全國中小學科展

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國中組

電解質溶液的電流磁效應

利用電解裝置說明一、 導線上由自由電子移動產生的電流可使磁針發生偏轉,那麼在電解時正、負離子分別往負極、正極移動所產生的電流也可使磁針發生偏轉。二、 由磁針偏轉的方向來判斷正、負離子移動的方向。三、 溶液上方及下方磁場方向相反且其磁場強度與電流大小有關這些皆與導線情形相同。四、 把磁針放在溶液中某位置時,因上方離子移動其電流所產生的磁場方向與下方離子移動其電流所產生的磁場方向相反,當兩者的強度相同,把磁針擺在這位置時,將不偏轉。

扶搖直上—探討平原菟絲子的生活習性

平原菟絲子寄生植株以莖的部位最多,佔全部寄生質量的72%。平原菟絲子無法在純水中成長,以不同濃度的蔗糖水來進行測試,在2%的糖水中生長長度較其他濃度佳。平原菟絲子的果實內含有1~3顆種子,且2顆種子佔72%,種子在純水環境中的萌芽長度極限為7.2公分;3%醋酸水溶液會抑制種子發芽;在0.01M小蘇打水溶液鹼性環境中,生長極限為12.0公分。平原菟絲子同時具有向光性、背地性及向觸性,但無向溼性。捲曲莖內具有類似彈簧的彈性物質且成分為蛋白質;莖與寄主橫向剖面實驗中,發現吸器纏繞在寄主莖上,平均橫徑約1.3微米,部分吸器末端侵入寄主後會延伸出特殊組織,平均長度約1.3微米,但並非在每個吸器皆有此構造。平原菟絲子對植株皮層酸鹼具選擇性。

臺灣藍金、行船人的救星---太陽能「海水淡化槽」

本研究在探討海水淡化槽玻璃面的傾斜度、海水淡化槽寬度、長度、深度的不同對水滴\r 生成量的影響,並得出當傾斜度17.89°、長度42.69cm、深度5.5cm 時,有最大水滴生成量,\r 且寬度與水滴生成量呈線性關係。我們並據此作出一最佳的海水淡化槽(且設寬度為60cm),\r 至目前為止,其最大的水滴生成量為384.1ml (5 月9 日),我們並估算出4 坪土地面積所設置\r 的海水淡化槽,1 年可生產1,670 公斤的海洋深層水。當我們以墨水模擬進行汙水處理時,發\r 覺此海水淡化槽亦可作為簡易的汙水處理裝置。

誰最「數」配

我們的研究主題是「若有連續n個數字(nεN),要如何將這些數平分成k組,且使各組的數字和皆相同?」研究重點在於嘗試從列舉法得到的數據中,找到n與k的規律,並且找到最快且最方便的分組方法,研究方向朝「數字個數增加」及「次方數提高」兩個面向進行。最後,我們成功找出數字分組的規則和公式。

尼「煞」得住我-利用阻尼擺及渦電流來探討電磁煞車的效能

本研究是利用簡易的電磁阻尼擺裝置,探討各式線圈通過磁場時,因磁通量變化產生感應電流及磁場並阻止線圈運動。實驗第一階段結果顯示出線圈匝數越多或是電流越大,則感應的磁場就越強,越能將擺盪中的線圈速度減低。實驗第二階段是直徑粗的漆包線因為電阻小,所以雖然纏繞圈數只有20圈,但是對於速度減緩的效果卻比80圈的細線圈要好158杪。實驗第三階段我們也製作了一個簡易的渦電流煞車裝置,利用不同的金屬圓盤來比較感應磁場的差異,意外發現到磁性金屬和非磁性金屬間對於渦電流產生的變化不同,而利用渦電流所產生的阻尼作用只適用於非磁性金屬。目前0.3公分厚的鋁盤效果最好的是從12.7圈/秒到停止只花了1.06秒,在未來我們希望先應用在腳踏車上來使腳踏車煞車成為有效又經濟實用的煞車方法。

神奇的燃料電池

本研究分成兩部分,第一是探討一般電源轉換成燃料電池的電源之電壓轉換情形,第二乃利用實驗室的簡易儀器仿製伏打電池來製作燃料電池,並探討加入合成清潔劑使其產生泡沫後,電壓是否能夠穩定。在第一部分的實驗中,以電源供應器做為穩定的供應電源、0.1M 硝酸鉀做為電解液,依供應的電壓、通電時間與電極(實驗室碳棒)在液面下的接觸面積的不同,結果發現電壓越大,或通電的時間越久,或電極接觸面積越大,燃料電池剛開始的電壓越大,且電壓下降的也越緩慢。第二部分的實驗中,仿製伏打電池以自製燃料電池,正極部分使用未稀釋的雙氧水加上少許的二氧化錳以產生適量氧氣,負極部分則使用固定面積的鋁箔片加上濃度相同的鹽酸或氫氧化鈉以產生氫氣,電極材料使用4B 的鉛筆心(4B 為三種碳棒種類H、2B、4B 中效果最佳者),以1M 的硝酸鉀做為鹽僑,並探討加入合成清潔劑產生泡沫後是否可以使電壓穩定,結果發現鋁箔片與氫氧化鈉產生氫氣的反應較佳,且增加接觸面積時,燃料電池的電壓較大、電壓下降的時間較長,而加入合成清潔劑後,電壓更加穩定。每添加一次鋁箔片以產生氫氣時,電壓可以立即回復至最大電壓,證明氫氣燃料電池使用時若電壓下降,則必須繼續添加反應物質。而當負極溶液中沒有氫氣則無法產生電力,更證明了氫氣與氧氣是本實驗之自製氫氣燃料電池的電力來源。

泥火山的春天

我們發現泥漿土的比例愈高,發芽率相對的就有變低的趨勢。我們首先推測可能是跟礦物質多寡有關,但實驗結果卻顯示酸鹼度的影響性大於礦物質。我們運用不同種子當作變因,水源(自來水)、溫度陽光(陽台陰涼處)為固定因子,顯示了礦物質多寡對不同種子的發芽率影響性不大。我們運用不同的水源(自來水及硫酸水)當作變因,對相同種子、溫度及陽光(陽台陰涼處)為固定因子,結果顯示酸鹼度對於酸鹼範圍較廣的種子(小白菜)、嗜鹼性種子(金盞花)、嗜酸性種子(桔梗)的發芽率有明顯影響。

河川-關心北部旱災;請看我:土石流如何停

接連數個颱風侵台,造成大台北淹水,全省土石流災情頻傳,傷亡慘重,財產損失難計其數,及最近北部旱災,針對這些天然大災害,我們應該了解災害的成因,即使我們無法防止災害的發生,也應該學習如何減少災害帶來的損失。本團隊「天然災害研討社」經長期探討,發覺水災、土石流、旱災的成因錯綜複雜與河川有密切關係,故我們研究從認說河川開始,為了方便測量坡度,我們設計坡度測量器(如模型),河川中上游我們應用大自然之力,化解土石流的破壞力,我們發明了閘道堤,可為相關單位作為整治土石流的參考。河川下游部分,我們利用經濟的膠墊,發明了地下堤防,可供北部整治旱災、水庫、河川疏溶的參考。希望身為災區的災民,能利用此次科展,將研究的成果及發明提供專家參考,為整治山河盡點義務。

一波未平,一波又起─探討克拉尼聲圖

藉著自己動手做出產生克拉尼聲圖的裝置,進而觀察及探討在不同條件下所得的結果,最後再加以實驗、數據分析,並歸納結論。一、在不同形狀之金屬板上,以弓摩擦其邊緣,觀察圖形與變化,並作頻譜分析。二、 以鼓皮做為媒介,利用喇叭產生波動,觀察圖形與變化。三、 嘗試在克拉尼聲圖中非節線處(波腹)製造固定點,觀察固定點位置、數目的週期性變化對產生圖形之影響。

最後一張王牌

這是一種撲克牌遊戲,關於數列規律與函數的研究,類似「約瑟芬問題」。假設手上有一些牌其正面朝上順時鐘排成圓圈,首先探討「蓋一張跳一張」的玩法,一開始將A號牌蓋牌,跳過2號牌把3號牌蓋牌,跳過4號牌把5號牌蓋牌,…每次都跳過一張還沒蓋牌的牌(若已蓋牌成背面的牌不予理會),最後可找到最後一張牌面朝上的牌。首先探討先蓋牌後跳牌的玩法,例如:「蓋一張跳一張」、「蓋一張跳二張」、「蓋一張跳三張」、…等,接著探討先跳牌後蓋牌的玩法,其不同張數牌之最後一張牌的規律。最後我們發現「蓋p張牌再跳q張牌」與「跳q張牌再蓋p張牌」的規則,不同張數n其最後一張牌為「等差跳躍函數」,分別為F(n)與G(n),有著相關性為F(n+p)=G(n)+p (n≥1)。