全國中小學科展

國中組

太陽與化學的對話-太陽能板應用在電化學的探討

本研究探討太陽能板的發電性能及其應用於國中課本內電化學實驗,例如電解水及電解硫酸銅用於銅離子回收等的可行性。研究結果發現太陽能板開路電壓會隨著板面溫度的上升而下降,在太陽下太陽能板開路的電壓平穩,短路電流不隨著照度增加而增加。以SM5151串聯的太陽能板為電源用於電解水,氫氣的產生速率是使用直流電源的兩倍,可於45分鐘內收集到8ml的氫氣,其效果遠比課本上以三顆乾電池串聯為電源佳。以太陽能板為電源配合設計的裝置電解CuSO4(aq),銅在負極上的吸附情形良好,可應用於廢液中銅離子的回收及物品的電鍍。本研究結果顯示以太陽能板發電,除了用於永續能源的教學外,可應用於課本上電化學實驗之改良,還可將實驗搬到教室外陽台上做。

電不電有關係--『奇、檬』子的問題

本研究旨在找出影響果汁電池電壓、電流大小之因素,進而改良、設計出一電壓穩定、\r 電流大之簡易果汁電池。綜合本次的研究結果可發現:\r 1. 電壓:選擇氧化還原電位差異大的金屬當正、負極,即可得到電壓大的電池\r 2. 電流:選擇檸檬當電解質並加入食鹽,且電極距離要近、深度要深、接觸面積要大,把握\r 這幾項原則,就可以製作出功率、電量都不錯的電池。\r 3. 自製加鹽奇異果汁的電量為31.5 mA〃h,而加鹽檸檬果汁的電量為70.8 mA〃H(只測試\r 一片鎂-銅電極所做的電池)\r 4. 將電極,像鉛電池的單槽電極般放置,電流顯著增加。利用此種方式,自製一個1.5V、\r 220mA 的加鹽果汁電池。

波濤洶蛹

現今都市的環境,生物體包括人類,幾乎是暴露在無所不在的電磁波中生活,過去已有相關研究指出,磁場對於生物的確有影響,但較少看到針對磁場對於生物體整個生命週期的影響作完整的研究探討。本實驗以野生型果蠅為實驗動物,外加不同強度的磁場,探討外加磁場下果蠅行為、生活史及生殖力的影響。我們將果蠅養在含有固體培養基的牛奶瓶中,利用線圈通電以製造外加磁場。結果顯示,在外加磁場下的果蠅,行動明顯較對照組果蠅來的遲緩;在一般正常情況下,成蟲果蠅較喜歡在接近瓶口的位置活動,而幼蟲則喜歡在培養基中及接近瓶底的瓶壁上爬行,而外加磁場下的果蠅,相反地,成蟲多在牛奶瓶下方活動,而外加較高磁場,分別為80 高斯及40 高斯的兩組,幼蟲則喜歡聚集在瓶口的位置,推論磁場可能影響果蠅方向感的辨認。在果蠅的生活史方面,外加80 高斯及40 高斯的實驗組果蠅,開始羽化的時間較對照組果蠅,分別晚了2 天及1 天的時間,說明磁場可能對於果蠅的生命週期有所影響。在果蠅的生殖力方面,結果顯示在0 到80 高斯的磁場下,外加磁場越強,果蠅的子代數越少,推論磁場會影響果蠅的生殖能力。本實驗所使用的磁場強度相當的強,為一般家電所產生的磁場強度的160倍以上。只能推論在外加強磁場下可能對果蠅的生活史、行為及生殖有所影響,至於一般家電用品所產生的電磁波是否對人體會產生不良的影響,則需要進一步的研究。

101奇幻阻尼鋼球-以單擺原理和慣性定律模擬101大樓調諧質量阻尼器的減振效應

目的:自行設計組裝震動台和單擺來模擬101大樓和調諧質量阻尼器的振動模式;另以空瓶裝水取代單擺,以慣性定律驗證單擺的減振效應。方法與結果:自行定義震動台振動週期(TV)、連續30週期振幅衰減係數(m)、振幅衰減60% (90%)所需時間D60 (D90)--三項合稱「振動模式參數」用來評估減振效應。平推震動台振幅1、2、3公分對TV及m不造成影響;質量效應增加則TV、D60皆增加,m值變小。擺長1.5、3、4.5、6公分單擺固定於震動台上,結果以擺長3公分之TV最長、m較大、D60最短;進一步以保特空瓶裝水取代單擺互相比較,結果TV相近、m最大、且D90較短。結論:當單擺週期與震動台週期相近時,減振效應最佳!保特空瓶裝水振動時受慣性定律影響,可輔助說明單擺的減振效應。

菟蝨子

為了解平原菟絲子的寄生模式、對寄主生理影響的分析,我們設計簡單實驗與徒手切片觀察。實驗結果為:(1) 在溫度約20℃時,平原菟絲子的種子發芽率與生長速度最佳; (2)當平原菟絲子碰觸到寄主時會以左旋方向纏繞寄主,細條狀的莖會分化出吸器 (3)除了養份外,水分也是由寄主植物提供,觀察平原菟絲子的莖和葉表面,皆缺乏氣孔。 (4)平原菟絲子依賴維管束吸收其他寄主植物的養分,計算莖切面積與維管束面積比發現,與其他兩種植物比較,顯示維管束在平原菟絲子體內的重要性;(5)對平原菟絲子的莖部進行顯微切片可以觀察到葉綠體,但是利用『分光器』與『濾紙色層分析』發現缺乏葉綠素a、葉綠素b、胡蘿蔔素,但具備葉黃素,故平原菟絲子無法進行光合作用並非「缺乏葉綠體」,而是缺乏主要色素。

哇!我把速度「錄」起來了—音效卡計時器及其應用

本篇研究運用了巧思與智慧,使得一般常見的電腦音效卡搖身變為精密計時器,搭配上高感度麥克風、壓電式蜂鳴片與光電二極體等感測器,運用在空氣中音速、金屬固體中音速、單擺週期及重力加速度的測量上,從實驗的數據中得知,我們的方法確實可行而且精確度極佳,值得推廣到中小學的教學與實驗上。

女媧的七彩石─談平流層中臭氧的雙高峰

「位於平流層的臭氧有破洞」,此一問題在近年來實在非常熱門,偶然在資料堥ㄗ麈銈魊H緯度的分布圖(見圖一),似乎不如我所預期,即「南北極最多,赤道最少」(圖四十三)或「南北極最少,赤道最多」(圖四十四)的單純關係。為求瞭解臭氧在平流層內,受污染物破壞前後隨緯度的分布趨勢,於是我就聯合一些好友,一齊從網路上找尋一些資料,並設計一些實驗,希望能解釋為何臭氧隨緯度的分布有此種情形。 \r

色解(ㄐ一ㄝˋ)—以比色法測量奈米光觸媒分解染料色度之研究

環保署對於染料廢水之色度訂有排放管制標準,因此將染料廢水脫色再排放才能符合環保規範。本研究是利用奈米光觸媒置入染料溶液中,探討經紫外光照射後,不同pH 值與觸媒劑量對染料之脫色速率之影響,找出最適化的條件。並利用最簡單、低成本之比色法原理,將初始染料濃度與脫色之染料濃度高度比例可計算出其相對濃度。結果顯示TiO2\r 與ZnO 兩種光觸媒處理孔雀石綠與莧菜紅溶液之脫色,都可有效降解此兩種染料。使用不同光觸媒處理染料溶液之脫色,在不同pH 值下,皆有個別最佳使用量,因此處理時應視染料及奈米光觸媒種類而定,尋找出最佳化條件,以確保在最少光觸媒用量及最短時間內完成。藉此結果希望能夠運用在染料廢水處理上,以得環境保護之效應。

瓶水相逢

本實驗探討水從寶特瓶流出時的速率變化曲線,實驗內容包括(一)改變寶特瓶傾斜的角度、(二)上下振動寶特瓶、(三)原地轉動寶特瓶、(四)於寶特瓶後戳洞等實驗。水從寶特瓶流出時,我們讓水流入1000mL 量筒內,並以數位相機攝影量筒內水量的變化。影片於電腦播放,每0.2 秒記錄量筒內水的體積數據,分析數據並作時間-體積關係圖,比較各實驗的流速曲線並討論影響流速的原因。

與複擺共舞

本實驗主要目的是為了瞭解影響複擺運動的因素。實驗中分別以擺長、質量和擺角為操作變因,利用馬錶及電腦測量複擺的週期。在小擺角10度以內,複擺具有等時性,擺長的平方根與週期成正比,質量對週期沒有影響。較大的擺角對應較大的週期。電腦配合滑鼠測量複擺的運動軌跡,顯示擺動大小受阻力隨時間遞減,末端處的運動可近似地視為簡諧運動。此外我們對複擺進行強迫震盪的實驗,當強迫震盪與複擺的自然振盪兩者的週期相同時,擺動大小不會隨時間遞減反而有略微增大的現象、當兩者的週期不同時,複擺的運動軌跡變得很不規則。實驗結果說明當發生共振時,複擺本身能從外界獲得能量、而非共振時,其運動會受到干擾,無法有效地從外界獲得能量。