全國中小學科展

國中組

數學的哈雷彗星─奇妙的費馬點

學過三角形五心後,許多應用的問題很容易就可求出,以下有兩個問題,又應如何求解? (一)有三戶人家住在山上,喝水都需下山挑水上山,現在想在這三戶人家所形成的三角形中挖一口井,要如何選擇開井的地點,使人們走到井的路程最短? (二)為了使農村文化水準提高,平原區的四個農村準備合建一所中學,如果觀察這地區,發現A村有100個小學畢業生,B村有120個畢業生,C村有200個畢業生,D村有84個畢業生,要怎樣選擇地點建中學,使學生到學校所花的時間最少? 在△ABC內求一點P,之值為最小,法國數學家費馬(P.Fermat, 1601~1665)曾向托里西里(E.Torricelli, 1608~1647)提出這一個問題,這△ABC內的P點稱作「費馬點」

絕妙好「磁」-磁浮現象在緩降機之應用

德國磁浮列車以磁的排斥力來反抗重力使行駛時速高達 500 公里,如果將磁的排斥力用於逃生緩降機上,更可確保逃生的安全。根據冷次定律當磁鐵靠近金屬導體,產生排斥力阻止磁鐵進入,於是選擇導電佳的非磁性鋁銅管來測試。直徑 16mm、長 30mm 磁場強度 4000 高斯 50 公克的磁鐵在管中運動,使用超音波測距儀發現磁鐵先加速運動,受到渦電流影響呈等速度。在 3mm 的銅管負載到 1100 克,仍維持在 1.4m/s 的安全速度。利用疊加原理在雙層及雙夾層銅管,最大負載更提高到 1.35 及 4 公斤重。分割為相斥的磁鐵在夾層鋁管中,得到相同 4kg 的負載,取代銅管大幅降低固定式磁緩降機的成本。在夾層銅管中更高達 8kg 的最大負載,此結果設計成移動式磁緩降機,對逃生安全及便利性是項很大的突破。

鎂帶在坩堝中燃燒只產生氧化鎂嗎?談氧化鎂化學式求法的校正

在化學課程第七章中,我們學到求化學式的實驗。課本上利用錢帶在坩堝中生成氧化鎂的反應,來求出氧和鎂的重量比,進而除上原子量求出氧化鎂(MgO) 的化學式。由課本上的敘述及計算好像很容易就能求出鎂和氧的原子數比絕對為 1 : 1,但事實上經過我們多次重覆的實驗,它們的比值較 1 : 1實在相差得太遠,令人難以相信氧化鎂的化學式即為MgO 。因此引起我們探討這個實驗的動機。是不是操作的技巧需要改進呢?鎂在高溫時是不是只和氧反應?難道和空氣中大量的氮一點反應都沒有嗎?有沒有改進比值誤差的方法呢?這些更激起我們濃厚的興趣!

自製蛋殼粉吸濕盒

本報告探討蛋殼粉的吸濕性,由實驗六得到蛋殼粉的吸濕速率比分子篩(最佳靜態水吸附劑)佳。在密閉空間實驗七中,蛋殼粉的吸濕量(0.31克)優於分子篩(0.18克),因而有了自製蛋殼粉吸濕盒的想法。我們經由實驗十一,將自製蛋殼粉吸濕盒(內含蛋殼粉20克)放在二代溫濕控制箱內,經過9小時後,竟可使相對濕度下降24%。而二代溫濕控制箱容積較大(38L),可模擬小型房間。此外,自製蛋殼粉吸濕盒可加熱反覆使用,我們透過實驗十一補充得知,只要插電加熱10分鐘、吸濕19小時,即可讓相對濕度下降20%。以上種種特性是自製蛋殼粉吸濕盒的實用特點,不僅環保、可回收利用,又是可在家中取得的材料,民眾也可自行製作蛋殼粉吸濕盒,相當方便。

潮汐精靈—社子島頭公園弧邊招潮蟹分布情形

社子島頭公園紅樹林生態系以弧邊招潮蟹為優勢物種。本研究在探討個體差異與環境對分布的影響。弧邊招潮蟹螯型分為正常的短螯型和細長的細螯型。觀察發現評估個體大小,宜選用正相關明顯的大螯寬為輔助數據。進一步收集弧邊招潮蟹的甲寬、螯長、螯寬等資料,發展細螯型簡易測量法幫助探討個體分布。弧邊招潮蟹左、右大螯的個體數比約1:1,呈均勻分布。在紅樹林的個體分布多且密集,而體型愈大的個體分布愈廣。其中,細螯型個體密集分布於紅樹林和泥灘地較乾的溼地。垃圾多、土質含水量多、紅腳蟳分布環境的個體數較少。而其煙囪建築在紅樹林有增加的現象。未來增加細螯型個體判斷的準確性、行為探討研究,可以做為溼地觀察、教學的教材。

海洋密度流之探討

本研究利用簡易器材自製實驗裝置,模擬海洋中的密度流現象。實驗\r 方法為配製濃度或溫度不同之鹽水,模擬不同密度之海水,使用自製裝置\r 觀察它們在接觸時所產生的交互運動,並比較溫度、鹽度差異及旋轉效應\r 對其交互運動和速率的影響。實驗結果說明,海洋中之海水密度流,是由\r 於海水溫度、鹽度之差異,造成海水密度不同所形成,但其流動緩慢,且\r 外加旋轉作用對於密度流有顯著之影響。此外,本研究自製之模型裝置,\r 具有操作簡易及結果容易觀察之特點,可應用於國中自然科之教學上。

冰冰有理–關於糖水結冰濃度梯度的研究

本實驗是將白砂糖溶於水,裝入寶特瓶中,放入冰箱結冰,完全結冰後再利用鋸子將含有白砂糖的冰塊鋸成五層,待其融化後,測量每層的比重大小,以瞭解:1.固定結冰速度,改變糖水濃度;2. 固定糖水濃度,改變結冰速度;3.固定糖水濃度與結冰速度,改變結冰時放置方式,在這三種情形下其濃度梯度的分布情形,更進一步試著做出使白砂糖能在冰棒中分布更均勻的冰棒。

奶茶可樂不能愛

為了比較釐清碳酸飲料、含茶飲料、天然飲料的pH值、使鐵氧化及產氫的速率、與大理石反應的速率、含磷量…等,我們一再的自組不同的裝置設計,作出讓數據會說話的實驗結果。 為了探究空腹喝可樂這種碳酸飲料是否真是形成學長胃出血的原因,在無法用人體實驗下,我們利用升溫、減壓、加溶質等實驗設計,以比較出碳酸飲料中二氧化碳的溶解量。甚至還利用包香腸的羊腸膜來模擬碳酸飲料在[腸膜(想像成胃)]中的穿透作用,數據說明穿透力結果:逆滲透水>碳酸飲料>5%糖水>10%糖水>15%糖水;也設計羊腸壓膜成品浸可樂等飲料及溶液才一小時,就看到了羊腸吸附這些色素而變質的畫面…。 所有的實驗數據提醒我們奶茶可樂真的不能愛啊!

活躍於光明的闇獵人 ---- 安德遜蠅虎

近年來蜘蛛在生物科技上日益受到重視,但和蜘蛛有關的資料卻非常少,因此我們透過了這個機會,詳細地觀察探討日常生活中常見的安德遜蠅虎(Hasarius adansoni)。牠屬於節肢動物門、蛛形綱、蜘蛛目,喜好獨自出沒於室內光亮的地方,具極佳的視力和跳躍能力有利於捕食獵物,牠偏好活的蚊子和蒼蠅,對於人類可說是零污染的殺蟲劑呢!安德遜蠅虎雖然不靠結網捕捉獵物,但其一生和蛛絲還是脫離不了關係,尤其特別的是其雄蛛會吐絲製做巢室,以供夜間休息;雌蛛還會做產卵室,並有極強的護卵行為。以後當大家在屋內瞧見那跳躍的輕盈身影時,千萬別再將牠打死了,其實我們可以和平相處,讓牠稱職地當我們人類的好幫手吧!

七巧板與多邊形

一年級上學期上數學課時,老師曾教我們製作七巧板,還利用做好的七巧板來拼多邊形,當時大家排出了三角形、長方形、梯形、平行四邊形,還有人排出了五邊形、六邊形,但是過幾天又排不出來了。到第三冊數學上商高定理時學到了等腰直角三角形三邊長之比為1:1:,於是又想到:七巧板有五個等腰直角三角形,那麼是不是也可以由邊長的關係來考慮七巧板所排出的多邊形呢?我們把這個想法告訴老師,老師鼓勵我們動腦筋,想想看,還提示我們七巧板每塊的角度都是45°,90°或135°,可以把角度也加進去考慮,有問題再來找老師討論,於是我們就開始著手研究。