全國中小學科展

國中組

冰風暴—液態二氧化碳冰敷包

在發生意外傷害時,冰敷包是緊急處理的利器,但是傷害發生在戶外活動時,往往無法及時取得冰塊進行冰敷治療,我們計算出人體皮膚單位面積的散熱量,並以它為基礎設計出一款新型的冰敷包,這款冰敷包利用液態二氧化碳(LCO2)汽化時產生的吸熱反應來降溫,符合「可攜帶」、「可長久保存」及「隨時可用」的條件,並製作樣品來證明它的實用價值,這對於經常從事戶外活動而又有受傷風險的人,實在是一大保障,在延伸研究中,我們以「液態二氧化碳冰敷包」為基礎,設計「液態二氧化碳冰桶」,使它更具有應用的價值。

百變粉筆—粉筆在國中理化實驗課程中的運用

在校園的學習活動中,由於粉筆穩定性高,吸水性好,並可以在教室就地取材,達到創意的學習效果。本研究利用粉筆結合國中實驗,經過設計、操作、結果比較,得到以下幾個發現與特色:壹、粉筆的運用涵蓋離子移動觀察與反應、電解與電池反應等實驗課程。貳、本研究可以改善實驗課程的方法,達到節省資源、操作簡易、容易觀察、多元發展的重要意義:一、所有實驗都在小小的粉筆上進行,可以大量節省藥品,並且減少操作空間,讓實驗也可以帶著走,在實驗室以外的其他場合進行。二、簡易的操作過程中,反應現象可以清楚觀察,體驗知識原理,增進學習的效果與樂趣。三、可以再發揮巧思,利用粉筆發展出更多元的實驗內容。

從昆蟲的趨光性談起

在夜間的野外觀察中發現到許多昆蟲具有顯著的趨光性,於是興起了我們一探究竟的動機。 什麼顏色的燈光最能誘集昆蟲趨光而來?不同亮度的光源,對昆蟲的趨光行為有何影響?不同的天候會改變牠們的趨光行為嗎?人類濫墾森林,改種其他自以為較有經濟價值的農作物後,單一的植物林相,是否會改變自然界的「生物多樣性」呢?此外,山區郊野,四處可見的路燈,是否也會造成自然生態部分環節的失序?最後昆蟲趨光的特性是否能善加利用?這些問題,都是我們在本次研究中急欲尋找的答案。

任意矩形的三階多米諾骨牌填圖謎題

三階多米諾骨牌(Tromino)填任意矩形R(m,n),m,n≧0解之謎是一個很有趣且複雜的問題。本研究利用塗色法、歸納法,巧妙應用矩形的上下、左右對稱特性,經過系統化分類與邏輯化推演,成功且完整求證下列三個以L-tromino填任意矩形的問題:一、當3|(mn-1),填任意移除一格小正方形的一階缺陷矩形問題。二、當3|(mn),填R(m,n)矩形問題。三、當3|(mn-2),填任意移除二格小正方形的二階缺陷矩形問題。本研究成功得證,並給出所有符合解條件的m,n及於矩形中任意移除一格或兩格小正方形且符合解的所有限制條件。

生物的群聚行為與生存優勢-大肚魚的群體決策行為研究及電腦模擬

研究想了解大肚魚為何成群?跟著群體覓食及避免危險上有何好處?本研究利用Y型水道實驗來檢驗群體決策是否有相對優勢。研究發現大肚魚傾向成群,群體在覓食行動上所花時間比個體短,因為群體中的領袖提供較佳決策品質,使群體決策正確率高於個體。 主要發現如下: 1. 單一個體在覓食與避險的決策正確率約50%。 2. 群體在覓食與避險的決策正確率接近100%。 3. 領袖決策正確率(82.61%)優於一般個體(57%)。 4. 領袖決策如果沒有得到其它個體的跟從,決策不被執行。 5. 領袖與群體大小要有合適比例(20~30%),才能有效帶領群體。 6. 個體行動原則是「跟著身旁同伴」,因此領袖在群體中的位置分配會影響群體決策。 7. 根據這些群體特性,用MATLAB電腦語言模擬大肚魚群體行為。

虧格

學期末了時,老師鼓勵我們利用暑假時間,多做數學方面的課外閱讀,增廣見聞。暑假中接觸到了許多耐人尋味的數學題目,尤其對虧格問題特別有興趣,便引發了研究動機。

當哈利遇上莎莉!---論地形效應對颱風結構與路徑的影響

本研究利用37個西行侵台的颱風個案,分析其接近台灣陸地時,颱風強度和路徑的變化情形,並尋求可能的原因和進行推論。獲得幾項重要研究結果如下: 一、 76%的颱風中心登陸陸地後的12小時內,其近中心最大風速有明顯減弱的趨勢。 二、 颱風登陸後受到地形的阻擋而使路徑較原先方向偏南的情形最常見,佔個案數的68%。而颱風路徑的偏移角度最大可達70度以上。 三、 颱風路徑會南偏的類型常伴隨有「近中心風速較大」和「七級風暴風半徑較大」等特徵。 四、 颱風路徑南偏的可能原因有「台灣東南部形成的副低壓」和「通道效應」。 五、 水槽實驗的模擬可用來類比颱風外圍環流和台灣地形間形成的通道效應。

蝴蝶鱗片散熱的秘密──仿生材料的探討與應用

為探索蝴蝶為何在太陽光的高溫持續照射下仍可以快速散熱,且優美自在的飛翔, 所以本研究想進一步瞭解蝴蝶翅膀的構造, 及其散熱機制之後,仿照此一機制其中的蝴蝶鱗片的材質- 細微幾丁質, 達到材料仿生的目的。本研究將蝴蝶鱗片, 100%幾丁質, 細末甲殼素(92%幾丁質), 奈米碳,石墨烯,及散熱膏,在燈泡上加熱, 以尋求散熱最佳組合; 也將之應用在熱水加入玻璃杯, 鋼杯, 鋁合金等容器之外殼, 更將甲殼素與散熱膏混合物, 填補在電腦CPU與熱管縫隙中, 實驗結果得證, 果然細末幾丁質(本實驗稱甲殼素), 果然有良好的散熱傳導效果。

明列子在生質柴油的應用

羅勒是九層塔的種子,又稱為明列子,其多醣體的不溶性纖維可以吸收水分,減少膽固醇、三酸甘油脂的吸收。三酸甘油脂與醇類可以與鹼性催化劑作用,產生生質柴油。利用明列子不吸油、不吸酒精、可以吸水的特性,來研究生質柴油。轉酯化實驗中加入1克明列子,可以在油水吸水8克而不產生皂化現象,但產量會減少。在比較甲醇+氫氧化鉀+回收油的轉酯化實驗中,不加入明列子平均的產量為95.6 g,使用明列子平均的產量提高為100.5g。

種子的降落傘~紫背草< Emilia sonchifolia(L.) DC. > 與黃鵪菜 < Youngia japonica(L.) DC. >

本研究的主題是探討植物的冠毛與種子傳播的關係,選定校園裡的紫背草和黃鵪菜,目的在了解他們的冠毛長度、與每顆瘦果上的數量、冠毛對瘦果落下時間的影響與冠毛對瘦果被風吹移動距離的關係。結果顯示:黃鵪菜的冠毛數量比紫背草多,長度比紫背草短。除了冠毛數量 15 根的瘦果以外,紫背草不論在何種高度與冠毛數量,落下的時間都比黃鵪菜的瘦果長。除了高度 50cm 外,紫背草和黃鵪菜的冠毛數量越多,落下的時間越長。以電扇吹拂紫背草與黃鵪菜的瘦果,發現黃鵪菜的移動距離較紫背草遠。能讓紫背草移動最遠的冠毛數量為 15 根;黃鵪菜則為 25 根。研究也發現冠毛對於移動不一定都有幫助。