全國中小學科展

國中組

比薩斜塔與瓶子的約會

我們在Yahoo拍賣網無意間發現一個特別的「重力傾斜」酒架,雖然只是一根鋼管卻能完美站立,於是製作了許多不同規格的酒架和酒瓶去找出讓整體系統能夠達到平衡的原因,最後發現影響整個系統穩定因素與酒架的角度、酒架的切口、酒架的底面積大小及重心有關,而從中更學到槓桿定律的平衡原理。在研究當中意外發現編號9的酒架(酒架角度60°、切口角度120°)所形成的平衡系統姿態與網路「重力傾斜」酒架幾近相同,但因60度的酒架無法與裝滿水的啤酒瓶和紅酒瓶達成平衡系統。故取其長寬比做為依據,便可設計出符合「重力傾斜」酒架美感且又能達到穩定系統的酒架長度。

銅鏡

利用硝酸銀溶液潤洗容器,以斐林試劑和乙二醛反應產生銅,並使銅附著於容器壁,成功的產生銅鏡。以不同的試劑比例進行反應,發現斐林試劑和乙二醛試劑體積比四比一的效果最佳。潤洗用的硝酸銀溶液濃度,以0.040M~0.060M的效果較佳。在不同的溫度下,反應的速率與效果不同,在50℃下反應效果佳,反應時間也不至於太長。試了幾個做銅鏡的方法,結果漸入佳境。 銅鏡的吸收及反射光與銀鏡略有不同,主要在綠光到紫光的區域吸收與反射較大,黃光與橘光吸收與反射較小,有些色偏。 以銅為鏡,確實可以正衣冠,如果不太在意色偏的話!

「水砂共舞」-探討坡地土壤沖刷之特性

本報告研究坡地土壤之沖刷特性,使用縮小版的水槽進行沖刷實驗,分別嘗試各種因素如坡度、水量、流速、土砂、植生的組合所造成之沖刷量,找出其沖刷規則,並歸納各因素的重要性與交互關係。再將主要因素套用模糊理論,依照實驗的沖刷規則等比例放大,即可推估曾文水庫各子集水區的土壤沖刷量,與莫拉克颱風發生之實際沖刷量進行比較,誤差多集中於30﹪以內,有不錯的精確度,值得未來做更進一步的研究與討論。

偏振光調控銅化合物顏色的機制與探討

入射光的偏振態、線偏振角度及波長與銅化合物產生反射橢圓偏振光有關;位置分析點1398 ~ 點1455 之間銅化合物種類多,各位置分析點的 RGB光強度比例變化、橢圓長軸角度不同、橢圓短軸偏光透光率差異性,是造成銅化合物顏色變化及色彩的移動主因。位置分析點 1455,線偏振 + 45 度入射,析光片轉 85 度,紅光與藍光光強度比例會互換,銅化合物有類似互補色的顏色變化。位置分析點 1398 ,圓偏振光入射,紅光與藍光的橢圓長軸角度差 70 度,橢圓短軸偏光透光比例值相同,析光片轉 70 度,銅化合物會出現互補色。利用光強度方程式畫出模擬曲線圖與實驗反射光強度比例分布圖比較,若曲線符合,可證明設定的 E0y,輸入的E0x 、 δx 、 δy 等參數無誤,得出相位差 δ。

YO上YO下

溜溜球是一種流行久遠的兒童玩具,很多人童年都有玩過。它上下運動過程中,所呈現的物理現象看似簡單,其實隱含了很多高深的物理原理。經由我們詳細觀察、研究、實驗、分析後發現,溜溜球是物理學上力學篇的綜合表現。1. yoyo上下運動遵守能量互換原則。2. 摩擦力大小與纏繞圈數有關,摩擦係數(μ)與纏繞圈數無關但與材質有關。3. 摩擦力大小、摩擦係數(μ)與接觸面積無關。4. yoyo是否反轉向上決定於摩擦力大小是否能夠阻止軸心滑動而定。若摩擦力足夠大,必會產生一反作用力出現,因此會有反轉向上的扭力。5. yoyo徑,加速度a、角加速度α、角速度ω、轉動慣量I)有密切關係。6. yoyo圓形輪直徑大小影響其轉動慣量(I)的大小,因此影響反彈高低。直徑大,轉動慣量(I)大,反彈上昇不易停止,反彈高;反之,直徑小,轉動慣量(I)小,反彈上昇容易停止,反彈低。7. yoyo若改變質量分佈會影響其質心位置變化,因此等效半徑( r )改變,轉動慣量(I)也會隨同改變。其反轉爬昇的反彈高低與前述yoyo圓形輪直徑大小變化所呈現物理現象相同。8. yoyo由上往下降類似第三型槓桿(費力),反轉上升類似第二型槓桿(省力)。我們發現用槓桿原理分析yoyo,比用轉動慣量分析更能清楚了解轉動力學原理。yoyo上下運動完全附和牛頓直線三大運動定律、也可附和牛頓第一、第二轉動定律。9. 若yoyo輪固定, yoyo下降時,輪(圓形直徑大小)的半徑相當於槓桿的抗力臂(阻力);軸的半徑相當於槓桿的施力臂(作用力)。軸心直徑大小不同,其下降的作用力也不同,軸心越大作用力越大,下降加速度a越大,附和a與軸半徑(r)的平方成正比;反之,軸心越小作用力越小其下降加速度a越小。但反轉上升時,輪、軸角色扮演、功能互換。軸心直徑轉軸不同,反抗爬昇的阻力能量大小也不同,所以YOYO反彈高低不同,原理其實完全附和槓桿原理。

我家門前有小河-中港溪水質的探討

我們用已學過的理化及生物知識,配合學校現有設備,再發揮實驗探究精神,以「物理檢測」、「化學檢測」及「生物觀察」等方式,探討中港溪從上游到下游的水質對生物的影響情形。

二次通“疊”

在二年的研究過程中,我們增加了河內塔的棒子數,並在自製的道具中,實驗記錄了移動次數的數據,實驗時為了避免移動次數有錯誤,研發用編號與顏色來區分盤子。在從實驗數據中,設計出”跳數點”,”倒三角圖”來計算最少移動次數,並歸納出推算次數的方法,但面對棒子數、盤子數過大時,仍需在數字的處理上費些功夫。直到學校課程學到了二次函數,於是我們導出了用多項函數關係來呈現不同”跳數點”的移動次數之公式,再用這些公式去驗證我們初期的實驗數據與延伸”倒三角圖”的結構,因此透過這些函數圖,我們對最少移動次數有更明確的解析與結論。

啃山林不如與海爭地—浮屋的研究

臺灣是海島型的國家,位居於亞熱帶,大氣環流所帶來的豪大雨、淹水、土石流之災情可不小!加之西南沿海地層下陷,受水患之苦更甚,我們為什麼不仿效荷蘭在沿海之地建浮屋以解地狹人稠,無居而啃山林之苦? 我們模擬第一代浮屋遭受到強浪、海嘯、豪雨等破壞能量源,第二代浮屋模擬環島地形深淺不一的穩定度試驗,由下載的振動App軟體Vibrometer及 Mobizen Screen Recorder螢幕畫面錄影程式,記錄浮屋受浪衝擊下的加速度值及晃動至復原穩定的時間比較,浮屋確實可為本國居屋之考量,希望我們的研究能引起政府營建課等相關單位及建築業界的注意,讓所有在土石流警界區、地層下陷區的國人永遠脫離水患之苦吧!

藤本植物的傳奇 -川七生活史及其向觸性與植物生長素(IAA)關係之探討

川七中文名稱為洋洛葵,學名Anrederacordifolia,洛葵科(Basellaceae)洋洛葵屬之多年生藤本植物。本研究重點為攀附物體對川七生長速率的影響以及向觸性的形成機制探討。攀附物體前川七莖生長速度較緩慢且莖有日趨木質化的現象,攀附物體之後主莖生長速率是攀附前的7.1倍。本實驗以X光繞射、吸收光譜、表面增益拉曼射線,以及顯微照相的技術進行實驗,結果顯示,IAA於川七莖部的分布並不平均,捲曲莖接觸面的IAA含量高於非接觸面IAA含量。由於植物生長素IAA在植物體內只有奈克(ng)的量且萃取不易,因此在向觸性與IAA關係研究方面,一直是未解之謎。本研究開啟了向觸性研究的新契機,也成功以物理的方法證實了IAA濃度在川七莖接觸面與非接觸面確實有分布、量及結構上的差異。

化學顯微實驗的新紀元

去年由課本高廢液量的電解電鍍實驗,我們已成功的減量至 1/28 及 1/400 倍劑量的自製小型電解電鍍槽(2.5ml),今年再以突破性的一~二滴 (0.05~0.1ml) 用量即可在短時間內,以省時、省資源的情況下做實驗,但我們每人架設一個放大鏡台觀察實驗還可以,多人同一組觀察則不易,所以我們最後向高難度挑戰:由學校已報廢的投影機內組件及顯微鏡自組出顯微投影機、自設螢幕及聚光散熱箱等,以『一滴溶液做電解電鍍的顯微投影實驗』放大到全組或全班均可看到的結果。最重要的是確實已達到『真正零廢液污染』的目標。