全國中小學科展

國中組

以上帝為師~電子鼻在甲醛偵測的開發及應用

氣味能被吸附嗎?吸附後重量會增加嗎?甲醛是病態大樓症候群的元兇,要怎樣才能偵測得到?能模仿生物嗅覺模式組裝靈敏的甲醛偵測器嗎?這些引發出我的興趣。先利用炭材吸附蚊香味,以活性炭吸附 0.02g/g 最好,片狀竹碳磨碎後吸附增加 32 倍!但稱重法靈敏度很差(5900ppm)。為了改進,模仿生物的嗅覺模式以金屬氧化物晶片為接受器,吸附氣味後將改變電壓傳到示波器顯示,成功的開發電子鼻科技一號電子鼻。反應電壓和甲醛濃度或注射量呈正相關,相關係數達 0.9 以上,靈敏度達 0.001ppm,再現性好,誤差只有 0.83%。科技一號偵測不受濕度影響,可應用到環境監測,偵測出裝潢三個月的櫃子約有 0.1ppm 的甲醛,驗證曝曬使合板甲醛易釋出,也可以辨識回鍋油,希望科技一號能對環保貢獻一份力量。

環保「袋」著走

本研究主要在分析超商手提網袋的相關構造、拉長長度、承重及易斷裂處,並製作不同材質的超商網袋比較其差異,從中選擇承重適當的淋膜不織布材質改成較易製作的圓形進行各項實驗,比較網袋不同切割線的圖層數、區域數、線數、線距、張開角度、形狀及手提樣式所產生的差異。從網袋的規則及對稱中推理出「對摺剪紙」概念並運用環保於舊衣上,最後結合實驗結果把超商網袋常用完即丟且容量太小的缺點加以改良,研發出便宜、方便攜帶、手提舒適又可重複使用的可收納環保網袋。

海洋的流浪者─漂沙研究

在聯課活動──「科學實驗」的報告資料查詢時,由書中我們知道在台灣西南海岸,如屏東沿海一帶,海岸非常容易侵蝕,使得一些建築物如墓地浸在水中,相反的,在嘉義、彰化、台中一帶的沿海,海岸容易堆積,便於造成海埔新生地,為什麼相同在西岸兩處有那麼大的差異造成的因素是什麼?兩者之間是否有何關聯?

從布落卡點談起─三角形中所有的類布落卡點的探討

在一次數學課時老師提到從直角三角形的頂點開始,連續往三邊作垂線,垂足點會逼近同一點如圖(1),P1,P2,P3,P4……Pn,我們將此趨近點P與三頂點A,B,C 連接後發現將 P 點的周角分成三對與原三角形內角相等的角,如圖(2),∠1=∠A,∠2=∠B,∠3=∠C,這很神奇,我們從老師口中約略的知道,此點叫布落卡點,但對一般三角形卻不知要怎麼去作出該點,這引起我們想要深入的去探村其中道理的興趣,老師也鼓勵我們去研究。 \r

大有「旋機」—透過旋轉式機制重新探討機翼升力

在本實驗中,我們將測量升力常見的「懸吊式」裝置改良為「旋轉式」裝置,透過馬達轉動,會產生電力的原理延伸:以馬達為主體,並將機翼接於馬達上,此時產生的電流大小,即定義為機翼升力大小。並配合月曆紙與珍珠板所製作的環保風洞,測量不同長、寬及弧高位置的機翼,更透過雙腳釘更進一步的測量前、後掠式的機翼升力,也另外探討了表面材質對機翼升力的影響。

膠碘方程式

自製的簡易光度計「方」「程式」,是以大大小小「方」形積木,組合成合適的反應系統,運用智慧型手機內的感光元件,搭配科學日誌App軟體裡的照度計,或與硬體Arduino「程式」來控制光源或感測元件,測量硫代硫酸鈉與鹽酸反應終了的光度變化,替代以肉眼目視的缺點,也可測定不同濃度的硫酸銅溶液與有色的果汁溶液,均可以有一定的參考依據。「膠碘」溶液:聚乙烯醇-硼酸-碘液系統,會使溶液呈現藍色,PVA濃度太濃時會有結塊情形;5%硼酸體積若低於整體體積約20%,將導致溶液沒辦法顯色;但0.0125 M碘液體積可以減量到整體體積的3%都還能顯現藍色。我們可以用PVA-硼酸代替澱粉,在丙酮的碘化反應中,當作判斷反應終了之指示劑。

失落的符號

利用衝壓車床將五種不同的金屬片打印上數字符號,再使用砂輪機將金屬片上的數字刻痕磨光,而後塗抹上四種不同的電解液進行化學腐蝕法和氧化還原法,以期使被磨除的刻痕重現。本研究在探討-銅、鐵、鋅、鋁、不袗金屬,在對上氫氧化鈉、氯化鐵、氯化銅和鹽酸混和液(Davis試劑)及綜合酸試劑中,哪一組的顯現效果最佳,改變電壓和濃度結果又會如何? 最後我們發現: 1. 氫氧化鈉NaOH只對活性大的金屬(如鋁及鋅)的效果較好。 2. 氯化鐵FeCl3對銅效果較佳。 3. 氯化銅和鹽酸綜合試劑(CuCl2+HCl+H2O)對大部分金屬皆有不錯的效果。 4. 混合酸(HF+HCl+HNO3+H2O)效果好,反應很快,但不易記錄,易腐蝕過頭,而且配製過程危險。 5. 電壓和濃度基本上是越高越好,但太高容易有反效果,腐蝕效果太過,連想顯現的的刻痕也腐蝕掉。

「變臉」遊戲的研究與推廣

如果 n^2-1 個正方體在 n×n 格的平面方格中翻轉時,正方體相互間會受到很多的限制。本研究即利用 n^2-1 個正方體在 n×n 的平面方格中翻轉時的特性,所設計出一連串的遊戲,並將遊戲推廣至正四面體在三角格中翻轉的情形。

轉角遇到光

本實驗對光纖的導光特性進行研究,證實太陽光可透過光纖引導,進行照明之利用。由 於教室內的人工照明需求量很高,台灣四季雖有充足日光,學校建築物本身受限於環境,無 法以綠建築概念建造,若開發太陽光纖照明技術,就可節省大量電能耗費,減少二氧化碳的 排放量。本實驗量測教室內自然採光及人工照明下的空間照度,以評估太陽光纖照明的需求 性,並研究日光燈的等照度圖及模擬方法,可以評估室內的照度分佈及需要補充照明的位置。 經實驗發現,教室內人工照明的照度略不足,且搭配自然採光的燈具配置與控制也不完善。 本實驗最後以模型屋的光纖導光實驗,模擬光纖照明應用的可行性,發現太陽光經聚光後再 經光纖傳導,其能量使用效率相當高。希望藉由創意的實驗設計,對太陽光纖照明科技能有 進一步的了解,並為地球環保盡一份力量!

垃圾變黃金

地球上的能源日趨銳減,人類所製造出的垃圾遠多過於能使用的能源。能否將這些垃圾變成可以使用的能源是我們想探討的問題 。工業革命後,全球慢慢由農業社會轉型成為工商業社會。工廠需要像石油這種可以產生動力的能源 ,人類需要依賴天然氣或瓦斯來烹煮食物、燒開水…等。但是這些能源並不是用之不盡 ,取之不竭的。所以我們想製造一種既可以減少垃圾量,使用後又沒有污染的能源。希望達到環保與再生的目的。為了尋找這種能源,我們詢問過老師,也查過資料。我們發現酒精是一種燃燒後只會產生CO2跟H2O的產物的能源,比起其他能源使用後的產物還要來的乾淨,環保許多。酒精要如何製造呢?這學期自然課中,我們學了「有機化合物」。有機化合物中的「乙醇」也就是酒精,可以利用葡萄糖加酵母菌發酵製成。哪些材料可以做為我們這次實驗的材料呢?我們在街道、農莊、水塘與家中看到許多的垃圾,它們都是碳水化合物;像阿公家種的稻子,收成後不要的稻殼、路邊攤賣甘蔗的小販削掉的甘蔗皮、廚房已經發了芽的甘藷、菜市場菜販丟掉的玉米苞、水塘裡處處可見的布袋蓮以及椰子殼內的椰子肉,都是我們實驗的對象。實驗中我們討論什麼樣的材料最適合製造酒精。並且探討影響酒精產量的因素如:趜菌量的多寡、葡萄糖的濃度、發酵環境的溫度、發酵環境的pH值。經過半年多的實驗研究後,發現選擇的材料中以甘蔗最佳。且配合最佳的發酵條件,可以製造出濃度20%的酒精。我們真的把垃圾變成黃金了!