全國中小學科展

國中組

團團轉

看到書上介紹內、外角及幾何圖形之後,我們就想,如果從一個點出發移動一段長度再轉動某個角度,再這樣重複下去,會形成怎樣的圖形?會不會回到原出發點?若換成數種長度或數種角度,又會如何?我們針對此問題作研究。我們發現,只走一種長度且只走一種角度時,所有的轉折點皆會落在同一個圓上,因此只要角度為有理數,必定回到原出發點。而兩種長度以上(包括角度改變時)只要轉的度數是有理數,大部分圖形皆可以用線段平移的方式將其圍成數個一種長度,轉一種角度的多邊形(或多角星形)推論會回到原點。只有當一個循環所轉的度數和為 360 的倍數時,才會有特例:可能是回到原點,也可能是朝某一方向不斷延展出去而更遠離原點。

沙阱內的秘辛--探討蟻獅幼蟲建造沙阱策略與捕食間關係

本研究探討蟻獅幼蟲(統稱蟻獅)的生態行為,包括牠步行方式、建造沙阱過程與捕食間的關係。結果一:步行特色(1)在沙地上蟻獅每分鐘平均0.86±0.08cm向後走,沙地外每分鐘平均以35±2.42cm快速行走。(2)都會出現180°大迴轉後,改以反方向走。(3)會走出類正多邊形,最後形成『類等角螺線』的路徑。結果二:(1)頭部能向後側仰達90°,證實拋沙的構造是在頭部。(2)頭部的面積大小為0.01cm2〜0.04cm2,可以承載0.0004g〜0.0018g的沙量。(3)蟻獅建造沙阱,最大射程為0.565cm~2.88cm,因深度加深而縮短;最大高度0.357cm~2.43cm,因深度加深而增加。結果三:直徑與深度與體長大小沒有關係,但是與當時埋伏的半徑、深度有關。結果四:捕食的速度,頭部同方向掉落獵物 > 頭部前方掉落的獵物。

環保奈米「魔粒」-對有機廢料吸附及降解之探究

水質中有害的有機物污染一直都受到關注,為了處理污水中有機物污染問題,通常會使用吸附劑、降解劑或相關試劑來進行處理,為了降低處理流程費用,降解後試劑再回收是十分重要的議題。 本研究以活性碳為核心與鐵磁流體複合後,以還原劑來還原奈米銀粒,並照光塗複於碳-鐵複合體表面。接下來進行表面改質後,以水熱法將二氧化鈦塗附於碳-鐵-銀複合體表面,得到最後複合產物。實驗中進一步探討以自製複合物試劑在可見光催化下降解亞甲基藍以及自製複合物試劑回收的效果。結果顯示:試劑平均回收率可達 96.2% 以上,對亞甲基藍溶液的降解率,在1.5小時內可達 86.6%。

好色之徒-探討孔雀魚體色與求偶、保護色及群聚行為的關係

利用紅、黃、藍色的孔雀魚測試擇偶過程中體色所扮演的角色,結果公魚偏好與自己體色相同的母魚,不論公母多偏好與自己同色的燈光。孔雀魚擇偶有兩趨勢 : 1.偏好自己的顏色、2.喜歡較深的體色。從演化觀點 :人擇使這兩趨勢被保留,因為這使孔雀魚生下鮮豔後代的機率提高,自然受人青睞。擇偶的顏色偏好除了是先天行為,也受後天同伴體色及棲地顏色影響。 保護色方面,母魚較公魚傾向與本身體色相似的環境,且保護色下受刺激的反應較安定,群聚行為(警戒性)也較不明顯。群體中的母魚沒有靠近相同顏色母魚的傾向,體色深的母魚無法成為群體的領導者。 紅色母魚對紅色燈光建立較佳記憶,且依據水族館訪查,體色較複雜的孔雀魚可能有較好的生命力。

三角形周長平分線之探討

我們藉由尺規作圖尋找三角形的等周線並且推導出等周線包絡曲線的方程式為一拋物線圖形。此外,為了簡化複雜的方程式計算,我們透過圖形的「旋轉」以及「平移」的方式模擬繪圖於GeoGebra上,找到分別對應於三個角的等周線包絡曲線拋物線圖形。最後,我們延伸尋找包絡曲線拋物線與三角形之間的相關性質,並且加以證明。

溫度的逆襲-探討逆溫現象對埔里盆地空氣品質的影響

我們發現埔里地區在106年1月到3月、107年3月到4月期間,的空氣品質較差,再將埔里盆地106、107年PM2.5超標的日子,與附近魚池氣象站資料比對,發現106年超標的日子中,有90%發生逆溫的現象,於107年有83%發生逆溫的現象,比較106年的3、7月逆溫現象出現的日子,發現當逆溫現象出現的時間越久,PM2.5就越容易超標。我們利用銅管和觀察箱,模擬逆溫現象下熱對流情形,在上熱下冷時(模擬逆溫)對流不易發生,不同層的溫度分層且不易平衡,在上冷下熱時,容易產生對流,不同層的溫度會漸漸平衡,但溫差小時會使平衡時間加長。在逆溫發生的空間注入煙霧,模擬煙霧流動的情形,發現,煙霧會下沉,不會對流,而使下層空氣更混濁。

神奇的水中蛟龍

以往浮沉子除了在上課教學演示講述其原理外,很少做其他相關的應用,所以我們希望能藉由這次參加科展的機會,找出浮沉子的相關應用: (1) 製作各式的浮沉子及其原理的探討。 (2) 製作出浮力溫度計,可將浮沉子應用在測量溫度。 (3) 配合浮沉子設計簡易的實驗,可應用在測量未知液體的密度。 我們由實驗中推導出一個未知液體密度的測量公式: D未=M1Vc/(V1Vc-VB.△Vc) (M1=浮沉子重量 V1=浮沉子原體積 VB=浮沉子內空氣體積 Vc=實驗容器內預留空氣體積 △Vc=塑膠針筒壓縮體積)

乾淨能源--校園川廊圓盤紙風扇發電的探討

無汙染之乾淨能源是未來能源的發展趨勢,校園有較空曠的空間可進行風力發電的實驗,為克服被扇葉打中的恐懼,故利用較輕的圓盤紙風扇,若取得發電效率更好的風力發電機,搭配圓盤紙風扇固定於學校川廊上方空間,不僅可發電利用也可用於教學,甚至可作為裝置藝術。自製風力發電機組最佳狀態是有集中風力的風管穩定發電效率、凸唇朝向迎風面、風速快、扇葉傾斜90°、展開5片以上葉片及距離出風口越近越好。本研究裝置是利用氣流沿著扇葉快速通過扇面孔洞,導致扇葉兩側壓力差形成一推力,且課本簡單機械中有教到物體要繞支點旋轉需產生足夠力矩,故氣流越快通過扇葉兩側的壓力差越大,能轉換的作用力就越大,產生的轉動力矩也就越大。

「層」次「分」明—濃度與色素吸附力關係之探討

本實驗藉由濾紙色層分析法,以水性黑色顏料為混合物,探討各種沖提液在不同濃度下對色素吸附力的影響,並得知鹽類是鑑別展開距離的關鍵溶質。我們也發現,以氯化鈉為沖提液,「低、中、高濃度」都有其各自的區間,並有不同斜率。斜率的改變,是由於正、負離子互相吸引程度不同,而導致靜電力的消長。只要找到濃度區間交界點並做分段,就可得到極佳的線性關係,並且可以應用於未知濃度的檢測。 最後我們發展出解釋模型,根據「水合離子」的性質、條件,可說明沖提液中的離子在本層析實驗中的關鍵作用;也能完整解釋離子種類、濃度、帶電量多寡所造成的影響。

水來土掩-聚乙烯醇(PVA)對校園土壤理化性狀及團粒保水之研究

本研究探討校園土壤種類及性質,嘗試添加不同濃度聚乙烯醇於土壤中。實驗結果顯示,PVA溶液濃度越高,EC值越高,可增加土壤EC值。PVA溶液為弱酸,降低土壤pH值。添加PVA溶液於土壤中,可調整土壤的pH值及EC值。 聚乙烯醇可溶於水,常溫配置之PVA可在溫水下攪拌即能完全溶解,再利用日曬吸收熱量大量配製操作容易,也減少電能消耗。 校園土壤有不同質地分佈,相繼的也會影響到水份入滲時間及保水能力。Area 2及Area 6土樣隨著PVA溶液濃度降低至2%以下團粒化效果更佳。入滲實驗發現Area 6,0.4%以上的PVA溶液在滲透時,會使土樣產生中斷以致於上層的PVA水溶液無法再入滲。綠豆萌芽與生長試驗可知低濃度PVA對種子萌芽與生長的能力,無顯著的負面影響。