全國中小學科展

國中組

探究直流電加熱不同金屬產生燃燒條件及其改進教材中有關空氣中氧含量之實驗設計

本研究探索鎂、鋅、鋁、鐵四種金屬通直流電加熱燃燒的可能性後,巧妙設計出一個鎂帶與鋼絲絨組合的方式,透過乾電池點燃鋼絲絨再加熱鎂帶產生燃燒現象,可用以檢驗空氣中氧氣的含量,實驗結果發現空氣的氧氣含量約19.6%,與理論值21%相當接近。若將鋼絲絨換成電熱絲,通直流電加熱鎂帶也成功在純二氧化碳中燃燒。我們修改課本教材中蠟燭燃燒水面上升實驗,經由通電加熱鋼絲絨成功點燃密閉空氣管柱中的蠟燭,我們證實水面上升約79.7%因素是空氣熱脹冷縮造成的。本實驗設計出一個簡易金屬組合裝置,在密閉容器中能高溫點火,這將可以重新應用於許多有關密閉氣體反應的實驗,並可進行定量氣體化學反應前後總體積變化,具有實驗教學上的價值。

棋盤切割

本作品研究並延伸建中通訊解題第五十九期一道題目:將一個 的變色棋盤分割成 個矩形,求其最大 值與其實際切割方法。我利用不等式、等差級數、函數等知識求得結果,並推展至一般的正方形與長方形棋盤,試著以方程解與棋盤簡化等方式求得最大 值,且計算出實際切割數的上界,而在最後歸納出正方形與長方形棋盤的通用切割方法。

石板的科學奧祕

本研究用電磁波測量器、數位式溫度計、電子天平等,研究不同建材(石板、紅磚頭、大理石、瓷磚)的孔隙度,以及不同建材厚度(1.5 cm、3.0 cm、4.5 cm)對吸收電磁波、太陽輻射能、散熱效果、吸收瓦斯熱,和對硫酸的抗腐蝕性。研究結果得知,孔隙度由大到小為石板>紅磚頭>大理石>瓷磚;電磁波降低%由大到小為石板>紅磚頭>大理石>瓷磚;吸收太陽輻射能大小為紅磚頭>石板>大理石>瓷磚;散熱速率由快到慢為石板>大理石>瓷磚>紅磚頭;建材厚度越厚,散熱速率越慢,厚度對石板散熱速率影響最大。建材厚度會影響熱傳導速率,尤其對於石板的影響較大;對硫酸抗腐蝕性由大到小為瓷磚>紅磚頭>石板>大理石,但在低硫酸濃度時,各建材的差距小。

環保鬼腳§一個新函數的發現§

壹、 傳統鬼腳的化簡由 n 腳鬼腳的最簡節數必定小於或等於 n(n-1) / 2 節,判定絕大多數的鬼腳圖都應該先化簡再去取對應值。化簡鬼腳的工具有「代換版塊」及「化簡版塊」它們的交互運用可很有效率的將複雜的鬼腳圖化簡,最後再透過「棒狀檢驗」可以判斷是否已化到最簡了。貳、 新型鬼腳的發現與應用(一) 傳統鬼腳是一個一對一的函數,若將某一區塊的短節按照事先設定的方式加上單箭頭,這時可做分組抽籤之類的用途,也就是形成一個多對一的函數,若單箭頭加了太多,也有一套化簡的方式。(二) 上述的單箭頭鬼腳與傳統鬼腳在當鬼腳圖畫好後,對應的結果立即確定,不論遊戲者採用那一腳先走,但這是一個很糟糕的設計,因為下一群要玩鬼腳的人必須重繪一個鬼腳圖,這既浪費時間也浪費紙張。因此我們引進一種「不可追蹤的行走方式」,這能使採用不同的行走次序,即產生不同的對應結果。這也讓下一群玩此遊戲者,只要改變一下行走次序,即可重覆使用該鬼腳圖。(三) 上述單箭頭配上不可追蹤行走方式的鬼腳,並非對任意的行走次序都有不同的對應結果,本文中探討了各種各類的單箭頭陪列方式,如棒狀、V 字型、菱形、剪刀型、金字塔型、鑽石型………等,它們的對應結果種類數各有不同,其中只有「金字塔型」可完全充分的產生不同變化,也就是說行走次序一有更動,對應結果必不一樣。這使「重覆使用」充分發揮。(四) 傳統鬼腳為何會一對一,是一個長久以來存在著的一個謎,很多人有不同的解釋方式,不可追蹤的行走方式巧妙的解開了這個謎。環 保 鬼 腳§一個新函數的發現 §

秤秤有磁

運用電流磁效應的原理,使強力磁鐵磁浮在繞著線圈的試管中,來測量線圈的疏密、漆\r 包線的粗細、圈數、試管的口徑、磁鐵重量、個數和流經線圈的電壓、電流之間的關係。\r 藉由實驗結果來定量測出電與磁的關係,並得到線性圖形,提供驗證電磁理論。由磁鐵\r 重量和電壓之間成正比的關係,發展出可測量重量的磁力秤。經過不斷的改良,不但增\r 加自製磁力秤的準確度,由於花費不高,且方便攜帶可以作為小重量物品的簡易量具。

相約某年、某月、某一天

時間與我們日常生活有密不可分的關係,而記錄時間的方法,我們稱之為『曆法』,但在時間的推演與換算之中,從古至今有許多不同的表示方式,我們探討過程中發現,很多的曆法都以觀測太陽、地球或月球運行的軌跡來定義時間,曆法之間的差異,則是依著不同的計量而有所差別,但主要都是著重於地球、月球的運行,並且以置閏的方式來矯正時間上的差距,隨著時代的進步,我們能應用科學方式,更精準計量時間、修正曆法,使得曆法記錄時間更趨於完善。

飛燕返巢-南竿鄉家燕生態調查研究

本調查研究針對南竿地區介壽、福澳及馬港三個村莊水泥房在家燕(Hirundo rustica)舊巢位利用、產卵及孵育等生態上做觀察探討。結果發現三個村莊家燕舊巢位的完整狀態以「完好」最多;在舊巢位利用上,家燕於4月21日以後才開始利用舊巢來修補及築新巢,而且利用舊燕巢修補的巢數比新築的巢數多。在產卵方面,本年度家燕於4月14日以後開始產卵,隨著時間推移產卵的數量也增加,5月12日達到最高峰。同時在觀察燕巢時看到4顆卵機會最多,機會最少為6顆。至於家燕的卵孵化部分,本年度於5月5日以後才開始孵化,孵化前巢中的卵以4顆及5顆的巢數最多。在研究期間適逢禽流感(H7N9)在對岸盛行,造成地區民眾慌恐,怕被禽鳥傳染而剷除住家屋簷下燕巢,造成燕巢破壞數量偏高,後經衛生局宣導後這種情形才減緩。

乾坤大挪移.

在一次數學課中,老師講解了幾種相似形的畫法,選擇了不同位置的 O 點(光源點),會有不同的畫法,引發了我們想去探討的興趣,我們想知道,除了課本上提到的幾種單一光源點的作圖方法外是否還有其他的作法?我們於是著手研究。

當單擺遇上共振~實驗探討單擺在共振時發生順逆轉現象

老師在實驗影片中介紹了傅科擺,引起本組的興趣,想到若設計單擺加共振會如有何結果。本組根據構想設計了「單擺共振儀器」來進行實驗,選擇擺長長度、不同質量的擺錘為變因,利用調速器調整懸吊單擺之橫桿週期,並將實驗過程錄影,再以Tracker分析影片,求得橫桿的週期及擺錘運動軌跡、順逆轉等數據。本組發現:當單擺的週期與橫桿週期接近時,單擺的擺錘會明顯的出現越盪越高,而後繞著中心旋轉的現象 ,其軌跡產生由橢圓→圓→直線→橢圓→圓→直線的重複運動,好像李薩如圖形。另外,當單擺的擺動週期與橫桿的週期相近時,單擺的擺錘運動會在橫桿的振幅處,發生順逆改變的情形,即擺錘的運動在平面投影,本來順時針旋轉會瞬間變為逆時針旋轉。

環保小尖兵

去年暑假和家人去陽明山小油坑遊玩,解說員隨手拿出廣用試紙檢驗硫磺水的酸鹼性。回家後,我們就想到:是否可以做出各種檢驗水污染的試紙,以方便檢驗;於是我們立即展開以下的實驗。