全國中小學科展

國中組

「能量行不行」-以自製簡易光度計測定飲料中還原糖含量

生物課中學到,能利用本氏液去測溶液中是否含有葡萄糖,促使我們想進一步測量溶液中葡萄糖、果糖的含量,於是我們利用葡萄糖、果糖結構中的醛基具有還原性,在鹼性條件、100℃的熱水浴中加熱10分鐘,能將黃色雙硝基水楊酸還原,產生紅棕色的3-氨基-5硝基水楊酸,並利用自製的簡易光度計去定量溶液中的葡萄糖、果糖,其光源是採用540nm的綠光進行量測,並製作葡萄糖、果糖的檢量線,葡萄糖和果糖的檢量線線性指標分別R2=0.9918、R2=0.9925,顯示具有良好的線性關係,此外,本研究中各個變因最佳化的過程中,葡萄糖的相對誤差低介於0.06%到4.6%之間,果糖的相對誤差低介於0.06%到4.6%之間,實驗結果具不錯的再現性,為一個便宜、快速、準確、可靠定量方式。

指紋中的性別密碼-寧海德林法最佳化與性別辨識之探討

本實驗有兩個主軸,一為探討寧海德林試劑條件的最佳化,另一則為探討以寧海德林法在指紋中分辨男性、女性指紋的可能性。從如何採取人體指紋開始,我們針對每個環節進行篩選,發現在流汗的狀態下指紋中有相對濃度較高的胺基酸。我們由警政署的寧海德林法配方做改良,亦加入了一些變因探討,最終將其應用於不同性別指紋的判別。另外,我們也嘗試模擬在不同材質表面留下的指紋,以求實驗的廣用性;亦在寧海德寧試劑中添加不同離子,期望可以透過顯色的改變以強化男性、女性指紋顯色的差異並以肉眼辨別之。雖然在不同材質的表面之應用與添加不同離子的試驗中結果不如預期,但本實驗仍提供一個簡易、辨識度佳的寧海德林檢測法,可以從指紋的顯色情形輔以影像處理來分辨男性、女性的指紋,亦可由此推測男性的指紋中含有的氨基酸濃度相對較女性高。

溶液深淺長短跑-創新方法精密測量折射率與液體濃度的關係

我們利用一般裝潢使用測量距離的雷射測距儀,配合理論推導,自行設計實驗方法與步驟,成功地精確測量各種水溶液在室溫下的折射率。透過我們的實驗方法與高中光學插針法測量液體折射率的實驗比較,測量誤差比插針法得到的實驗結果小一個數量級。我們還利用此實驗方法精確測量不同濃度的各種水溶液之折射率,探討折射率與濃度之間的線性關係。我們更進一步測量雙溶質水溶液與不互溶的兩液體,發現其折射率皆具有線性疊加的關係。

支離破「碎」~探討兩互溶流體間形成碎形圖案之機制

本研究主要想了解兩互溶流體間形成碎形圖案之機制,並找出實驗證據,經由將不同濃度的染色液滴滴到不同濃度的壓克力顏料溶液上,並使用iphone 8 手機以240fps拍攝液滴擴展過程,得知酒精液滴因表面張力小,而向外流動,且因流體間互溶之緣故,造成流速的不連續性(虎皮紋的流痕),而在外圍產生不均勻的堆積(島紋),當堆積過多時,便會發生突破(顯微攝影拍到突破瞬間),而長出手指,同時堆積會由突破口轉移到手指指尖,當堆積夠多時,指尖又會再分裂出新的碎形手指,如此往復下去,就形成碎形圖案。 此外,碎形手指的圖案,跟利希滕貝格圖極為相似,經使用方格覆蓋法,計算出碎形維度約為1.82,與利希滕貝格圖的理論值1.71接近,確實是碎形圖案的一種。

吸奇杯墊

本作品探討如何利用粉筆灰、蛋殼等環保材料做出實用且吸水性佳的杯墊。實驗成份具有小孔隙,正好迎合水無孔不入的特性,然而各式材質之間的比例分配,卻大大影響成果。我們發現各式材質之間呈現微妙的合作關係:材料比例懸殊者,都無法有最佳效果,粉筆灰與蛋殼之間如此(比例5:5最佳),為了加強杯墊硬度加入水泥、石膏亦是如此,石膏比粉筆灰蛋殼5:5最佳。即使是蛋殼粒徑大小也以200目為界,超過200目則表現力下降。在功能優化方面,厚度越厚者雖不易碎裂,但有易打翻的危險,因此建議厚度為1-2公分。增加防滑墊及泡棉底座皆有效提升杯墊防滑及防摔能力,反觀木板效果較差。經研究不僅證明環保杯墊的吸水成效,更具多元應用的發展潛力。

探究離岸風機水下基礎之穩固度~以雲彰沙脊北側海域為例~

本研究以雲彰沙脊北側海域為對象,透過觀察風機模型的傾斜角度,來探究該震度、地層結構粒徑大小及風機水下基礎結構之間的交互關係。 我們分析實驗數據後發現,離岸風機的傾斜角度和震度呈正相關,也發現當水深大於沉積物深度時,風機模型傾斜角度會有明顯的變化。且我們發現當上層砂石孔隙率越高時,風機越容易發生傾倒的狀況。而後,我們也比較四種不同的水下基礎結構,並以單樁式為原型,優化出了三種不同的水下基礎結構,最後也透過改變接觸砂石的表面積,改善了風機的穩固度。

層狀高積雲與天氣變化之探討

我們這次研究,首先嘗試從斜溫圖分析穩定層與濕度對層狀高積雲(ACS)有何影響:(1).我們發現穩定層底部的高度愈一致,ACS的層狀結構就愈能維持住;(2).濕度決定ACS的雲量;(3).穩定層是經常性的、大範圍的分布。其次,我們也由雲系變化來探討ACS的形成方式:(1).若當天一早就出現ACS,大多是受到外來系統的影響─①鋒面的接近、②冷高壓系統的移動、③颱風的外圍環流、④華南雲雨區的東移或南方雲系的北移,而不同系統所形成的ACS雲況通常也具有某種規則性;(2).在雲系轉換方面,我們發現高層雲、積雲、卷雲和卷積雲都可以轉換成高積雲;(3).甚至在晴空之下,也可能突然就誕生出ACS。

地牛翻身全台震醒-結構的共振現象與減震對策

為了消耗地震時帶給建築物的巨大能量、並提升結構物抗震能力 ,解決地震帶來的困擾,因此我們探討建築物的共振現象、與裝設阻尼器及配置方式對減震效能之影響。本研究利用加速規-Palert、加速度測量APP-AccelView 、與振動平台等工具,量測自製之建築結構模型的受震反應與分析其共振現象,再加裝消能型阻尼器,並找出最有效之阻尼器配置方式。 本研究發現:(1) 振動平台的實測震度(gal)較理論值大,推測應是振動平台之滑軌平整度不完美所造成;(2)使用針筒作為消能型阻尼器安裝於樓層之間,減震效果顯著,而平均分布在結構立面的配置方式優於集中安排在低樓層,集中安排在高樓層者效果最差。因此,本研究建議採平均分布方式,可達最佳耐震效果。

從一個內切圓的問題想起

在一個三角形的內切圓上,任取三點連線成內接三角形,我們發現當此三點為切點時,可以找到許多與切點三角形有關的性質除了一一加以證明外,並推展至四邊形及更多邊形。

「殼」已再生─垃圾變黃金

本研究想了解如何利用馬祖餐桌上的美食淡菜所剩餘的淡菜殼,利用天然的淡菜殼廢棄物當材料,以環保意識的概念,去探討淡菜殼再利用的可能性。利用不同顆粒大小、水煮與烤過的淡菜殼添加不同比例的石膏和相同比例的水,找出最佳的吸水率組合,並探討其耐重性,是否易斷裂,進而瞭解是否有再利用的價值,期望有機會能進一步研究出更好的淡菜殼相關產品,點廢殼成金,為地球環保盡一份心力,也發掘淡菜殼的新出路。