全國中小學科展

國中組

磁磚和正多邊形

在日常生活中,我們常看到房子的地板或牆壁貼著磁磚,許多是由正多邊形所購成的。我們非常好奇到底那些正多邊形可以當做磁磚的形狀?老師建議我們從一年級上學期學過的正多邊形著手,再運用二年級所學的方程式、不等式,以科學方法,試著去尋找正確的等案。

水裡的容顏--奇妙的虎沙紋

利用水波槽與沉澱物模擬材質模擬潮間帶海底沙紋之存在,探究水面水波影響水波槽底 模擬材質的沉澱情形,發現起波器振幅越大、水深度越小水底紋路產生所需的時間越短,並 發現木屑與芝麻粉會受到水面駐波影響,沉澱會有集中在節線處的情形,而形成紋路。可推 論潮間帶的海底沙紋應與海浪有關。

廢電池大解析

我們知道廢電池中由於含有多種重金屬,如果不加以回收處理,容易於環境中流佈,並間接為人體所吸收,而重金屬是無法經由人體代謝排出體外的,所以經年累月經生物濃縮作用,便可能發生重金屬中毒事件。因此本實驗ㄧ特地探討廢電池對生物體的影響,來證明廢電池對生物體所帶來的立即危害及妨礙生長的情形。實驗二針對廢電池的電力在生做初步探討,目的再於研究讓沒電的電池增加電力,雖然實用性不足但卻具有實驗意義。實驗三特別針對廢電池的組成物質尋找回收再利用的方法,並且充分利用在國中教學的課程中,以達到回收在利用的目的。尋求做好所有廢電池的回收,大家原就應當責無旁貸,尤其是含有水銀及鎘的乾電池,更是務必要加以回收,本主題刻意凸顯廢電池危害環境及回收利用的重要性,希望國人養成回收電池的好習慣,其實「養成良好的回收習慣」就是表達對環境最大的善意了。

生化氧氣

(一)利用生物體的酵素催化雙氧水分以產生氧氣和水。氧氣是生物體所需要最主要的成分之一。為了探討氧氣的特性,在國中二年級的理化課程中,我們利用二氧化錳催化雙氧水分以產生氧氣,並利用排水集氣法收集氧氣,然後以燃燒的線香驗證所收集的氣體確實具有助燃的效果。酵素是生物體內非常重要的催化劑,生物體內有許許多多的酵素,其中有一種酵素(雙氧水分酵素,catalase)也可以催化雙氧水分以產生氧氣和水。此類酵素的功能是清除細胞內產生多餘的雙氧水,以減少雙氧水對細胞的商傷害,其反應式如下: \r \r 本研究的動機是利用動物肝臟的雙氧水分解酵素催化雙氧水分解以產生氧氣。\r \r (二)發展簡易偵測雙氧水分解酵素活性方法。文獻報導中所用偵測雙氧水分解酵素活性的方法都非常複雜,本研究的動機是發展出更簡易、更準確、更實用、更有趣的實驗方法,來探討此酵素催化雙氧水分解的奧秘,以增加國中同學對實驗的興趣,並啟發對酵素的好奇與瞭解。

神奇一刀剪

我們做的是關於一刀剪紙(正方形的紙),找出在紙中央剪出各種圖形的方法、一刀將一個大正方形等分成 n 個小正方形的方法,及一剪出錐體、柱體的展開圖的方法。

搏扶搖而直上--鞦韆之謎

要怎樣才可以使盪鞦韆越盪越高?本研究將單擺在擺盪過程以拉、放線的方式模擬人在盪鞦韆時重心的改變,發現在最低點時拉線將重心提高,最高點時放線讓重心放低,單擺可以越盪越高。分別測量在固定角度變化下:(1)不同擺長 (2)不同拉線長度 (3)不同初始角度。結果發現:(1)擺長越長,所需拉放線次數越多 (2)拉線長度越長,所需拉放線次數減少 (3)初始角度越大,所需拉放線次數越少。實驗裝置原以齒輪變速進行拉放線,因不夠精確,改採以馬達帶動長桿進行拉放線。同時用C++語言算出每次擺盪的角度,求出15°上升至30°所需的次數與實驗極為接近。最後將理論搭配實驗數值,以程式寫出盪鞦韆動畫,可清楚呈現正確的盪鞦韆方式。

我怕光-螢光棒的照光研究

近幾年來,由於臭氧層破洞日漸嚴重,使得紫外線對皮膚的傷害力愈來愈強。皮膚是生物接觸外界的第一層保護膜,因此每個人對防曬觀念愈來愈注重。我們將對螢光棒的好奇心轉為測試物品防曬效果的動力。我們發現螢光棒裡的雙氧水和螢光染料在光的照射下,會對螢光棒的發光程度有所影響。所以我們將螢光棒的主要成分分成兩部分後,進行不同光線與不同時間長短的照光反應。經由分析可以得知雙氧水對於光線會有分解的現象。而在分析過程中,不經意地發現在螢光棒中加入洗衣粉會使發光強度異常增加,且可維持一段時間的發光。藉由螢光棒照光的分解特性,我們進一步地探討一些防曬用品的防曬效果。

神奇小粉圓-碳酸鹽和酸反應速率的探討

在這篇研究報告中,利用結蘭膠遇二價金屬離子產生凝膠的特性,結合碳酸鹽和酸的反應,設計成一個發泡小粉圓,不但趣味性高、食用價值高,而且能以此來做定量分析。利用小粉圓中產生的二氧化碳至某個量時,會將小粉圓帶到液面上,來測量所需的時間,分別就反應溫度、碳酸鈣濃度、檸檬酸濃度、反應物碳酸鹽種類和不同酸種類等方面,測量小粉圓上浮的時間。以時間倒數的大小表示反應速率的快慢,經過分析,證實了理化所學到有關反應速率的知識,反應溫度升高,反應速率加快,反應物濃度升高,反應速率也加快,至於反應物種類,溶解度大的鹼土金屬碳酸鹽的反應速率大於溶解度小者,而強酸的反應速率大於弱酸。一、將小粉圓溶液滴入檸檬酸溶液中二、小粉圓形成且都沉在燒杯底下三、一段時間後小粉圓開始浮上來四、發泡小粉圓形成且全都浮在液面上

滴水發電-應用開爾文靜電裝置過濾懸浮微粒

我們探討開爾文靜電裝置對懸浮微粒之過濾效果,主要結果有三,一、使用靜電電位計量測發現,開爾文裝置的支架採用中空塑膠管可有效絕緣,感應環使用長、直徑小的鋁箔圓環,控制流出水柱為細、長形狀,會有較佳靜電效果。二、使用微粒濃度感測器與乒乓球的漂浮實驗顯示,孔隙大的濾網,過濾差卻較透氣,若在氣流帶動下導入靜電,則有較佳的集塵效果。三、應用簡單材料組裝的開爾文裝置,經實際測試,可利用收集雨水長時間產生正、負靜電壓高達10~14kv,在封閉空間集塵或燃燒線香、金紙、木炭的懸浮微粒過濾上,具有良好過濾效果,尤其木炭有超過88%以上的整體過濾效果。

三角形與四邊形的切割與變換

本研究首先從「給定三角形,由兩頂點分別連接直線至對邊,將這三角形分割為四塊,要怎樣分割才能使越多塊面積相等呢?」的問題開始,發現解決這問題的方法可應用於解決「任意三角形,三邊分別三等分,將三頂點對應連接其對邊的等分點,則中間形成的三角形面積為原三角形面積的多少?」。發現這問題中間的三角形和原三角形有一種特殊關係(中間三角形的三邊固定方向延長兩倍,其端點剛好是原三角形的三頂點),我將這種關係擴展為本研究的主題:「給定三角形,沿著這三角形的三邊(固定方向)分別延長或縮短某倍數,形成的新三角形和原三角形有怎樣的面積關係?」、「給定四邊形,沿著這四邊形的四邊(固定方向)分別延長或縮短某倍數,形成的新四邊形和原四邊形有怎樣的面積關係?」發現三角形和四邊形推出的結果共有一些相似的性質。但一般情況下,四邊形並不能像三角形可推出一般公式。例如縮小倍數和對稱的縮小倍數,在三角形時,所得到的兩三角形面積相等;在四邊形時,只有在平行四邊形才能成立。最後研究古埃及人的任意四邊形面積公式的正確性與真正面積的關係,並推導出四邊形的面積公式與其性質。