全國中小學科展

國中組

土壤中的水精靈-探討捷運大安森林公園站的土壤液化防治

本研究在於模擬臺北捷運大安森林公園站土壤液化現象並探討動力夯實工法防治效果。本研究分兩部份;一、預備實驗;二、實驗研究。預備實驗為設計沉積土層箱和捷運站砂土箱,並模擬土壤液化現象。實驗研究主要為了探討動力夯實工法對臺北捷運大安森林公園站砂層的效果。由預備實驗,我們設定1500mL水量、砂土深度10cm、砂層中未有緻密岩層,進行臺北捷運大安森林公園站砂層模擬,可以發現施作動力夯實工法砂層可以有效防治土壤液化,並從實驗中我們發覺經地盤改良的砂層在地震後會有地表濕潤現象,因此我們建議施作動力夯實工法後的砂層上方可以鋪設植草磚或連鎖磚,利於行人走動。

「雨」出驚人-水資源的研究

為什麼台灣的年降雨量遠遠高於世界降雨的平均,台灣卻還是排列在缺水國家的行列中,究竟問題出在什麼地方呢?本實驗主要便是在探究山坡坡度與降水量、泥沙淤積間的關係,以及在不同溫度及溼度的環境下,水分的蒸發情形。我們發現坡度15度時,土壤含水量最多。其原因可能是坡度較厚、流失的水量少所致。而在蒸發的實驗中,溫度愈高、溼度越低時的蒸發速率愈大。此外我們查詢了許多關於台灣水資源的資料,並將研究結果套入資料中換算。石門水庫每年蒸發掉將近1331萬立方公尺的水量,而台灣每年蒸發掉將近283.5立方公里的水量。

木材頑敵-白蟻生態

發現學校走廊的木柱己呈空心,但表面是完好的。於是好奇地敲開一看,果然看到無數的白白胖胖的小昆蟲進進出出於他們的摩天樓。我們請教老師才知道這是木材的大敵-一白蟻!牠們到底從何而來?如何傷害木材?為何不損及表面?以什麼為主食?如何砌造牠們的摩天樓?讓我們來揭發這個謎!

螞蟻吊大象

為了解「螞蟻吊大象」課程中脆弱的火柴棒如何撐起六、七瓶礦泉水,我們設計實驗包括三根木棒的粗細或長度改變、木棒接觸面的材質、載重系統的整體環境等,探討承載架運用什麼方法撐起重物、如何增加承載架負重能力,發現改變各種變因能影響承載架負重效果:當木棒纖維強度不足時,承載架倒塌的原因為木棒斷裂,當木棒纖維強度足夠時,會因繩子受力拉長,最終導致傾斜倒塌。在實驗過程中了解承載架載重原理,嘗試應用於生活之中,設計能夠隨處掛起的環保杯袋,並且對力學有更深入的了解。

擋不住的誘惑──毛氈苔的致命陷阱

生物教材中介紹食蟲植物時,我們感到十分好奇;有一次和家人去逛花市,看到了一種玲瓏的植物,原來它就是老師上課中提及的毛氈苔。我們帶了幾盆回學校,請老師帶我們踏上食蟲植物─毛氈苔的「科學之旅」。

「爐」日中天

本實驗主要探討八上自然與生活科技課本中,3-2面鏡成像單元提到的太陽能集熱器是「利用平行主軸的太陽光,經凹面鏡反射後聚於焦點」。於是我們設計並製作一個焦距為10公分、 研究一:利用數學繪圖軟體GeoGebra設計一個焦距為10公分、口徑60公分、24片組合的太陽爐單片模型,並以厚3mm的壓克力板來製作、組合。研究二:以500W赤外線燈做輻射源,對拋物面太陽爐焦點及其附近作溫度的測試,及探討入射角度的影響。研究三:把太陽爐拿到戶外做焦點溫度測試,及實際煮物(米、蛋、水)。

簡易二氧化碳濃度測定器之製作及其應用價值之研究

國中化學第一冊第三章第三節,空氣與人生的關係,提到了有關空氣之組成,氮 78 %,氧 20 % ,氫 0.934%,二氧化碳 0.03%,及微量的其他稀有氣體。人呼出的氣體,能使石灰水 Ca(OH)2混濁,而空氣比較小容易使它混濁。這足因呼出的氣體中,有一種叫做二氧化碳的氣體存在。這種氣體對人無益,但植物都需要它,才能使大氣中的空氣保持恆定……等。但課本未曾談到二氧化碳的濃度應如何來瀾定,同時亦未曾介紹我們人類所呼出的二氧化碳濃度比空氣大幾倍?而且用什麼方法求出大氣中合二氧化碳為 0.03 % 呢?於是同學們便開始設計實驗,始有簡易二氧化碳測定器(簡稱大埤國中測定器)之產生,藉此科展的機會,就教各位先進名家,賜給我們寶貴的知識、經驗,好作更進一步的研究及改進,並加以推廣,造福人群。

聲音現形記瞧一瞧—聲音Do.Re.Mi

花了不少時間了解聲音的波動現象後,我們由已知音叉自組「U行長管空氣柱測量法」去推測實際聲速大小,結果與標準聲速誤差在10﹪以下,同時也比較出未知音叉的頻率。為了了解聲波與其他介質波動傳遞數率的快慢差異,我們由自製的「自動振動機」已成功的比較出粗繩波、細繩波及緊繩波的波速大小;以自動振動機控制單擺的規律擺動去撞擊自組煙霧箱,感受撞擊時產生的聲音及能量的傳遞,讓煙以不同的速率方式擴散,也從這個實驗比較出:空氣的聲速(20℃下)34300cm/s>>單擺擺動的速率10~20cm/s>煙圈自煙箱出口的速率3~9cm/s。為了讓聲音以更有活力、更有趣的方式具形化,我們以聲音三要素的方式設計了音波功的實驗。以錄影、電腦播放或現場感受的方式,就算聽不見也能看得到聲音的威力!為了讓聲音以另一種型式光來展現,我們以視覺暫留的現象定出音符定點展開的上、下、左、右的光點,再畫出音符的完整畫面;再企圖從跳動的反射光路徑中帶出舞動的Do Re Mi音符及曼妙的音樂。為了留住聲音的軌跡,我們將聲音以色彩的方式舞動出來、以不同紙材吸附對照,以感受古典音樂、搖滾音樂…等節奏下形成的色彩畫面。

數學家的秘密花園-- 萬花尺作圖之研究

我發現萬花尺是由兩圓互繞,竟形成那麼特別的圖形,便開始研究圖形成的原因。我從動態模擬萬花尺機械作圖開始,發現機械作圖的原理是用齒輪控制圓形的轉動,以至於可以控制花瓣數量,試想,如果不是因為齒輪,機械作圖總有誤差,要維持大小兩圓半徑在整數比的情況下是非常困難的事情。處理外圈是橢圓的情形時更是如此。 處理完機械作圖後,我找出控制萬花尺圖形的擺線方程式,這時候有兩個重點: 一、試著用方程式模擬並解釋機械作圖的所有樣態。 二、利用方程式內抽象的係數變化,討論原本機械作圖無法作成的圖形,包含外輪擺線的部分。

農業廢棄物再利用-吸附重金屬離子之研究

我們利用不同農業廢棄物進行含銅鎳離子之廢水吸附實驗,並探討影響吸附效率之相關條件,接著討論花生殼有無化學修飾對銅鎳離子吸附效率的差異。比較未經化學修飾花生殼對相同濃度的Cu2+、Ni2+之競爭吸附,結果顯示Cu2+的吸附效率較好;隨著濃度上升,未修飾之花生殼對Cu2+吸附效率出現明顯下降,經重複使用會造成吸附效率的下降;化學修飾處理後則可提高對Cu2+及Ni2+的吸附效率,發現最佳化學修飾條件為溫度80℃、時間120分鐘、85%磷酸與花生殼固液比1:1。研究顯示廢棄不用的花生殼可以用來處理低濃度銅鎳離子的廢水,除發現廢棄物再利用的新價值外,更能協助小廠商落實工業廢水的處理程序,達到保護環境與永續發展之目標。