全國中小學科展

國中組

請螺入甕

福壽螺屬於外來種生物,而人為的疏失使福壽螺成為台灣生態問題的一大隱憂,加上其食性雜又廣、繁殖快又多、對生存環境的水質也不挑剔的習性,所以福壽螺的族群數量增加相當得快又密。本次研究以自製改良的陷阱器,放入誘捕效果好的食餌,放置在福壽螺出沒的荷花池及北中河內,確實能誘捕到福壽螺。將陷阱器發展成串,放入價格便宜又常食用的食物殘餘物當食餌,就可大量誘捕到福壽螺,達到快速、方便、有效的除螺成效。使用資源回收的礦泉水瓶及食物殘餘物當食餌的方式,更有省錢、省力、省時的好處。

實驗室處理金屬離子廢水的方法再研發——再造保麗龍的第二個春天

本實驗先尋求將廢棄保麗龍再製為陽離子交換樹脂(本實驗稱”保麗龍膠”)的方法。將保麗龍依:丙酮溶解→硬化→打碎→與濃硫酸共煮三小時→浸於50%硫酸溶液中→沖洗→以水浸泡的流程,即可達再造的目的。再利用「碘滴定法」(浸泡式)與「相對電壓檢測法」(流動式),依次尋求保麗龍膠吸附金屬離子的最佳條件。其中「碘滴定法」可有效測出銅離子濃度,但手續繁瑣;「相對電壓檢測法」最大的好處是知道保麗龍膠何時吸附達飽和必須再生。 我們目前所知,要保麗龍膠達到吸附陽離子的最佳效能,其條件依次為:使用細粒的保麗龍膠;低濃度的金屬離子溶液;質量愈大的保麗龍膠;低溫下較慢的金屬廢水流速及pH 值約為4.30的銅離子廢水;鈉型的保麗龍膠吸附效能優於氫型。保麗龍膠對不同金屬離子亦有吸附力,單位體積所含離子數愈少,初始的相對電壓會愈高;在相同莫耳濃度下,不同離子的吸附力依次為Cr3+>Fe3+>Ni2+>Cu2+>Co2+;分次吸附確可將金屬離子完全去除;保麗龍膠可以再生也可被覆在砂粒上達到不錯的吸附效能;最後,我們將吸附過金屬離子的保麗龍廢膠與硫酸鈣、紙漿及些許的石灰(質量依序為13克、13 克、7 克、0.04 克)混合,可製成類似紙黏土,做成造型磁鐵,廢物利用十分有趣。

n進位制反向倍數知多少?!

本文透過代數方法先討論驗證10進位制反向倍數的性質,進而用其探討方式推廣找出3進位制、4進位制、5進位制等的反向倍數,從中歸納、假設、驗證n進位制反向倍數的性質,如n進位制二位數、三位數、四位數一般式、數種反向倍數的基本型與組合型型態、n進位制四位數反向倍數之判別法等。並推導驗證n進位制中,a倍的反向倍數四位數10C a的(n,a)遞迴關係式及與其進位值數列的函數關係。且利用本文推論定理撰寫找出n進位制m位數反向倍數演算法與程式,及找出二位數與四位數的n進位制反向倍數基本型的原型,更是此次研究結果的一大特色。

「蚓」出生機-探討蚯蚓習性與其植物生長的關係

蚯蚓自然農法是以「環境和生物共生共榮」的方式來種植作物,本組希望創造一種能在都市狹窄空間,利用生廚餘和蚯蚓改良土壤性質、不用化學肥料的自然栽種農法。實驗發現在光度為476±10lux 的白光環境下,蚯蚓的負趨光行為最明顯;在電磁波為38mG的環境下,蚯蚓鑽入土壤中的速度比沒有電磁波的組別快。在飼養蚯蚓方面,除了分析不同材質養殖箱的優缺點,也發現有46.67%的蚯蚓會鑽入混有百合花瓣的家用土中,比例較培養土、蔬果還高。另外,在蚓糞與植物生長情形的實驗中,全蚓糞土所栽種的空心菜,不僅全株乾重最大,且長度超過5公分的葉子平均有54片,蚓糞土比例越低葉片數越少。實驗最後,本組推薦自製蚯蚓塔作為栽種媒介。

ㄋㄟㄋㄟ的溫度準不準?

本研究實驗結果顯示市售的奶瓶測溫貼因為瓶內外溫度差,及本身顯示的度數極少,造成瓶內真實溫度和瓶外貼片顯示溫度有極大的差別,可能對於嬰兒的喝奶溫度造成誤差而使嬰兒受到傷害。實驗中我們也探討了不同材質的奶瓶,測得誤差值的大小有所不同,並最後也推算出修正函數讓貼片顯示的溫度能夠更準確。最後本實驗以14.89%的奶水外側以紅外線感測器來測量外側溫度,發現無論為玻璃或是塑膠材質的奶瓶,其外側中間與內側中間的溫度變化趨勢幾乎一致,且兩者相關係數達到0.92 以上,可用來設計製造出一個更能測得奶瓶內真正溫度的測量儀器。

錐體的堆積與切割

第一冊習作介紹了 N2 = 1 + 2 + 3 + 4 … + N + ( N - 1 )+ … + 3 + 2 + 1 ,老師藉由圖形面積法,幫助我們更了解其原由,引發我們繼續研究的興趣。

Experimental Study on Self-designed Multi-layer-tank Water Damper for Mitigation of Structural Response

自製震動台模擬建築物受力時的振動模式;另設計多層容器(Multi-layer-tank)盛水的液體形式阻尼器,探討Depth Ratio(水深/容器長)、振幅、Mass Ratio(水質量/總質量)對減振效應的影響。實驗方法以「振動參數」(週期、衰減係數、時間)量化減振效應。調整Depth Ratio使水自然擺盪週期(Tn)接近震動台週期(TV)(PR = Tn / TV≒1),易產生碎波現象(wave breaking),造成系統能量消散,減振效應顯著。震動台振幅越大,碎波發生可能性越高,減振效應也越佳。且當PR≒1時,Mass Ratio變化對減振效應影響不顯著;若PR≠1,當Mass Ratio = 4.63 %,減振效應最顯著。實驗證實調整多層容器盛水液體阻尼器的特定參數,可有效達到減振效果。

一折不兩斷的義大利麵條 —探討不同條件下義大利麵條的斷裂情況

用手折義大利麵條,並不容易斷成兩段,反而常斷為三段以上。我們建立能控制變因的折麵條機構,模擬手折的情況,探討不同義大利麵條斷裂的情況。 發現砝碼的落下距離越大、兩施力點越近、施力點與支點越遠,麵條容易斷成兩段,當麵條越彎曲,越容易斷裂。圓形麵條越粗,容易斷裂較多段。而寬扁麵條的平均斷裂條數少於圓形麵條。 當麵條受力後,彎曲處會像波一樣傳遞。若是慢慢彎曲麵條,會使麵條在最脆弱處產生第一個斷裂點,接下來會因能量傳遞而在其他點繼續斷裂;若以一定速度彎曲,曲率半徑最小處傳遞後,會在先轉動的施力點另一側發生第一次斷裂點;文獻與實驗都可發現斷裂的麵條會被拉直,產生曲率半徑較小的位置,而繼續斷裂成多斷。

『它抓得住我』--利用自發性感應電極與磁場作用提高重金屬廢液回收效率研究 --

使用電解法進行重金屬廢液回收被人詬病之處是高耗能,高成本。但本實驗使用硫酸銅水溶液為實驗藥品,利用所發現的自發性感應電極與外加磁場裝置,在電解槽中放入中央平行碳片與外加磁場,與對照組相較最高可達到17.09倍的回收量,且耗能也僅為對照組的7.99%,提高了92.01%的能源使用率;同時發現外加磁場強度越強、中央碳片數量越多可提高整體的銅原子回收量與降低耗能;此外,可利用右手開掌定則解釋為何可增加銅原子的回收量與降低整體耗能、增加整體裝置的電流等現象。本實驗所設計的裝置可作為重金屬廢水處理的重要參考。另研究中也測得中央自發性感應電極所產生電位差,可提供自發性感應電極發生機制的重要依據。

推〞倒〞費馬

本研究從『連續的立方和等於某一個數的平方』的推導過程開始,藉由學生不同的解題方式,而發現許多奇妙的事情。學生們用其對數學的直覺採用『立方體』轉換成『平面的L型面積』來解題。而後有學生發現此題與費馬定理的關聯性,加以進行研究與討論,最後與老師們的一同努力研究,嘗試證明這百年來的難題。