全國中小學科展

國中組

正正有「磁」─磁場對水表面張力之影響

飲水機的說明中常宣稱磁化水有神奇功效,使我們好奇。我們由實驗室發展出的同步攝影法,與水滴微觀測量法,設計出可精密測量水滴接觸角的儀器,觀察水磁處理後表面張力的改變。在4150Oe 的磁場下,為磁場降低水表面張力的極值。我們發現若要製造一杯高效能的磁化水需要高均勻度、強磁場強度、30秒之磁化時間。磁化水有效時間與水滴角度成正比。磁處理現象是因為水是極性分子,外加磁場下分子排列整齊改變其表面張力。我們將磁化水的特性應用於生活中。電解磁化水可增加43%的反應速率,可用於氫能源之製造。我們用磁化水的特性製作磁化動力船,在一安培的電流下船的前進速率為3cm/min。檢測市售磁化水發現表面張力並無降低,建議可將表面張力列入檢測項目中。

「堆」出生機-落葉變黃金

落葉幾乎是大部分學校都難以處理的問題,馬祖地區除了落葉外,還有酒廠製酒的廢料-高粱酒粕與廚餘,在強調環保的21世紀,如果能將垃圾變成有價值的黃金,是每個人夢寐以求的努力方向,運用科學實驗方法找出製作落葉堆肥的便利方法,讓地球環境更美好。

簡易測定法拉第常數及氧化數之方法及自製教具之研究

(一)我們的化學課本第三冊第十四章第一節實驗14-1中,要我們”用定量的方怯來電解時,所生成物質的重量與電量間的關係,進而求得法拉第常數及離子的氧化數。實驗過程必須經過 L 配製電解液( CuSO45H20 及 AgNO3), 2.試裝電路,調整電阻器使安培計指在 0.1A 上,3.取下陰極片( cu , Ag )。依次用稀硫酸、蒸餾水、乙醇及丙酮清洗。4.夾取洗淨之陰極片在烘箱內烘乾。5.夾取乾燥之陰極片分別”用天平精確稱重”,並紀錄之。6.掛陰極片於電解槽內,接通電路,”電解約 l 小時” 其時間之調整電阻器,保持 0.1A。7.1小時後夾取 1 陰極片依次用蒸餾水、乙醇及丙銅洗淨,且要以不可將晶體烘失。8.再入烘箱乾燥。 9.再用天平精確稱重,紀錄下來。10.依據實驗數據,計算法拉第常數及離子的液化數。以上是課本上的指導手續,我們也曾照著做過,不過做一次前後需要兩小時。由於第一次做這樣複雜的實驗,一切都是亂糟糟的。最後計算完畢,其誤差之大,實在叫我們臉紅,自信心完全喪失了!(二)我們的物理課木第一冊第二章第四節中,曾要我們自製微量天平。我們也按照課本做了,而且很好用。如果能把微最天平用在上述的化學實驗中,不僅可以節省時間,而且也因為是用微量天平來測量,結果一定比較準確。經過老師的同意和指導,我們就幹起來了。

膜力奇蹟–以蛋殼膜粉吸附重金屬離子與色素之研究

蛋殼膜的主要成份是蛋白質,含有豐富的胺基酸,其結構上的特殊官能基胺基(─NH2 )和羧基(─COOH)對金屬離子具有螯合作用,而且難溶於水。實驗結果顯示蛋殼膜粉對於帶正電的金屬離子(包括H+離子)以及食用色素,皆能有良好的吸附效果。此外我們發現H+離子與金屬離子存在著競爭關係,在較酸的環境下,即使銅離子濃度比氫離子濃度大100倍時,蛋殼膜粉仍優先吸附氫離子。蛋殼膜粉對離子的螯合能力比較為H+>Cu2+>Co2+>Ni2+。以蛋殼膜粉螯合Cu2+離子而言,最小偵測極限可達10-4M。蛋殼膜粉螯合金屬離子與吸附色素的過程為一個可逆反應,利用較高濃度的酸性水溶液,使反應逆向進行達到再生,再生的蛋殼膜粉仍然具有螯合銅離子與吸附色素的能力。

青蛙染色體的研究

我們從生物課中,知道每一種生物有定數之染色體,而且染色體是生物代代遺傳的重要訊息所在一一也即是生命的藍圖。可是我們以能從書本上看到染色體的圖片,無法徹底了解染色體到底位在身體的什麼地方?怎樣才能把這些奇妙的染色體從身體內取出來!真正讓找們看到! 而且生物課本上冊第五章提到,減數分裂在生殖作用上具有重要意義。若無減數分裂,有性生殖的生物就無法保持遺傳延續性。可是,在減數分裂中,來自父母雙方的「同源色」體必須兩兩配對才能分開,而使染色體數減半。那麼,同源染色體又怎樣辨認的呢?這些問題在找們心中縈繞許久,於是我們請教生物老師,老師教我們用洋蔥根尖壓片染色觀察染色體,可是總是無法得到像課本第五章所附的染色體圖那樣完整。於是我們又趁觀察青蛙犬皮細胞八精細飽的實驗時,把青蛙的造血組織--骨髓細胞取出觀察。終於,我們利用一種簡單的方法,看到了青蛙完整的染色體。為了進一步研究,抆們採用量染色體長短臂的方法及染色技術,製作染色體的核型,來瞭解同源染色體的意義。

衣服是怎麼乾的?

筆者有一次,觀察洗衣機洗完、脫水後,在衣架上陰乾的衣服,發現衣服上端先乾且感覺較熱,雖然這好像是理所當然的事,但筆者認為生物課本上所說的毛細作用,應該可以讓水上升,為何一定要上端先乾?後來冬天到了,媽媽洗厚重的衣服,在最後洗清時,都有加柔軟精(如毛寶之類),筆者卻發現衣服上下幾乎是同時乾的。另外,筆者從氣象方面的書籍得知,空氣的密度會影響氣流的升降,那為何衣服下端後乾?是否跟水蒸氣含量及氣流有關,故決定著手去調查衣服是如何乾的。

高空蛋跳── google面試的丟雞蛋問題

本作品對於2016年丘成桐中瘸數學獎作品(蛋破魂飛一個Google的雞蛋問題),給出完整解答。該問題尋找「最佳的最糟情況策略」,也就是將最大值最小化(min-max)的最佳策略。我們從特例出發:每d層樓檢測一次著手,證明出兩個定理(定理(壹)、(貳))來解答在這種特殊情況下「最佳的最糟情況策略」的完整公式解。再將這種固定d層樓檢測一次的策略放寬,求得一個巧解Google原題的方法。我們的解法具一般性,定理(參)解答任意總樓層的「最佳的最糟情況策略」(原題限制100層樓),而且刻畫「所有」的「最佳的最糟情況策略」,而不是只得到源解答所提供的其中一組解。本作品主要工具是高斯符號、算幾不等式、除法原理,佐以縝密分析手法,完全解答該問題。

「頭前溪旁的活化石─台灣木賊」的觀察與研究

在一次野外採集的機會裏,我們在六家地區頭前溪河?邊,發現一大片長得很奇怪、與眾不同的植物:許多枝條上頂著像小玉蜀黍一樣的「生殖器官」,稍微一碰,還會飄出一陣綠色的「煙霧」,有趣極了。老師說它叫木賊,是一種古老的植物,和我們在生物實驗課時觀察的「蕨」關係密切,引起我們一探究竟的好奇心。

光芒萬丈—探討色光的性質

有一個科學小遊戲,將濾油網對向光源可看到美麗的光譜。我們對此現象感到好奇。國中自然課本中有一個色光的實驗,將白光透過玻璃紙的濾光和色紙的反射,可看到不同的顏色,我們的實驗結果卻不符合課本內容。於是想用光柵片來分析色光,探討實驗的問題。我們實驗的結論如下。雷射光是單色光,其它的光源如太陽光、日光燈和LED燈都不是單色光。玻璃紙的濾光功效不完全。色紙反射白光的功效和角度有關。以兩條上下並行的狹縫和光柵片所產生的光譜進行混色,得到與課本相同的結果。利用光柵繞射方法,可以求出蒸餾水的折射率,對照利用入射角與折射角求折射率的傳統方法,所得到的結果相當一致。

奇妙的落地生根

以前,我們觀察落地生根營養繁殖的過程時,對它「為什麼落地才生根?從何處生根?會開花?結果嗎?」感到好奇與疑惑。課後跑去請教老師,老師很高興地說:「既然你們有這種求知的精神,何不動手去研究呢?」於是我們一行四人,請老師帶隊,踏上了「奇妙的落地生根」之旅。