全國中小學科展

國中組

陸生三葉蟲?~二種潮蟲環境適應及生存策略探討

因為好奇潮蟲的樣子像三葉蟲,因而展開調查二個不同區域的二種型態大小不同的潮蟲,分別是喜陰蟲和鼠婦。牠們棲息於陰濕且透氣的土壤,以氣管肺換氣,雌雄異體的潮蟲雖為卵生,交配後將受精卵抱於卵囊中,待胚胎孵化且有足夠的水份才產出,因此需生長在潮溼的土壤,乾燥和低溫對二種潮蟲的生存不利。喜陰蟲對溫度的耐受度比鼠婦來得佳,食量和溫度有關,高溫環境食量和排便量大。食喜枯葉的潮蟲能適應綿布飼養的人工環境,因此是作為控制實驗的好材料,實驗結果顯示潮蟲有明顯的趨濕性,沒有明顯的負趨光性,白化個體有較明顯的日夜週期和負光趨性,白化個體第二代仍為白化症。潮蟲不分日夜均會在土壤表層活動取食因此會降低植物發芽率。

銅與硫酸銅晶體的探討

我們在暑期科學營中曾做過「電解硫酸銅溶液」的實驗,但對負極所析出的黑色物質則大惑不解,因此設計了一系列實驗來探究其原因。此外,在實驗過程中,我們發現電解後殘留在濾紙上的溶液,經過一段時間後,結品析出形成樹枝狀紋路,為找出其形成條件,所以進行第二部分的實驗。

正多邊形越來越「正」了,因為有「螺」!

1.本研究採用解析幾何方法發現,由正n邊形的特殊切割,發現了新正n邊形面積或與原正n邊形的面積比值都與切掉的小等腰三角形腰長或小正n邊形邊長具有特殊的二次函數的關係,亦即ωn[(r+x)2-(r+x)]+λn,其中ωn=nsinθ/2、λn=n/4 cot(θn/(n-2)),θn=(n-2)π/n ;也因此,當切掉的小正n邊形的邊長在一定的長度時,可得出最小第二層正n邊形,且此時所切掉的小正n邊形是最大的。 2.承1,繼續特殊切割,並重複這些動作往內部一直畫出越來越小的正n邊形,當層數夠多時,這樣的作圖最終會收斂成中間一點。最終取出每一層正n邊形對應的頂點,則頂點軌跡可生成等角螺線,經證明得其總弧長及所掃面積分別與最外層正n邊形邊長及 面積具一定關係存在。

「摩」「靜」呀!摩靜!-利用開放硬體設計檢測摩擦係數之儀器

本研究成功利用Arduino開放硬體、Scratch2設計程式、紅外線、機械手臂及動、靜滑輪省力裝置等器材,設計可以檢測最大靜摩擦係數及動摩擦係數的儀器,並經過反覆測試,驗證儀器的可用性。藉由此儀器檢測數據,本研究發現不同材質物體的接觸面間塗潤滑油皆會影響摩擦係數的大小,摩擦係數則不受正向力及接觸面積的影響,而增加滑動物體的質量可以增加測量上的穩定度。本研究亦利用3D列印不同紋路底面的滑動物體,結果發現紋路不同會影響最大靜摩擦力,但對動摩擦力影響不大;故以直條當作鞋底紋路,起跑時得到的反作用力較大,適合當作跑步鞋的鞋底。本研究所設計的儀器,組裝方便、操作簡單且穩定性高,適合推廣及應用在國中相關課程及其他相關產品之測試。

色藏冰芯-探討水結冰之純化作用

水結冰的過程為什麼體積會膨脹?雖然課本都有寫,但卻沒有說明真正的原因。我想知道的是水結冰時若是遇到其他物質的抵抗,是否能用明顯的巨觀結果來證實我的推論與預測?冰芯的形成又與奈米冰晶的多寡有何關係? 透過比較不同水質的結冰結果,進而探討各種溶質的冰芯差異,期間發現容器的形狀與材質對形成冰芯的影響,特別是有無包覆可以用來控制冰芯的形狀。證實形成「奈米冰晶結構」時擴大版圖的「純化作用」的確存在。 透過探究水結冰時和其他物質的交互作用以及冷卻環境差異所造成奈米冰晶結構強弱,經拉曼光譜儀的掃描分析,形成「純化作用梯度力」的物理解釋模型,希望未來能進一步製作能結出創意冰芯形狀的製冰容器。

生生不息—探討肥料對菠菜生長及土壤酸化的影響

本研究在探討施用有機肥、化學肥及不施肥的條件下,菠菜的生長情形及土壤酸鹼值的變化,並測定土壤的電導度,探討農試所建議的施肥量是否過度或不足?結果顯示電導度值略低於適合作物生長的範圍。本實驗所用的肥料為『台肥一號複合肥料』及『台肥生技一號有機質肥料』,結果顯示菠菜生長情形以「有機肥組」最佳,而土壤酸化情況以「化學肥組」最嚴重,第三次施作完畢,「化學肥組」的 pH 值下降 2.23 單位,酸化最為嚴重;且連續栽種後「化學肥組」菠菜生長情形甚至比「不施肥組」還差。「有機肥組」菠菜的生長情形在第一次施作成長最為良好,連續施作後,生長狀況仍然最好,土壤雖有酸化但和「化學肥組」相較下對土地的傷害小,可使植物和土地生生不息。

碘光火石-豆漿內澱粉含量的探討

一年級上學期第二次段考時有一考題:「喝了一杯無糖豆漿,請問最早分解豆漿養分的是哪個消化器官? 」當下我覺得植物的種子中都會儲存澱粉作為養分來提供種子發芽的需要,所以我選了人體最早分解澱粉的器官是「口腔」。但是考試的正確解答卻是「胃」,這讓我們覺得非常奇怪,因此上網搜尋豆漿的成分,發現大多的網站都說豆漿幾乎沒有澱粉。實在太奇怪了!因此,我們非常很好奇豆漿內到底有沒有澱粉?如果有,到底還是甚麼原因,造成大家的認知普遍錯誤?如果沒有,難道黃豆有其他儲存醣類的形式?我們為了解決這個問題,開始研究有什麼方法可以檢測澱粉的有無,我們又該如何對澱粉定量?希望可以從一連串的實驗中找到這些疑問的解答?

莫利之交-莫利定理在平面與立體的延伸探討

在將莫利定理一般化的過程中,本研究發現在不同條件下,圖形有不同的規律。如平面圖形中除三角形外,其他多邊形的莫利圖形不一定是正多邊形,但有「自我相似」的特殊關係。另外四邊形中更有許多組「對偶關係」。本研究接著將圖形坐標化,並引入「線性變換」的概念,試圖解釋並發現新的自我相似或對偶性質。立體方面則發現許多和平面圖型相似之處,例如正多面體的莫利圖形皆為其「對偶多面體」,有很強的對偶性質。而其中正四面體對應正四面體,也是一個自我相似的例子。其他不規則圖形與其莫利圖形間,沒有明顯規律,針對此,平面部分導出了算交點坐標的公式,立體則建立判斷焦點存在與位置的方法。

氣爆 ─ 威力看得見!

(一)高粱酒、威士忌可以點燃,而米酒、啤酒等則無法點燃。 (二)實驗中常常利用酒精燈燃燒加熱,但偶而也會遇到點不燃或是酒精燈氣爆等惱人又危險的事情發生。 我們心想酒或酒精點不燃的原因,及氣爆的威力,是否與酒精的濃度及蒸氣壓有關係,如果如此,那麼其它可燃物或是氣體(如氫)的氣爆,亦應如此,基於如上的推論,我們研究小組在老師指導之下,遂設計如下一序列的實驗。

黏土萬用在哪裡?

起初,看到萬用黏土是在老師辦公室裡。老師使用它來黏貼學生送的卡片,公仔及學校海報,所以對這黃黃的小東西很感興趣,但這黏土售價高,於是,與老師討論是否可深入研究萬用黏土及自製黏土的可能,並請老師協助我們尋找製作黏土的材料。 我們製作萬用黏土的主要成份「聚異丁烯」及「碳酸鈣」,依照不同比例調配成附著力不同的黏土。將聚異丁烯的重量固定,加入一定比例的碳酸鈣,從中調配最適合比例的黏土。我們發現,比例「1:1.9」以下所調配出來的黏土過於黏稠【圖一】;而比例「1:2.3」以上所調配出來的黏土,略顯乾硬且會有碳酸鈣未完全與聚異丁烯充分混合。所以,我們決定針對比例「1:1.9」至「1:2.3」的黏土進行進一步的探討及研究。