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國中組

「晷」迷心竅-三種日晷的探討

本研究想透過製作三種不同日晷與實際測量,了解日晷如何運作。第一種為赤道式日晷,製作上較容易,形如時鐘,時間刻度也都一樣大,晷針須和晷面垂直,晷針和地平面的夾角須和當地緯度吻合,分為北面和南面,兩面的刻度順序相反。第二種為水平式日晷,晷面和晷針夾角的角度為當地緯度,晷面的時間刻度大小不同,需用特定三角函數公式計算,刻度越靠近十二點線的越小,越遠離的越大,每個刻度單位是小時,測量容易產生誤差。第三種為圓弧式日晷,製作較複雜,但使用上能更精確、更方便。研究結果發現,日晷時間和手錶時間有差異,除了要考慮磁偏角、時差和經差補正之外,若能將刻度做到最小,則測量數據將會更精確。

窯烤Fe砂-探討台灣東部海岸鐵砂煉鐵之可能性

本研究延續上屆台灣東部海岸鐵砂與磁鐵砂含量分析,於2022年9月至2023年4月進行,目的是希望透過親自動手操作以探討東部海岸鐵砂煉鐵之可能性。 經文獻探討得知,花蓮崇德有煉鐵遺址並參考十三行博物館之煉鐵方法,於是進行13次實驗,實驗於每週2小時之獨立研究課進行,受時間限制,採分階段實驗,初階實驗:熟悉煉鐵觀念及實驗操作,進階實驗:探討碳粉及鐵砂之較佳比例,高階實驗:實際模仿十三行博物館建窯煉鐵。 研究發現,台灣東部海岸鐵砂(含崇德海砂),經冶煉後,都可得有金屬光澤之鐵球及鐵渣,並對比地質圖,東部海岸以火成岩為主,崇德地區屬花岡片麻岩及綠色片岩區,都含鎂鐵等重礦物,可見東部海岸鐵砂煉鐵值得進一步調查分析。

壺蜂的生殖行為—探討黃胸錐腹蜾蠃交尾、做巢、產卵、育幼的生殖過程研究

本研究探討黃胸錐腹蜾蠃(Delta pyriforme)交尾、做巢、產卵、育幼等生殖行為。結果一雌雄壺蜂平均性成熟為77±10.8、63.7±5.7小時,交尾結合只有11秒。結果二壺蜂用大顎與前足以0.8×10-3m/s速度拍打泥球,讓巢固定成形,結蜂繭後巢硬度達4269gw。結果三受微風影響卵搖9.3次/s,此時卵柄的張力對卵做出164.3nkg.m/s衝量值,當衝量越大、卵搖晃時間越長、停下時間要越久。結果四壺蜂會依不同體型獵物,施予不同的力搬運回巢,被麻痺獵物血液流速為1.64~1.13cm/s,氣孔被打開494%,以延長獵物壽命,有助於壺蜂幼蟲攝食,達到育幼後代的目的。

榕樹葉裡的鑽石-探討鐘乳體的形成與應用

本研究針對校園榕樹植物葉片中的石囊細胞、鐘乳體,探討其結構特徵、物種差異、發育過程、環境影響與中和酸雨的潛力,並使用ImageJ進行測量、量化分析。首先,顯微觀察不同榕屬植物的鐘乳體結構差異、不同年齡葉子的鐘乳體發育過程。接著探討不同環境因子對鐘乳體形成的影響。最後,測試不同榕樹葉片對酸雨的中和效果,探究榕樹枯葉促進小白菜種子發芽與生長的效果。結果發現,鐘乳體要到半成熟葉才發育,到老葉就發育完整;不同的土壤酸鹼值、光照強度與光合作用,會影響鐘乳體的形成;利用鹽酸溶解和鈣濃度測試,驗證其成分為碳酸鈣。本研究提供鐘乳體形態、品種差異、發育過程與生理功能的深入理解,並探討其在環境保護上的潛在應用。

「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。

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。

蓋婭的秘密-測量地球半徑

前人利用太陽在同一經度的南、北兩地點過中天時的仰角差與兩地距離,換算出地球的半徑。因測量儀器的精準度與日期、時間選擇的限制,測量方式有很大改良空間。本研究以測距輪、公路里程牌與Google© Map尺規工具,選擇同一經線上的南、北二測量點,量測出直線距離,再利用手機高精度陀螺儀,自製北極星仰角測量平台,搭載應用程式phyphox® APP,在測量點測量北極星的仰角,換算成地球半徑,量得最接近地球實際平均半徑的距離為6366.514507km,與實際值誤差約-0.0766%,準確度更勝前人研究,大幅縮短「利用天體仰角測量地球半徑」所需要的測量距離,且在任何一天,只要月相、天候允許,都可以進行測量。

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。

妙絕「吾」生「筆」~水擦環保粉筆之效能探討

本研究利用碳酸鈣、硫酸鈣、二氧化鈦、樹脂、蠟、色素、蛋殼、粉筆灰等研發環保新粉筆,且透過自繪粉筆檢測裝置,測量其書寫狀況。研究發現碳酸鈣粉筆容易書寫、且清楚,但易掉粉。硫酸鈣粉筆:質輕堅硬、抗變性高。二氧化鈦粉筆容易書寫,寫灰度極高,但較軟易碎。碳酸鈣:硫酸鈣:二氧化鈦:水=3:1:11:8整體效果佳。添加樹脂、水溶性蠟可以提升粉筆的抗變性且使書寫清晰。使用各色顏料色素可調和粉筆顏色,其中薑黃粉的調色較果最好。與市售粉筆比較,自製粉筆的書寫的附著率、寫灰度、擦灰度皆為第一名具有良好的市場價值,而在自製粉筆中添加蛋殼、粉筆灰回收再製作,是環保可行的方法。

「嗅」聞是虛,眼觀為實—蓋斑鬥魚之攝食行為研究

為了探討蓋斑鬥魚的攝食偏好以及找出主導攝食行為的感官系統,我們採用了3種實驗槽,17隻蓋斑鬥魚,設計9項實驗來進行證明我們的假設。結果發現,蓋斑鬥魚偏好吃顏色鮮艷味道濃郁紅蟲 (48.3%)明顯高於顏色灰黃、味道較淡的乾燥紅蟲(22.5%)。蓋斑鬥魚無法正確分辨真假餌(1:1),假餌偏好紅色>棕色>白色。只要有微弱光線就能成功攝食,達78.64%。但只靠嗅覺的黑暗中只有10%成功率,而明亮環境中找到有味道水體的比例為68%。在只能依靠視覺的情況下確有更高的正確攝食率,選擇顏色鮮豔卻未無味道紅假餌有82%,且在近距離時主要依靠視覺攝食,遠距離時,則會加入嗅覺輔助。綜合以上,蓋斑鬥魚的攝食行為主導感官是以視覺為主,嗅覺為輔。