全國中小學科展

國中組

黏黏有虞?-各品牌膠帶黏性測試實驗

看到大賣場販賣區吊一塊很大的的廣告,其內容是TM的最新產品名叫「TM大力膠帶」,廣告布條裡面在推銷這個膠帶的黏性有多神奇。於是大家想要用科學的方法來證明是否有如廣告上所說的有超強的黏性。 實驗結果發現,膠帶的黏力可以分為最初黏力與最終黏力,不同使用目的的膠帶這兩種黏力會不同,研究發現,大部分的膠帶最終黏力會大於最初黏力。膠帶與不同接觸面貼合時,其最終黏力會因接觸面的性質不同而不同,因此使用膠帶前要先對物體表面的材質有所了解,才能選用最適合的膠帶發揮最大的黏力。 研究也發現,膠帶在70℃的溫度內其黏力變化不大,表示膠帶在台灣這樣炎熱的環境下使用對其黏力不會有太大的影響。本組研究也發現,若是膠帶與物體貼合後,在膠帶上施予正向力,有助於提升黏力。

樹上忍者-棉桿竹節蟲的生態研究

棉桿竹節蟲屬於幼年高死亡型。四季皆有成蟲出現,以春夏季最多,冬季最少。若蟲時身體環節有7 節,至5 齡起變為8 或9 節,節數不同是隨機而定。屬不完全變態,大約經過6 次的蛻皮後,若蟲可長出翅膀變成蟲。若蟲成長期平均為65 天,成蟲可活60 天以上。竹節蟲的複眼會隨著光線改變顏色。有清潔行為,具有負趨地性、有趨光性但不明顯。常見的防禦機制有雙臂舉起呈威嚇狀,或由胸前背板放出人蔘味,以及吐出微黃泡泡。光線顏色對體色變化有影響,綠光與藍光會使軀幹與步足的體色趨褐色,軀幹上斑點更為突起、明顯。但不同溫度對體色沒有影響。若蟲步足與觸角有再生的能力,但成蟲則無。雄性的成蟲,體長比母蟲小,腹部第十體節部分有突起。

化學中的灰姑娘─硝酸銀

在操作理化第二冊實驗9─1時,不小心硝酸銀容易濺到了手及課本,經過一段時間後,沾到銷酸銀的手及課本的紙張都出現了黑色的污點,且實驗中產生的氯化銀白色沈澱稍後亦變成灰黑色,老師說是因為銀離子還原成銀原子之故,但在理化第一冊談到的保溫瓶結構中指出保溫瓶膽處鍍銀以防止熱因輻射而流失,老師提到,這層銀是利用所謂的「銀鏡反應」鍍上去的,然而同樣的銀離子還原成銀原子的反應,為何會有不同的顏色產生呢?種種現象引起我們的好奇,於是便著手實驗,探究原因。

找尋三階質數魔方陣

我們以魔方陣做為科展的出發點,過程中,發現到多種魔方陣的快速解法,但質數魔方陣並沒有快速解法,進而有了找出3階質數魔方陣快速解法的念頭。首先對質數的性質作探討,瞭解質數並沒有一般式的表示法,增加了尋找快速解法的難度。在後續的過程中,本研究將質數分為兩大類,一類為3k+1的型態,另一類為3k-1的型態,發現都可找到3階質數魔方陣,在限制定和為最小的要求下,確定魔方陣的中心數字為59時,有定和最小的3階質數魔方陣。本研究採用因數與倍數的概念,分析3階質數魔方陣定和性質,瞭解定和為3的倍數,藉由將質數分為3k+1及3k-1兩類,根據其中k的數字相加為定數,以較快速且有系統的方式找到3階質數魔方陣。

創意、改造大發明(便利垃圾桶、便利洗衣刷、水果切丁器)

布朗寧說:「成功的絆腳石不是缺乏智力,而是沒有創造力。」然而,現今高度競爭的環境下,今日的科技在明日可能就已過時。在國中自然與生活科技領域範籌中,以解決問題策略為中心,透過活動單元或作品,使學生循手腦並用的程序,培養學生創造思考的能力及合作學習的習慣。我們將課程所學融合創造力、想像力的實現。因此我們發明了三大主題:一、 便利垃圾桶其特性與傳統垃圾桶相差甚遠,以抽取式代替傳統作法。二、 便利洗衣刷將洗衣刷與清潔劑加以組合,做〝局部〞的刷洗,因此就不會弄濕整件衣服,是極富創造力的作品。三、 水果切丁器突破傳統的處理方式,利用四片刀片為刀片組並且去籽。使其成效成為原來的四倍。

〝紫外〞奇蹟,UV!---紫外線敏化酵素反應之研究

國一課本中「唾液分解澱粉」的實驗,依照課本步驟操作往往要經過半小時以上的等待時間才能獲得結果。而且唾液取自同學的口中,酵素含量及唾液中的成分因人而異,不僅實驗結果可能和預期的相去甚遠,衛生問題也令人堪憂。所以,我們進行課本中「唾液分解澱粉」實驗的改進,希望能加速反應速率並且尋找唾液酵素的替代材料。 根據觀測結果及實驗結論可知:我們的實驗證明 一、 白殼麴菌及小麥胚芽均含澱粉水解酵素可以替代唾液中的澱粉水解酵素。尤其同一活化時間的乾燥小麥胚芽產糖量遠超過白殼麴粉,所以建議利用乾燥的小麥胚芽取代唾液酵素。在使用白殼麴菌時,必須先以溫水(約35℃~40℃)浸泡活化,活化時間在50分鐘~90分鐘最佳。而使用小麥胚芽則需泡水50分鐘,經研磨後使用,對澱粉的分解效果最好。 二、 紫外線可加速酵素分解澱粉的速率,尤其發現UVA紫外線的照度對於酵素有明顯的影響。若貼近UVA紫外線燈,其催化反應效果最佳。此外,亦發現UVC的穿透力極小(無法穿透玻璃及投影片),因此照射UVC應建議直接由溶液正上方照射才不會被容器阻隔。 三、 若加入二氧化鈦當作光觸媒並且照射UVA紫外線燈,則強照度紫外線(貼近UVA紫外線燈),其效果會比只照射弱照度的紫外線更好。此外,UVC紫外線容易被容器的材質所隔離,本次UVC的測試結果無明顯的規律性,有待進一步的確認。 四、 我們所設計的可回收式光觸媒是可促進酵素反應而且是環保、省材料的生物晶片設計。 根據實驗結果,我們建議:將來在進行酵素的檢驗反應時,需要考慮紫外線對反應速率的影響,因為日常生活中紫外線的隨手可得(日光燈、省電燈泡、LED燈…)。反之也可以在以酵素催化進行各項醫療檢驗過程,藉由紫外線及光觸媒促進反應速率,來縮短檢驗時間。

廣義的畢氏定理探討

數學刊物從勾股定理談起以長方體的架構,長x、寬y、高z,對角線w 的概念去討論x2 + y2+ z 2= w2的畢氏數解,本文發現他遺漏了非常多組解。本文作者改以廣義的畢氏定理從平面幾何的概念找出所有畢氏數解。 傳統的畢氏定理只能在直角△上才能使用,本文探討一種廣義的畢氏定理,它適用於任何一種△(包括銳角△、鈍角△、直角△),這種創新的廣義畢氏定理的靈感來自於直角△中的母子定理所使用的直角△,這種子△和原直角△的三邊依序垂直,銳角△和鈍角△中仍然存在著這種依序和原三角形三邊垂直的子△,文章中透過借用直角△推導畢氏定理相同手法去推導銳角△及鈍角△的畢氏定理,這樣的廣義的畢氏定理型如x2 + y2+ z 2 = a2 ,(其中a 代表△任一邊的長,x 和z 落在另兩邊上,而y 長的線段和a 長的線段平行)。在廣義的畢氏定理條件下,本文探討了正△、等腰△、直角△、銳角△、鈍角△的畢氏數,並找出了那些被遺漏的解,接著解開了四元二次不定方程x2 + y2+ z2= w2的所有畢氏數解。

表面張力之研究及油膜實驗設計改進

在日常生活我們常可看到一些和表面張力有關的一些現象。如:荷葉的水珠成球形,刮鬍刀片小心放在水面上,不會下沈。一顆豆大的鉀粒會在水面起火燃燒,且在水面急速的移動。以上所述這些現象都在在顯示液值表面有所謂「表面張力」存在。然其大小受到某些因素影響。在國中第三冊物理第十四章曾指出,雜質及溫度會使液體表面張力降低。然而對於所有液體是否都是如此呢?實在是殊堪玩味。

皂返有理~探討檸檬酸及檸檬酸鈉在皂垢分解與形成作用中的影響

我們的研究透過自製椰子、棕櫚與橄欖三種性質差異性極大的手工皂,來探討皂垢的溶解與形成機制。實驗中發現只有橄欖皂垢在高溫的水中溶解率稍高,其餘都呈現難溶的狀態。檸檬酸雖對皂垢的溶解效果不錯,但會生成油狀皂渣。若改加入檸檬酸鈉,則可能藉由與鈣離子的結合來促進皂垢(脂肪酸鈣)解離,逆向形成脂肪酸根(皂液),等同於將皂垢的形成過程逆返回去且不會生成油狀物質。最後經過皂液的測試,發現將檸檬酸鈉加入皂體來減垢的可行性,結果發現「檸檬酸鈉手工皂」不只能減少皂垢,且有提升油脂乳化力與去污洗淨力的意外效果。因此本研究發現手工皂中添加檸檬酸鈉是解決皂垢的方法之一,且值得推廣。

改良電解水的裝置並探討電解速率的影響因素

研究電解水的改良裝置,以克服課本中的實驗缺失,經過多次的改良與測試,完成「懸吊式」及「密閉式」兩套電解水裝置。為讓改良裝置能推廣於教學中,特以改良裝置探討電解速率的影響因素,尋找合適的控制變因,提供教學參考。經過研究所得成果如下:1.提升了電解速率,縮短實驗時間。2.操作上手不用接觸NaOH溶液,電極以迴紋針替代注射針,增加實驗的安全性。3.以定量方法探討電極間的距離和電解速率的關係,克服課本中肉眼不易觀察的困擾。4.可大幅度節省藥品,避免環境污染。5.密閉式改良裝置,非常適合教師在教室中操作。6.可提供多次氫、氧性質的檢測,讓組員都有操作的機會,提升學習興趣。