全國中小學科展

國中組

白色雪衣下的秘密-光的反射、折射與漫射

看見生物體表顏色,認為生物就是那種膚色或是有該色澤的毛髮,青蛙有綠色的皮膚、棕熊有棕色毛髮。北極熊乍看之下是白色的就有白色的皮膚或是白色的毛髮。但實際上毛是透明無色的而資料顯示北極熊皮膚是黑色。與常識有所矛盾。經由玻璃、塑膠片、釣魚線的實驗發現,這是因為光的緣故─光照射於細小物件上時,產生了漫射。讓原來黑色的皮膚被掩蓋,透明的毛髮也無法表現出來,而呈現出白色的北極熊。 實驗過程中,我們製作一個仿北極熊皮毛的模型(黑色底色、透明的毛髮),置於暗箱中做觀察。發現透明的釣魚線,在光照射下呈現白色,同時也掩蓋了釣魚線下方黑色的黏土。證實了北極熊的體色是因為光漫射的緣故,視覺上看起來呈現白色。

切切私語-探討平行四邊形體頂點至對邊等分點切割的變化

本研究以平面為基礎,往內做N層切割,往外再向立方體推展,探討四邊形、體進行連線切割後,所剩餘四邊形為何種形式四邊形,且剩餘四邊形、體的面積、體積與原四邊形、體的比值來進行研究。結果發現正方形切割後,所剩餘四邊形仍為正方形;平行四邊形切割後所剩餘四邊形為平行四邊形,且剩餘四邊形面積為原四邊形的(n-m)2/n2+m2,長方形、菱形與平行四邊形結果一樣,並發現以此切割法也可以用來反證勾股定律。往內做N層切割所得內外面積比為[(n-m)2/(n2+m2)]N,往外向立方體推展求得體積比為1-(n+k)/2n+2k3/3n(n+k)2。

B&W-探討黑白條紋系統溫差造成緩升溫效果的原因

我們發現黑白條紋的組合具有緩升溫的效果,在不同條紋密度比較時,可以將寬度分成三群(0.2cm,細紋,寬紋),條紋愈細,緩升溫效果愈好,但小至0.2cm時效果不佳。在黑白條紋系統中,不論1.5cm(細紋)或3cm(寬紋),外部黑條紋溫度都比白條紋溫度低,而內部則是黑條紋比白條紋高,如此會形成溫差,而有對流現象。我們以銅管模擬條紋溫差,無論溫度是上冷下熱或下熱上冷,經迴歸分析後發現對流速度都與溫差成正比,並具有高度相關性。我們認為黑白條紋內部跟外部皆形成溫差但方向相反而造成對流方向不一樣,產生熱逆對流機制的效果,使熱能不易進入瓶內,具有緩升溫的效果。

寸草不生_植物相生相剋作用之探討

本實驗旨在研究如何利用植物間的相生相剋作用達到防治雜草的目的,並藉由多種假設與實驗,探討在何種處理之下,能夠對於大花咸豐草種子發芽有最佳的抑制效果。主要研究結果顯示為:各種實驗植物中,以烘乾72小時之黑板樹葉片萃取液對大花咸豐草發芽的抑制效果最佳,且當用蒸餾水萃取植物萃取植物之處理方式有利於抑制物質的析出(例如:浸泡較久時間),則對抑制發芽之效果有正面的影響,在野地實驗方面,我們初步發現黑板樹萃取液對於大花咸豐草種子的抑制效果是特別顯著的,且不論是對於大花咸豐草種子發芽或植株生長皆具有負面的影響。往後持續研究的方向,主要著重於在不同環境的野地進行測試,以進一步確定此方法的可行性。

不離不棄的保麗龍箱-模擬高速行駛下小貨車後斗空氣流動的變化及應用

我們發現了一段離奇的新聞:貨車上的保麗龍箱在快速道路上掉落後,竟反彈回車上,究竟是什麼力量造成的呢?實驗發現,當小貨車行駛時,後端因為形狀而產生卡門渦街,當靠近後斗口中間的渦街把空氣帶入後斗口內,就會造成一個往內的吸力。且隨著速度變快,吸力也逐漸增強(約可增加1.2-2倍)。我們經過不斷測試,發現風洞兩側鑽洞後,會在後斗口除卡門渦街外,另外造成一個上進下出的氣流,所以最後成功的還原出當時比中獎機率還低的新聞畫面。我們也研究這個吸力是否能成為車子前進的助力,經實驗發現,其空氣阻力減少率不論是無門後斗或是另外兩種改良型,都比有門後斗多出20%以上,其中V型後斗門甚至可以接近40%,明顯達到減少汽車油耗的效果。

造氧神氣

國二上學期進行雙氧水分解製造氧氣時,有些組別經常發生吸濾瓶內壓過大,反應液體上升至薊頭漏斗頂端,同時會有噴出來的危險景象,而重金屬錳若處理不當則會造成嚴重的環境汙染,因此我們想改良實驗裝置和使用的藥品,使實驗變得更安全又環保。我們改用氯化亞鐵為催化劑,當加入2.50毫升的雙氧水後,只需4.0秒即可收集260毫升的氧氣,其反應速率較二氧化錳的反應速率增加了7.6倍。而使用針筒結合三向閥的方式能避免混和液體噴出的情況,因此改良後的實驗確實可以取代現有國中課程中的裝置,讓實驗變得環保與安全。實驗裝置改良後測試不同濃度雙氧水的分解速率,不同濃度雙氧水與其分解速率關係圖中的趨勢線段呈斜直線,即分解速率和濃度成正比關係。

隧散-電解質與非電解質之擴散界面現象探討-

本實驗使用紅色雷射光觀察與分析電解質與非電解質的溶液擴散界面狀況,發現電解質的擴散較快,不容易出現閃電狀的界面;非電解質的擴散慢,且可能因為氫鍵,不容易快速擴散,閃電的界面容易出現;本實驗重要的發現在於擴散界面會出現有規律的”擴散隧道”,發現電解質的擴散隧道比較快出現,快消失,流動速度快;非電解質的擴散隧道比較慢出現,持續時間長,流動速度慢。在擴散隧道的流動速率分析中,發現電解質的擴散隧道流動速率快,非電解質之擴散隧道流動速度慢,且溫度越高,兩者之擴散隧道速率皆有提高現象,且速率突然變快的溫度臨界點電解質約位於50-65度、非電解質約位於65-80度。

蠅虎適合進行撲食的光環境探討

蠅虎獨特的視覺構造一直是動物生理學有趣的題材,Nagata在2012發表的研究(參考文獻一)指出蠅虎有可能是利用不同色光折射角度不同來判斷距離。去年我們發現(參考文獻二)眼鏡黑條蠅虎(Phintella versicolor)在單一色光下的撲食表現與安德遜蠅(Hasarius adansoni)有差異。眼鏡黑條蠅虎在綠光下的表現不佳,而在藍光下才能夠有最佳的撲食表現。我們採納了去年評審的建議,改進了研究過程,並且將平地灌木叢中也很常見的拉邁宇跳蛛(Cosmophasis lami)加入研究當中,以期能夠更加地了解不同色光對蠅虎撲食的影響。我們發現,眼鏡黑條蠅虎和拉邁宇跳蛛在純綠光環境中表現都不如預期,而三種蠅虎在純藍光環境的表現都與白光環境差異不大,我們猜測藍光或許才是適合大部分蠅虎進行撲食的色光。

積 排 面 ─ 探討方塊鑲嵌平面問題

以2×1的方塊進行排列,探討排列成 m×n (其中m為2、3、4,n為所有自然數)的長方形時,所有的排列方法數;分別以An、Bn、Dn分別表示2×n、3×2n、4×n的所有情況,並比較之間的關聯性。因為2×1方塊無法完整排成3×n的圖形 (其中n為奇數) ,故不討論。研究最後結果,我們得出An、Bn、Dn的遞迴關係式與An的通式解。 另外,還嘗試用3×1方塊,探討3×n的結果,並與An比較,發現之間的關係頗為類似;也因此能類推至利用m×1的方塊,排成m×n的長方形之情況。

光芒四射 - 探討光遇到塑膠膜其光學性質關係

在市面上,我們時常見到像透明塑膠袋、透明背包和透明鉛筆袋等,使用塑膠等穿透率高的材料所製作而成的商品,而每一種顏色和其厚度對穿透率及反射率的影響也很高,因此在這次的實驗中,我們定義新的照度單位Arduino,並且將探討顏色、厚度與穿透率、反射率的關係,利用不同顏色的塑膠袋製作出不同厚度的塑膠膜,並黏在挖空的厚紙板上,找出常見塑膠袋顏色、厚度其穿透率、反射率的高低,並且藉由其反射率的規律關係,藉由量化的結果,協助色盲或無法辨色人士辨識顏色。