全國中小學科展

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國中組

電解、電位—探討電解水過程中的pH值誤差與電位修正

1. 利用(電位值與pH值關係圖)初步判定量測是否正確?若座標值落在直線上代表 電位值與pH值兩次測量皆為合理值。 2. 將測量的pH值與測量電位值回算的pH值相加,所得的值若能與電解前的pH值相近則可再次確認測量電位值與測量pH值量測無誤。 電解水最初幾秒鐘,H+與OH-僅微量產生,測試電極所得的pH值必然為兩極間高低電位差所造成,我們計算出因正負電極電位差所造成的測試電極測量電位值,則量測出的pH值只須扣除測試電極換算出的pH值,則可得電極通電過程中,溶液各點實際pH值。 測試電極中所量到的電位值與『正極為高電位、負極為低電位』的理論有落差,我們量測到且計算出的電位值以兩極中間最高、靠近負極次之、靠近正極相對較低。

一個關於一筆劃的數學遊戲

西洋棋盤上,騎士所能走的漢彌爾頓路徑( Hamiltonian Path )一直是數學遊戲的豐富題材,本次研究將要探討一個關於騎士由給定起點P 經n × n 棋盤到達給定終點Q 之漢彌爾頓路徑( Hamiltonian Path )是否存在的問題,其中起點P 與終點Q 為n × n 棋盤外圍緊鄰棋盤的兩個相異棋格,且棋盤上第i 行第j 列所在的棋格顏色塗法為:若i + j 為偶數,則塗成黑色;若i + j 為奇數,則塗成白色。研究結果顯示,並非任意以n × n棋盤外圍的兩個相異棋格為起點與終點,就可以得到所求的路徑。解的情況如下:一、當n = 1,2,3,4時,找不到所求的路徑。二、當n = 5時,起點、終點皆為白色的圖形,有部分找得到所求路徑,部分找不到所求路徑;其餘情形則找不到所求路徑。三、當n 為大於5 的偶數時,若起點與終點顏色相異,必找得到所求路徑;若起點與終點顏色相同,則找不到所求路徑。四、當 n 為大於5 的奇數時,若起點、終點皆為白色,則找得到所求路徑;其餘情形則找不到所求路徑。

不「球」「滲」「解」

針對海藻酸鈉與鈣離子反應時,可以包覆多種物質的特性,我們探討了含有二氧化錳、碘化鉀或酸鹼指示劑的膠球與膠條,將其應用在國中理化的雙氧水製氧、電解與沉澱等實驗;也直接使用海藻酸鈉與銅離子反應形成的膠球,進行電解或置換實驗。其中,製成好清理又能方便實驗的二氧化錳膠球,進行一系列雙氧水分解製氧的控制變因實驗,可以取代目前國中理化實驗中所使用的粉末狀二氧化錳。最後進一步觀察海藻酸鈣膠球膜對不同離子的滲透現象。統整以上結果,利用這些小「球」,可以進行基本的「滲」透實驗,雙氧水分「解」實驗,還有電「解」實驗,這些設計可以達到方便處理、收納、觀察的效益,以及環保又省錢的目的。

會唱歌的空氣

國中理化第一冊第三章「聲音」中提到聲音的產生之影響變因以及共鳴的原理,其中對於裝水的玻璃管吹氣發出的聲音的高低與水量的多寡似乎是存在著水裝得越多聲音越高的關係。如此結果引起我們的興趣,進而對這些現象加以研究與探討。課程中提到聲音的音調與聲波的頻率有關,使我們想嘗試以較常見的音樂調音器來測量聲音的頻率。

雷射立體校中儀

在理化課老師介紹本校去年參加中華民國卅一屆中小學科展的作品後,對該作品產生興趣,時時請教老師有關該說明書中,所詳列光源與校中儀的偏差仍未改善,在老師的鼓勵下,致力於該項的研究,針對它的來龍去脈,一一地突破,使該作品達到盡善盡美。

頑皮的嬰孩─聖嬰南方震盪現象與臺灣地區之氣候變化

前年夏天,由於東太平洋海溫異常快速上升,連帶著影響大氣結構,造成了空前最強烈的聖嬰南方震盪現象(本文以下簡稱為 ENSO )。不過數月,太平洋的兩側,甚至大西洋、印度洋附近國家陸續傳出災情,不是滂沱大雨、洪水氾濫的情景,就是酷熱乾燥、烏煙瘴氣的窘境,導致家破人亡,損失慘重,尤其以赤道太平洋地區之受創更為深遠。臺灣地區位於熱帶與副熱帶之交界處,受到 ENSO 之影響有何明顧的反應?有鑑於國內現今對此研究尚不多,所以利用此機會,根據近三十年來的氣候資料,進一步分析 ENSO 與臺灣氣候之關係,作為將來遇到類似情況時之參考。

落葉飄飄何所似

我們在學校裡時常看到樹葉翻翻滾滾的飄落,有的急速旋轉,有的前後擺動,飄落型態截然不同,為什麼會有這麼多變化呢?大家都很好奇,因此我們組隊、設計實驗並進行研究。

往內往外傻傻分不清楚-百合雌蕊柱頭的負向地性

我們觀察到於花店買到的園藝種百合花柱頭具有「負向地性」,與百合花所受的地球引力\r 的方向剛好相反:但雄蕊無負向地性。百合雌蕊柱頭負向地性的因素會因為「雄蕊花藥」存\r 在而影響,負向地性持續的時間只佔整個花期的一部份。改變百合所面臨的重力場方向,亦\r 會改變百合雌蕊柱頭的澱粉粒分佈。因此雌蕊柱頭內薄壁細胞的「澱粉粒分佈」可能與百合\r 柱頭具有「負向地性」可能有關。百合柱頭具有「負向地性」與百合授粉的生殖行為有關。

「橋」遍全世界

橋樑功用在於接續兩地空間。本次探討橋樑力學並分析各橋樑特性:樑橋可隨地形彎曲、建造容易,故適作為長路徑陸橋,其橋墩須承受橋面的載重,故橋面易變形、斷裂、吊橋纜索屬弦垂型,受力成弧線、安全性低,但易於山谷架設,為增加安全性可採直線型鋼纜並將底索張力大於主索、斜張橋、拱橋相較於吊橋、斜張橋,其結構可減輕橋墩受力,故適用於鬆軟地基,斜張橋其纜索可減少橋墩受力,且建造成本低,故適用於長跨程的橋樑、拱橋受力時可使切塊更加緊密,故適用於土質鬆軟、不易維修區域(如峽谷),但因所負載的重量易傳至兩側,故需架設墩台於拱橋兩端以承受拱橋的水平推力,增加其最大載重量與耐用性可採圓形設並將纜索和拱橋結合(如下圖)。

「氫」輕的飛走了

我們將內充空氣、氫氣、氧氣及二氧化碳的氣球體積分別為60 × 30 ㏄、60 × 25 ㏄、60 × 20 ㏄、60 × 15 ㏄、60 × 10 ㏄五種,利用內充不同氣體的相同氣球比較體積的減少(收縮速率的不同)來證明『氫』分子真的是很小。