全國中小學科展

國中組

水滴在高溫鋸齒狀金屬表面上的爬坡現象

根據我們的研究,發現水滴可以在鋸齒狀金屬表面上移動,而且會向上爬升,爬坡角度 最大為20 度角。我們拍攝很多水滴的爬坡現象,我們觀察到水滴向高處移動的運動方式,發 現水滴的前端會向上、向前凸起,並且會伸長而後縮短,表示有一個力量造成這樣的情形。 我們知道水滴與高溫金屬面之間會存在一層蒸氣層,我們認為這層蒸氣層是造成水滴向上爬 升的主要原因。我們可藉由改變「鋸齒斜面長」與「鋸齒高」的比值,來控制水滴的移動方 向,鋸齒斜面長所面對的方向,即為水滴的移動方向,可見鋸齒狀金屬面的形狀,是讓水滴 向上爬升的另一個原因。我們也發現,水滴的爬升速率會受到鋸齒大小、鋸齒斜面長與鋸齒 高的夾角、液滴大小與液滴的表面張力所影響。

擠『黴』弄『演』—研究麵包黴菌間的競爭關係

麵包黴菌間的競爭排擠現象可能是造成不同種黴菌適合生長在不同溫度棲位的原因。研究三種黴菌互相競爭72小時後的結果發現,黴菌在競爭時生長面積及孢子數量都會比單獨生長時少。黑黴菌最具競爭優勢,其次是根黴菌,生長最差的是青黴菌。現實生活中,已被命名的黴菌高達20多萬種,競爭的結果並非只有一種黴菌存在。麵包黴菌實驗發現孢子濃度及溫度是影響族群數量的主要因素。在相同孢子濃度下,同時植入根黴菌與青黴菌,在不同溫度下二者的生長分布會出現差異。溫度在30℃以上只有根黴菌生長,溫度在20℃時青黴菌具有優勢,在不同的溫度環境下黴菌生長的情形不同。利用環境溫度差異區隔生長,黴菌間的競爭演化出不同的生態棲位。

液體體積膨脹的探討與研究

當物質受熱時,內部會因為溫度升高而使分子振動得更快,分子間的距離變大,使得物質膨脹。當溫度下降時,物質內部分子振動得較慢,分子間的距離變小,使得物質收縮。大多數物質,包括固體、液體及氣體都具有熱脹冷縮的特性,以同體積而言,氣體膨脹最大,液體次之,固體最少。少數的特殊例子:水在一般狀況下也是熱脹冷縮,但在溫度從4℃到0℃時,卻是遇熱收縮,遇冷膨脹,即「冷脹熱縮」,這個奇妙的特性在大自然界中扮演很重要的角色。冬天時,當戶外氣溫低至0℃以下時,湖水結冰、體積冷脹、密度變小,即結冰的湖水比水的密度要小,所以,浮在水面上,使整個水面結冰,冰面下的水仍會保持一定的水溫,使得生活在水中的生物得以過冬。水是冷脹熱縮嗎?這樣說其實並不正確喔!水在4℃以上,都是熱脹冷縮的,但在4℃以下,因為要準備結冰,體積會慢慢的開始隨溫度下降而膨脹(熱縮冷脹),在人的日常生活中,也有很多溶液具熱脹冷縮的特性。

老鼠學看紅綠燈-老鼠們的智商

本次實驗主要是利用迷宮、顏色通道等來了解寵物店常見的三線鼠(加卡利亞倉鼠)(Phodopussungorus)各方面的學習、記憶、推理能力與對顏色的辨識能力。在測驗記憶及學習能力的實驗中,可從結果中看出三線鼠在未經訓練時幾乎都本能地走一路走到底的路線,而訓練過程中可看出三線鼠愈來愈常選擇「反天性」(碰到叉路就轉彎,也就是我們希望牠們學習的路線)。由此可得知牠們具有記憶能力與學習能力。得知三線鼠具有記憶能力與學習能力之後,再以各顏色通道測驗他們對顏色的辨識能力,以進一步探討三線鼠的辨色能力。最後從實驗結果得知,三線鼠能分辨人類可見光中波長較長的紅色和波長較短的藍色,對顏色的辨識具有學習能力和記憶力。

兵來漿擋-非牛頓流體防衝撞力之研究

非牛頓流體的膨性流體有一現象稱為『擴溶現象』(當粉漿急速受到外力時,粉漿顆粒相吸卡住彼此,形成堅硬固體狀表面,但未受力部分則是產生波動的液體),所受衝力因波動而減少。實驗發現濃度50%~58.5%的玉米粉漿與濃度20%~58.5%的太白粉漿符合膨性流體的特性,且玉米與太白粉漿的濃度越大吸收彈珠撞擊衝量越大。糯米粉漿則不符合膨性流體。將實驗結果運用於安全氣囊的設計,發現雙層安全氣囊:以58.8%玉米粉漿填裝面向車頭的氣囊,防止車體形變對人體的傷害;面對人體方向的氣囊則灌入氣體,利用氣體的可壓縮性減少人體的衝撞力。此裝置在車輛下滑急停時,人體所受衝撞力最小。能有效的減少人體因衝撞所受的傷害。

廁所裡的神密客~蛾蚋

在家裡的廚房、浴室之牆壁還有學校公廁以及排水溝附近,常發現有一種不知名,看起來有點像小蒼蠅又有點像是小飛蛾的昆蟲,經過判斷此種昆蟲為蛾蚋,是害蟲的一種,其佈滿細毛的身軀,可能藏有散布疾病的危機。本實驗即是以”蛾蚋”作為研究對象,首先先了解並記錄其生活史,再以其幼蟲為對象,試驗在不同清潔劑的處理下對幼蟲的影響。藉此推斷在自然狀況中,幼蟲是否能生存在會出現各種清潔劑的積水環境中,並期望能對蛾蚋有更深的認識,提供日後防治上的參考。實驗結果可以知道蛾蚋是屬於完全變態的昆蟲,整個生命週期約為一個月,但會隨溫度與食物量而有所增減。在感受性實驗中可以發現,測試試劑中的漂白水與潔廁劑對幼蟲的生存造成較大的影響,在低濃度處理下(0.125%)即可讓幼蟲死亡,但幼蟲對洗潔精的感受性較低,以50%的洗潔精處理皆至少能夠存活6個小時。一般而言,家庭或學校使用清潔劑時,濃度並不會太高,而實驗結果顯示當清潔劑在濃度不高且短時間內並不會對幼蟲造成太大的影響。水溝中除了有這些清潔劑外,豐富的有機質是牠們重要的食物來源,所以在能忍受清潔劑的威脅而又有食物來源之下,如不特別對環境做較徹底的清掃,難以杜絕此害蟲的存在。

攀晶現象~表面張力與接觸角的探究

以氧化還原法處理實驗室重金屬離子廢棄物時,意外地在插了纏繞著棉線玻棒的量筒口發現了硫酸亞鐵鹽的攀晶現象,讓我們想了解與攀晶有關的物理條件─【表面張力與接觸角】,研究中我們獨創設計了幾種便宜、簡便、能精確測量及普遍推廣的裝置: 1.成本不到30元的懸吊式等臂輕量天平,左臂懸吊自製的銅漆包線金屬環,右側則以1/2冰袋集中承載逆滲透水滴當成液態砝碼。可測出液滴數與查表標準表面張力之間呈線性關係:T(dyne/cm)=2.4834X-12.673,相關係數高達0.9985。 2.第二代不等臂微量天平及配合擺動角度所需的弧形曲線板,可利用吊掛不同的圓環數來操控不同的承載物以落在更大的弧形角度範圍內,以提高測量的準確度。以10滴、15滴、20滴或25滴液滴數所對應的角度與查表標準張力之間呈線性關係:T(dyne/cm)=1.0507 X – 3.7771(10~20滴平均值),相關係數也高達0.9998。 3.設計支撐Dino-Lite顯微鏡頭的八爪可調式角架,成功地組裝側照液滴接觸角的裝置,以MB-Ruler電腦角度板準確地測出不同液滴在不同的承載接觸面的接觸角。

天方葉談–利用葉錠浮沉來測定植物的光合作用速率

本研究以葉錠浮沉實驗來測定植物的光合作用速率。由文獻探討發現,影響植物行光合作用的因素很多,但如何以葉錠浮沉實驗來了解這些因素的影響卻鮮少被討論。在這次研究中,我們找出進行葉錠浮沉實驗所需的最佳方法及條件,再以此比較不同光源、不同的植物特性以及不同葉齡等變因下的光合作用與呼吸作用速率的差異。 由實驗結果可知,0.24%的碳酸氫鈉溶液具有最佳的時間穩定性。此外,陽性植物的光合作用速率較快,陰性植物的光合作用速率較慢,耐陰性植物的變異較多,這些結果與植物生理特性一致。為了追根究柢,我們進一步做了葉片的組織切片,發現不同的葉片組織結構與光合作用速率快慢有關。

音樂數學,數學音樂

在課堂中,老師提及黃金比例1:0.618,並說明黃金比例無所不在。這引起了我們的好奇,音樂是否也存在黃金比例? 本組計算熱門歌曲的副歌總秒數與第一段落處總秒數的比值是否大多遵守黃金比例。也同時計算古典樂的部分,驚喜發現古典音樂的呈式部、發展部、再現部,而「至再現部的小節數」除以「總小節數」竟然也有黃金比例。接著,我們研究了十二平均律的等比關係與樂器中調音所需之頻率(即音高)關係,在其中,我們注意到「新維也納樂派」的十二音列作曲法竟可以以數學矩陣來表示!經由這些發現,我們試著應用在創作曲上,即使不是音樂家,也可以藉數學矩陣變換,大大豐富我們的樂句!原來 : 音樂是感覺中的數學,數學則是推理中的音樂,兩者密不可分!

電解水實驗的深入探討

2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)是電解水實驗的化學反應式,而電解水時產生的氫氣與氧氣的體積比一如化學反應式中氫氣與氧氣的係數比為2:1;又課本上說兩電極的距離愈近,產生氣泡的速率愈大;以及除了迴紋針之外,是否還有其他更適合的材料能作為電極;本次實驗即針對以上三個實驗方向作進一步的研究。