全國中小學科展

國中組

落塵量與高度間的相關性研究

本研究以自行研發設計的「微量天平」及自製「不同高度的落塵量收集架」來測量每天24小時的落塵量,並置於車道上、市場內、小巷中及校園內等四個不同特性的環境,藉此測量數據以分析落塵量與高度間的相關性。本組研究同學只是國二學生,對於微小質量的測量,我們只能用我們所學過的知識來設計儀器測量,但由於所學的東西有限。所以我們希望能藉由觀察、發現、研究…等過程來探討「落塵量與高度間的相關性」來做研究,期望藉此次科學展覽發表研究結果的過程,能培養研究科學的正確態度,並將研究結果發表,接受批評指教。本研究內容以九年一貫八年級生自然與生活科技所學相關知識為主,其中包括有質量的測量、槓桿原理、有效數字的處理等相關知識。

利用系列光點強弱變化測定星等之方法

約半年前,我發現單一光點斜向進入普通平面玻璃鏡面後在玻璃介質內會發生多次折射反射現象,在該鏡面上形成一系列可見之光點。旦自第二光點以後亮度逐漸減弱。又該系列中光點個數與光源強弱成正相關。故聯想到若將普通天文望遠鏡中之天頂稜鏡換裝成該種(普通)平面玻璃鏡後,應有相同效果,即可用來判別星等。一一經試行改裝後,在普通天文望遠鏡中觀測任一星體均可見一系列之光點。且光點數確與星體亮度成正相關,即較亮之星體在望遠鏡中分散成可見之光點較多,較暗之星體可見光點較少。

水中『藻』寶

經由實驗觀察我們發現池水中的藻類在陰暗處靜置後會有自然沈降的現象,利用這個特點可以很方便的收集藻類進行藻類的觀察,這也解決上學期我們在進行水中小生物實驗觀察時不容易找到他們的問題;藻類因具有葉綠素呈綠色因此在顯微鏡下很容易觀察到,在這次的實驗中我們認識了25種藻類,涵蓋原生生物界中的綠藻門、裸藻門及金黃藻門的藻類。藻類數量的觀察是進行藻類實驗時最基本的課題,經過大家討論及老師的建議我們採用顯微鏡進行視野內藻類數量的估計,先以放大100倍率觀察紀錄視野中藻類的種類,再以400倍率隨機挑選五個視野觀察藻類數目,平均後以此估計每ml樣本中有多少個藻類來作為比較的依據,但此方法不僅費時且存在很大的誤差,為了有比較的標準且尋找一種更簡易方便的方法估計藻類數量,我們想到利用光線對藻類生長影響實驗中池水混濁度和藻類數量成正比的關係,我們將自製濁度計加以改良除去人為主觀的因素,做為監控藻類生長的工具。由實驗發現藻類的生長繁殖受到溫度、光線、無機營養鹽及有機物的影響很大,池塘中的藻類在池塘生態系中扮演著生產者的角色,藻類不僅是水中小動物的食物,更是大氣中氧氣的製造者,所以水中自然不能沒有它們,但是如果藻類繁殖太多,藻類死亡後由細菌分解用掉大量的氧氣,則對於其他生物亦有不好的影響,由實驗得知目前潭墘村的池塘污染主要是家庭有機污染源,因此研擬減少池水的污染並維護生態平衡將是一個重要的課題。

旋轉 90 度的秘密~探討馬利筋的特殊傳粉機制

馬利筋(Asclepias curassavica L.)是普遍栽植在校園或公園裡的食草兼蜜源植物。它跟授粉者有互利共生的關係,花朵構造特殊而且需經過一連串機制才能完成授粉。馬利筋的雄蕊與雌蕊癒合成一個特殊的蕊柱(gynostemium),藉由構造上的導引讓授粉者能把花粉塊從管狀雄蕊中抽出來,再經過粉塊柄(translator)散失水分後而扭轉。然後花藥單位被帶到另一朵已經空出相對位置的蕊柱上,花粉塊碰到柱頭而達到授粉的目的。樺斑蝶與馬利筋的共生關係很巧妙的完成了傳粉的目的,但是結果的機率似乎不高。不過因為植株本身有毒、無性生殖能力強、一個果實有多個種子以及種子有毛能隨風飄散等條件,所以還是使得馬利筋順利的在台灣繁衍下來。

以物理觀點探討中風

腦中風是人類最大死因之ㄧ,它來時突然,去時無?。今雖醫學發達,科學昌明,但每當提及此病時,仍令人談虎色變,不寒而慄!它的病因是高血壓,而高血壓是血液中之膽固醇沉澱於血管,使血管狹窄引起的。一九八五年諾貝爾醫學獎是由研究膽固醇新陳代謝及膽固醇相關疾病上有重大發現的美國學者──布朗及高德期兩位博士共同獲得。以資料獲知;人體細胞表層有感受體;它對吸收血液中,低濃度蛋白質的含膽固醇分子能發揮影響力,攝取過多的動物性脂肪是造成動脈硬化的主要原因,但人體內各種細胞皆可製出膽固醇,連不吃含膽固醇的素食人,其本身也能產生相當量的膽固醇。所以血管硬化、高血壓、中風的未知原因很多。因此,我們以物理的觀點探討中風的部分原因。

難解的恩怨情仇--九連環

此主題從日常生活遭遇疑難尋求解答開始,在研究如何將看似繁瑣的中國著名童玩—九連環,透過解開單環、二連環、三連環、四連環等較簡易的情形,推導出各情形的解開方法,進而建立解開各情形步驟數的數列,並從這些簡易的情形推出解K連環的過程規律, 並得到各項數列的變化規則為 ak=2ak - 2+ak - 1+2, 再從數列的前幾項分布觀察出另一個其隔項階差形成等比數列的規律, 並進而推導出其隔項階差公比為4 也就是ak + 2 -ak =4( ak-ak- 2)這個關係式,透過分離奇數項數列和偶數項數列形成的第一階差再配合等比級數的求和方法就可得到解K 連環時的步驟數的一般公式, 也就是為當K 為奇數時需1/3(2k+ 2-2)步,而當K 為偶數時則為ak=1/3(2k + 2-4)步。

亮!不亮?要你好看!!

七彩LED是各色分明,非常省電的劃時代光源,易於控制的色彩變化帶來各種應用尚待挖掘,但是發現LED混光混色的複合變化難以掌握其配色規則與注意事項,造成創作的困難。 本實驗先把單色LED發出的三原色光(及其混光)穿透過或照射於不同材質中的色料(紅,綠,藍三色及其混色)得到混合效果,歸納出規律性。目的將所學的一般混光與混色規則,在LED領域做進一步推展,並比較透射與反射兩種模式,找出通用準則與技巧。 然後採用各種素材,配合人眼辨識視覺原理將平面的靜態圖形轉化成各種動態化影像與文字。 最後推演出數種應用設計,來驗證超低耗能的LED可以應用在視覺效果的產品上,未來甚至可能取代部分高耗能的霓虹燈或廣告看板。

從「4=3」的圖形數談起

在一次五子棋的廝殺中,為了避免弟妹干擾玩耍的興致,因此隨便抓了一把棋子讓他們玩玩,沒想到他們用了相同多的棋子,排成了三角形與四邊形的圖形。我們覺得蠻有趣的,因此我們想到一個研究的問題:「在移動最少棋子的條件限制下,將三角形數移成平行四邊形數」。我們稱這一個方法為「4=3 切割法」,運用這個切割法的結論我們知道:一、 所有的三角形數皆等於平行四邊形數(合數)。二、 「三角形數=菱形數」等價於「n(n+1)/2=完全平方數」的問題,而且在一億個n 值當中,只有10 個數值滿足「三角形數=菱形數」。三、求根號2的有理逼近分數並估計誤差。四、 比較「4=3 切割法」所求逼近根號2的分數與連分數展開所計算的分數,展現有趣的關係。綜合這些性質,我們發現研究主題皆與“根號2”息息相扣,在此不得不讚嘆「數」的美妙。

披沙揀金---如何有效分離大小顆粒

我們的實驗主要的目的在探討振動時顆粒的流動機制,找出振動情況下混合顆粒分離的最佳數目比及最佳直徑比。一、我們推論造成『大顆粒上浮,小顆粒下沉』的原因是因為振動時產生空隙使上層小顆粒向下填補,擠壓下層大顆粒且振動時顆粒堆積造成斜面顆粒碰撞,上層顆粒體產生擠壓現象使大顆粒上升。二、由數據發現,當大顆粒數目與小顆粒數目比為5:1時,大顆粒浮出數目最多,接著我們使用不同規格的『鋼珠』,進一步探討顆粒的最佳直徑比我們觀察以3/32:6/32的鋼珠浮出數最多,推論最佳直徑比為3/32:6/32。三、大小混合顆粒,當振動次數超過60次時,大顆粒浮出數目不再增加,我們推論『60次是大顆粒上升極限值』,原因可能為振動超過60次之後浮出之大顆粒開始下沉。

金鳥獨立─金絲雀體溫恆定之行為探討

常常看到鳥類都將一隻腳縮起來,七股的黑面琵鷺如此,就連家裡養的金絲雀也有這種現象。這不禁讓我們對此種行為感到很大的興趣,在翻閱相關書籍及資料後,發現解釋此一現象大多從維持體溫恆定的角度切入說明,但卻沒有明確的實驗證明。剛好在自然與生活科技課中有學到關於「恆定性」的單元(康軒版下冊第二章第一節),所以我們就以現有的材料來設計實驗,藉著觀察在不同溫度的環境中,金絲雀的單腳站立行為是否有所差異,以便求證書中所言,並想更進一步了解溫度對鳥類行為的其中奧秘。