況。(五)滑石粉的特質(粗細)。以上是我們討論出可能產生誤差的原因,由於班上沒有時間再設計實驗裝置來做進一步的驗證,因此延到假日再詳細的檢討,經老師的同意,設計實驗裝置,同時選擇幾種物質來做,其結果肥皂水效果很好,故改用肥皂水來做,從肥皂水的結果來證明產生誤差的因素,實驗設法使此誤差降低到最小。同時提高其正確性。因此實驗包括實驗裝置的設計,及表面張力等。完全是屬於物理關係”故參加物理科的展覽。

通關不「卡卡」—可讀取多重RFID感應卡之皮夾裝置

RFID 是「Radio Frequency Identification」的縮寫,中文稱為「無線射頻識別系統」。RFID目前廣泛的運用在交通運輸、門禁管制、物流管理及商業儲值上,甚至未來的學生證都會使用RFID。隨著RFID的運用越來越多,皮夾內將會同時有好幾張RFID卡,使得刷卡時必須將卡片拿出單獨刷卡,非常的不方便。本實驗目的即為發展出可讀取多重RFID感應卡之皮夾,對多種常見材料的RFID屏蔽效果及讀取影響作一系統化的探討。實驗結果顯示,屏蔽金屬會大幅降低RFID的讀取距離,且讀取距離與間隔厚度成正比。在可屏蔽材料中銀箔具有最佳之讀取距離,而搭配軟性電波吸收材(FAM)的測試中,銀箔紙具有最佳的讀取距離。本實驗最後成功的利用不同的材料組合,設計出只需刷皮夾的不同面,就可以只讀到特定的卡片。

酯酯香醇--酯化反應之最佳化探討

乙酸乙酯的酯化反應最佳化研究,透過田口式實驗設計法,決定對酯化條\r 件進行四變因(溫度、催化劑量、醋酸含量、無水乙醇含量)三水準的實驗,利用\r L9直交表,縮短了反應所需的進程及效率,透過一連串的探究與分析,由圖表\r 的趨勢,我們發現:\r 1. 整個酯化反應,以催化劑的有無扮演最重要的角色,沒有催化劑,反應進行\r 有如牛步。而且催化劑量1ml、3ml、5ml,以1ml 的效果最好,並不是劑量越\r 高就越好。濃硫酸及濃鹽酸都能扮演催化劑的角色,但以濃硫酸的效果較佳。\r 2. 反應溫度25℃、55℃、85℃,以55℃為最佳。\r 3. 醋酸過量對提升產物生成率有明顯的效果。\r 4. 無水乙醇過量對提升產物生成率也有效果但不若醋酸好。\r 5. 攪拌對於這一個勻相的反應,效果並不明顯。

再翻出一片天

m 個杯口向上的杯子,每次翻轉 n 個,讓所有的杯子朝下最少需要翻轉幾回合?去年的全國科展有一優勝作品,探討的正是這類問題。經過研究,我發現該文因較缺乏系統性,沒有提出快捷翻轉杯子的策略,在未證明翻轉次數確實是最少的情況下,即從所得數據歸納最少翻轉次數的公式,所以沒有發現部份結論有誤。一般研究杯子翻轉的問題都是在每一回合計算正反杯的數量變化,可是當杯數和翻量變大,這種計算杯數差的方法會十分複雜。因此本研究創造了三種特殊且簡易的操作法,分別稱為折半法、對稱法及折半法+對稱法。文內將介紹如何用這幾種快捷的翻法解各類型翻轉杯子的問題,並證明所得的確實是最少翻轉回合數。最後,本研究還會討論以連續數翻轉杯子的延伸問題,並設計一些生活應用題,以推廣研究的結果。

調整金屬粒子在晶體中排列的新方法

依國中化學書中所敘, L 將鋅片用砂紙擦亮,一端彎曲成鈎狀,把直的一端插入約半滿的醋酸鉛溶液。使鈎狀的一端掛在管口上,放在試管架上靜止數小時後,觀察浸在溶液中的鋅片表面上,有什麼東西長出來。2.用同樣的手續將銅片擦亮,浸入硝酸銀溶液中,靜置數小時後,觀察銅片上的變化。我們曾照著上述方法一次又一次的實驗,結果我們所能看到的 a在銅片上只是一小塊白灰色的泥狀銀了,並沒有光亮針狀的銀。b 在鋅片表面初時能出現鉛的晶體,但時間一長就掉落離開鋅片的表面,也就看不到鉛的樹枝狀結晶。因此我們想到是否能找到其中的原因,並進而改進結晶的方法,使能析出排列規則的美麗晶體。

風兒慢慢吹--小巧風力發電機

人類使用化石燃料所產生的廢氣、造成空氣污染、酸雨與溫室效應的問題與能源危機等正衝擊人類,尤其在全球氣候變遷與環境保護的呼聲中,科學家不斷努力發展綠色能源以為因應之道。台灣地區冬季盛行東北季風,有利於發展免費且沒有污染的風力發電,然而我們中學生在這一方面是否能將我們所學的知識,利用簡單的器材將風力轉換為可用的能量呢?利用簡單的器材,將風力轉換為可用的電能。將課本上所學的「能量的轉換」、「愛惜地球資源」、「環境保護」、「摩擦力」、「力矩」、「串聯;並聯」、「電磁感應」等知識用到現實生活中。由本研究結果看出利用簡單易得的裝置可以將風力的能量轉換為可利用的電能,增加的裝置或許不一定經濟,但以較長的時間慢慢充電,可以使用免費且環保的能源,對地球環境保護盡一點心力。尤其推廣這樣的概念,人人動手做,除了樂趣與成就感之外,將使環境更美好。若有適當的發電機,就算只有微風也能如本研究般發電。像本研究取自錄放影機的發電機,只要感覺到有風就會轉動,轉速不用很快就可以使 LED 燈泡發光,就算夏天的微風一樣可以利用風力發電。若是處處有風車,除了環境美化之外,還可以隨時儲存能量,將這樣免費的能源,運用的更廣更實用。