全國中小學科展

國中組

n×n方格中的正方形

在n×n的平面方格內討論邊長、形狀不同的正方形個數,研究過程中將觀察到的規律歸納成一般式。

當螞蟻遇上門格海綿-挖洞立體圖形頂點間的最短距離探討

本研究旨在求得螞蟻在挖洞立體圖形之頂點間爬行的最短路徑。我們從一條通道的正方體開始研究,先後探討通道位置在中央、通道位置任意偏移、通道位置在中央旋轉時的最短路徑,同時研究了圓柱中央挖圓柱通道時的最短路徑,然後進一步探討正方體兩條中央通道與三條中央通道的情形,最後研究螞蟻在門格海棉之頂點間爬行的最短路徑。

食物中明礬的簡易測定研究

我們測試出明礬在鹼性環境下產生白色絮狀沉澱。只要利用調配好的NH4Cl-NH4OH溶液加上茜素紅色素,便能經由顏色變化(紫→紅)快速的檢測出來。連肉眼都無法辨識出白色沉澱的狀態,只要一滴加茜素紅色素,就能馬上判斷這食物中是否含有明礬存在。後續建立一個標準圖表,只要拿到一個未知濃度的樣品滴加茜素紅色素,然後對照標準圖表便能推定出明礬的濃度。這樣以簡易的測量方法,讓我們可以在國中的實驗室中,以幾百元打造出來的設備,輕易測出食品中明礬添加物是否過量,也能對我們面臨的食安問題多了一層把關。而且實驗測試能檢測明礬達到0.0005M的濃度。由這樣的試劑組合,能將明礬檢測靈敏度提高到法令規定的22倍以上。

稻穀矽.再利用–複合性吸附淨水大作戰

現今人們追求色彩,染料汙染已不容小覷。過去人們使用活性碳處理染料汙染,卻不能重複使用,與現今重視的綠色科學相違背,為了達到吸附後又能重複利用的目的,本研究使用廢棄稻殼製作吸附劑,並結合光觸媒,能同時吸附並分解染料。 實驗發現:使用稻殼可製作出的二氧化矽吸附劑約占原稻殼的10%;採用已磨碎、pH=0.74並加熱100度2小時(使醣類水解)、500℃燃燒2小時(燒去粗纖維)可得最純白的SiO2,對於1A、2 mL亞甲藍有最好的吸附效果(吸附率約80%/5 mg,而市售矽藻土<20%,活性碳<70%);與同樣主要是SiO2組成的矽藻土相比,稻殼氧化矽具有不易吸水的特性;此外,實驗使用自製檸檬酸鈦製作光觸媒並與稻殼氧化矽結合,發現TiO2/SiO2=1:5時具有較佳的褪色效果但復原時間長。

「針」有意思!─芸香科金橘葉與莖刺生長空間幾何與特性之探討

大自然植物生長的機制,往往蘊藏著驚人的幾何原理。本研究以常見的「芸香科金橘」為研究樣本,觀察發現金橘莖刺長於葉腋處,其下是生柄葉及葉片,且彼此成對交錯互生,莖幹中段部位之葉與莖刺生長大小比例明顯較為固定。 本研究藉由規劃便利有效率的編碼規則與標示方法,配合自行改良設計的數位測量儀器,進行金橘葉和莖刺的生長空間幾何之測量,發現金橘葉片長與寬比例近似於黃金比例1.618,葉與莖刺分別以順時113°與逆時109°多條螺旋規律生長,且繪製生長空間幾何分布圖,分析發現葉與莖刺生長受緯度之季節日照影響;另透過顯微設備觀察發現兩者均佈滿油腺,經檢測皆具酸性(PH5~6)成分,運用本研究結果建立3D模型,可提供後續深入探究與應用之參考。

自組簡易多功能光度計微觀碘鐘反應之變化及其反應速率

本研究修改去年所組裝的LED光電測定儀提升了其功能,可用於透光度的測定及散色光的測定,除儀器組裝外,並應用於碘鐘反應中的微觀觀察,例如硫分子的生成及影響碘鐘反應因素的觀察。研究結果顯示,所自組簡易多功能光度計確實具有以透光度測定及散射光測定的功能,且穩定可用於準確微觀化學變化,在測量濁度方面發現散射法較透射法靈敏而增加準確度。在碘鐘反應可以利用在碘三離子出現瞬間,散射電壓瞬間下降得知反應的終點,相對傳統肉眼判斷的來準確,因此當反應同時具有濁度及溶液顏色改變時,必需同時用到透射及散射法,改變傳統只用透光度測量,以提升反應的準確性,並推廣中小學之科學研究做微觀探討,提升科學之水準。

正規正矩

本研究主要探討將多塊長、寬不同的矩形拼成一塊大的正方形的情形。在圖形結構為 5 塊矩形時,我們分別討論了用等差數列、等比數列、費氏數列作為五塊矩形的長、寬的情況。在討論完圖形結構為 5 塊矩形的情形後,繼續去探討圖形結構為 1~4 塊矩形以及圖形結構為 6 塊矩形甚至是結構為 7 塊和 8 塊矩形的情形。

正義魔人-專用停車位警示系統

為了使身心障礙者及孕婦、帶小孩的爸媽們能順利地找到停車位,解決濫用身心障礙及婦幼車位的問題,所以我們製造出「正義魔人」系統。利用Arduino、RFID、超音波測距等零件,寫出程式碼,讓符合資格的人取得卡片後,能夠停在專用的保留車位,提醒沒有資格的人不得佔用。我們先製造出機器原型,然後完成具實際功能的一號機,而後改良語音警告功能及拍照檢舉功能為二號機。

等一杯想要的咖啡~咖啡發酵,健康美味加分

從咖啡文化深度之旅出發,好奇是否可使咖啡更健康美味。從自製烘豆機並採用市售五種複合菌,對東山咖啡「生豆」和「鮮果」進行不同條件發酵,結果證實使用複合菌發酵的咖啡豆,其對 DPPH 自由基清除的抗氧化能力稍有提升;而碘還原力及對人體健康助益良多的綠原酸含量則有顯著增加;對攝取過量有害健康的咖啡因含量也顯著降低。更特別的是,不同條件發酵的咖啡,每杯風味都不同,杯測評價均不輸市售優質咖啡豆,評比得分優於市售與麝香貓咖啡風味相似的高價咖啡,其中三組咖啡豆達精品咖啡等級。本研究結合所學知識並應用於本土產咖啡,再以科學儀器加以驗證,以簡單製程烘焙出更優於外國的健康美味咖啡豆,期能對台灣咖啡產業有所提升。

好膜成雙-幾丁聚醣複合保鮮膜製作之探討

食安與環境問題是地球永續發展的重要議題,我們以無塑材料幾丁聚醣(CS)與海藻酸鈉(SAL)來製造保鮮膜,研究結果發現:1. 幾丁聚醣(CS)加酸水解後可成膜但不防水,加鹼中和後可防水但非常皺。2 .2%CS和2%SAL 無法直接製成混合膜,須以複合成膜方式製膜。3. 2%SAL交聯反應後,可與CS製成膜性較好的複合膜。4.添加天然增塑劑(甘油、蜂蠟、橄欖油)可增加CS-SAL複合膜韌性(拉力)、可塑性及防水性,而添加明膠後,雖然韌性降低,但卻大大增加形變率,可以製成適合包覆食材的保鮮膜。5.加入添加劑後的保鮮膜在防止麵包發霉與香蕉變黑都有不錯效果,但沒有辦法明顯防止蘋果褐變。6.自製保鮮膜在泡過酸鹼後,仍具包覆效果,而加入添加物的保鮮膜具有透氣性。