全國中小學科展

國中組

氫離子濃、溫度與加熱時間對澱粉水解的效應

從生物學上,我們知道澱粉可以經由唾液中酵素的分解而成為簡單的糖,我們也想知道胃液中的鹽酸除了殺菌之外是否可以幫助澱粉的分解?在化學第三冊我們剛學過酸的水解,於是我們請教老師胃液中鹽酸 PH 值人約多少?胃酸是否可以促進澱粉之水解?如果不能,那麼鹽酸的濃度要多少才能使澱紛水解為糖?除了酸的濃度之外,有沒有其他可能影響澱粉水解之因素?因此我們設計了以下實驗。

滲透壓和植物水分關係之探討

在學習生物體水分之調節時,課文中說:「水分可以從濃度高的地方向濃度低的地方擴散」,使我們聯想起利用芹菜作「莖的運輸作用」實驗時,浸在塩水之芹菜有枯萎的現象,而且浸紅墨水之芹菜,當紅墨水加多了些,除觀察到芹菜變紅色外,也有枯萎現象。令我們想到這現象便是水份由芹菜細胞內跑出來了。芹菜細胞內水濃度大概很高吧?其他植物的細胞又如何呢?如何來測定呢?於是便請教老師,在老師的指導下,收集一些較熟悉的植物細胞,藉由測定滲透壓之大小,探討細胞內水分之濃度大小,更進一步研究影響細胞含水濃度之因素。

漫步在雲端 -- 魚菜共生自動監控系統之研究

本研究主要的目的在設計一套能自我調控而且能夠遙控的魚菜共生系統,並比較不同的魚種和蔬菜在魚菜共生系統中的表現。 實驗結果顯示Arduino Yun微處理器可以輕鬆解決我們交付的任務。伺服馬達自動餵食器可以解決主人不在家或忘記餵食的困擾,但太陽能電板受限於天候,只適合陽光充沛的地方。Arduino Yun WiFi模組功能強大,可以隨時將監控的資訊上傳到網際網路,方便主人隨時監控魚菜共生系統,將物聯網的精神發揮到淋漓盡致。 最後我們比較不同的魚種和蔬菜在魚菜共生系統的表現,結果顯示:龍鯉對蔬菜的成長幫助最大,其次是玉如意和吳郭魚;蔬菜成長方面:鹿角萵苣成長最快速,其次是綠羅曼和大陸妹。

天然水草缸可行性之探討

本研究探討「天然水草缸」是否能捨棄傳統配備,利用水草缸自身機制達到平衡。我們建立「養水作業流程」,亞硝酸菌(Nitrosomonas)6週的時間可培養完成,硝酸菌(Nitrobacter)8週能培養完成。但NO3-無法被分解。為了降低NO3-濃度,研究水草淨化水質能力,發現「優勢水草種植面積70%+水草修剪+每週換水=高效能過濾器」方式取代圓桶過濾器。水草缸可增加魚類的耐寒能力。我們分析飼料成分,希望透過平日餵食取代外加水草液肥,但發現水草液肥並沒有考慮餵食飼料的問題,氮磷會重複補充。飼料中並無水草所需的鐵與微量元素,無法餵食取代施肥,並提出補充「非完全肥料」的概念。最後重新建立「高效能天然水草缸」,觀察歸納出天然水草缸與標準配備水草缸之間的優缺點比較。

扭一扭,地震滾出去!

由14種建物模型在不同條件下晃動情形與倒塌時間實驗得知: SS1倒塌率約21%及倒塌時間平均55秒,垂直RC1、水平RC1和垂直RC5樓層愈高倒塌率愈大且時間短。SS模型加防震貼片或用滑軌皆可延長倒塌時間並降低倒塌率,SS、垂直RC和水平RC三類模型加裝滾動鋼珠都能藉由滾動消耗地震能量,明顯降低倒塌率,且加裝滾動鋼珠適用於易發生低頻地震的臺灣北部SS和RC建物與易發生高頻地震的臺灣東部RC建物。各種模型多是振幅愈大倒塌率愈大,但某些模型在特定頻率最容易倒塌。SS本體具韌性,藉扭轉與搖擺消化地震能量,再加入滾動鋼珠,都可以消耗水平震動與上下震動的地震能量以大幅降低倒塌率,並延長時間,是本次研究認為最有效的制震方式。

石化豆花-可以吃的粉筆!

本實驗主要是著重在如何做出環保、可食用又不傷身的粉筆,以碳酸鈉加食用石膏為雛型,加入各種不同的物質(食品),做出成品,並由實驗得知我們的自製粉筆密度較大、粉塵量較少且毒性也較小。雖在成本上比市售的粉筆成本高一些,但是可以回收再製,經濟效益好。

消失的十字架

關於硫代硫酸鈉與鹽酸的硫沉澱反應,我們收集及參考國內外許多的研究文獻後,文獻中提到奈米硫沉澱的產生,其原因是硫代硫酸根中的硫原子進行自身氧化還原反應所致,其中在動力學的研究中提及,在硫代硫酸鈉與鹽酸的反應中,硫代硫酸鈉濃度對反應速率的影響較為顯著,在反應級數上硫代硫酸鈉為一級反應,鹽酸為零級反應,我們因此假設,鹽酸的濃度對於反應速率的影響有限,因此我們想知道一般的條件下,硫代硫酸鈉與鹽酸在反應中所扮演的角色及對反應速率的影響的程度,此外溫度的變異與反應速率的變化也是我們有興趣的研究課題。 本研究利用Microsoft Excel與自行設計組裝Arduino偵測與計時器,進行硫代硫酸鈉和鹽酸反應速率的實驗,進一步由化學反應速率數據,計算反應物的反應級數與速率常數,探討各項變因對於反應速率的影響。

「蕉」慮變「膠」傲-香蕉果膠的探討與應用

在台灣香蕉是最常見的水果,而當香蕉出現滯銷時,有人利用它烹調成食物、加工製成蛋糕或乾燥成脫水食品等,但由於香蕉消耗量不大,這些做法都緩不濟急,唯有快速製成果膠,不但保存容易且運用範圍極為廣泛,才能在香蕉腐壞之前善加利用,避免被丟棄的命運。在實驗的過程中,我們發現在台灣盛產的水果以香蕉果膠含量最高,而且果皮及果肉均含有豐富的果膠質,我們發現把香蕉切碎使表面積增加,能萃取出較多的果膠,而成熟的香蕉果膠含量最多,實驗過後剩餘的香蕉殘渣仍具有環保價值,它可以製造液態肥及有機堆肥,對於植物的生長有很大的幫助。

薑黃素的特性及其在生活上之應用研究

本研究在探討薑黃、南薑、野薑及一般薑等所含薑黃素的抑菌與抗氧化作用等特性,其次是研究薑黃素在生活及教學上之應用。 研究發現:(1)抑菌能力排序:以薑黃最強;一般薑次之;南薑、野薑微弱。(2)抗氧化作用仍以薑黃最為明顯;一般薑次之;南薑及野薑則較不顯著。(3)在生活上之應用方面,薑黃素用於檢測水質及食品中是否含硼砂,可明確檢出水中或食品中之含硼量;薑黃素所含的天然色素,可用於布料之染色及食品用色素添加劑,亦可用於製造薑黃手工皂,對人體皮膚有益處。(4)在化學實驗上,薑黃素製成薑黃試劑,可做為酸鹼指示劑,另可檢驗一般居家物質之酸鹼性。由以上實驗結果可知薑黃素應用甚為廣泛且深具利用價值。

過冷不結冰的水

本實驗在家裡的冰箱冷凍庫進行,以電子式溫度計紀錄水過冷的現象及結冰瞬間放熱使溫度竄升的現象。研究的第一階段在尋找影響過冷效果的變因。第二階段挑戰最低溫。第三階段在尋找觸發結冰的方法,希望能提供人造雨更環保有效的方法,同時也希望研究結果能作為國中理化的參考資料。過冷現象並不穩定,我們在各種因素中摸索,以很多的數據來作為統計上的比較,在掌握到接觸面性質、水質、水量及形狀等重要因素之後,我們測得過冷水的溫度一次一次地創新低,曾經測到-20.3℃的水,成功率也提升到 90%以上。探討觸發結冰的方法中,原本期望能「喊水結凍」但是失敗了,但在電火花及化學藥品的觸發方面我們卻有非常重大發現。