全國中小學科展

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國中組

油來油去,油成愁---建構油水分離槽模型

本校水溝中常出現油脂和菜渣,造成水污染。因此,我們利用油會浮在水面上的現象,並透過對槽的數目、排水管長度、排水管裝設的高度、排水管到出水口的距離、排水管的個數、油水的溫度、沙拉脫的使用、油水比例等各種可能影響油脂截留的因素進行探討,而設計了油水分離槽來截留油脂,並觀察實際運用於學校的情形。經由本實驗結果,油水分離槽確實能夠達到油脂截留的效果,而此油水分離槽模型,每秒可處理的污水約 16.6 ml/sec,有效率可達 97%以上,當應用於其它設施的污水處理時,可依需求,以此模型為依據,放大比例使用。

內轆先民生活的研究

因為生物課講到「北京人」、「南方猿人」,同學們便紛紛去尋找化石,於是引起了先民石器的發現。去年台灣大學考古系前來發掘,更引起了我們的興趣。

彈性碰撞和電腦撞球遊戲

(一)撞球選手,眼神專注,球桿出手,撞球應聲入袋;這兩球之間的碰撞是否遵守著某些規則呢? (二)能否將科學上的諸多實驗及公式,在電腦上模擬出來?以便讓同學們了解各個公式,並激發學習電腦的興趣。 (三)撞球是一項手腦並用的運動,理當大力提倡,所以才有意研發此程式。

「磁」魚之殃—區域性蓋斑鬥魚磁場中的行為探討

地球具有磁場,地球磁場影響了許多生物的棲息及遷徙行為。本研究透過外加與地磁方向不同的磁場,來了解蓋斑鬥魚的各項行為是否受外加磁場干擾影響。實驗發現外加磁場下:蓋斑鬥魚的方向判別能力降低,常有錯誤情形:蓋斑鬥魚的方向判別能力降低,常有錯誤情形:蓋斑鬥魚的方向判別能力降低,常有錯誤情形:蓋斑鬥魚的方向判別能力降低,常有錯誤情形發生;牠的覓食行為在磁場干擾下所需時間增長,次數也減少;的覓食行為在磁場干擾下所需時間增長,次數也減少;的覓食行為在磁場干擾下所需時間增長,次數也減少;的覓食行為在磁場干擾下所需時間增長,次數也減少;蓋斑鬥魚的胸鰭、尾擺動次數蓋斑鬥魚的胸鰭、尾擺動次數蓋斑鬥魚的胸鰭、尾擺動次數幅度也受其影響;變得比較好動,不會長時間停留在同一位置。我們也發現蓋斑鬥魚的某些行為與外加磁場沒有太大關係。例如:無論。例如:無論。例如:無論。例如:無論有無外加磁場,其都喜愛較暗的地方;偏愛深色、喜歡溫暖的水域好棲息在底部習慣逆流而上。此外蓋斑鬥魚的記憶能力也不受外加磁場干擾。

碎形的~相似圖形的規律探討

我們一開始從雪花繁複又有規律的圖形得到靈感,並尋找了一些水結晶成冰、霜的圖片,發現其形狀雖然複雜,但皆同時具有「相似」及「無限規律」的特性。因此便以這兩者為方向,找尋符合此特色的圖形進行討論及研究。其中我們將它們分為兩個單元:(一)不斷向外/內延伸的內切/外接圖形;(二)相似形重覆以規則方式相疊的碎形。我們的研究方式是先以較簡單的內切/外接圖形為基礎,再針對一些參考資料上較常見的基本碎形圖案(如三角形相疊成為星形...等)進行演算。有了上述的經驗後,便可以開始對碎形的形狀等特性進行變化,進而製造出我們有特色的碎形,並探討其圖形間奇妙的關聯性。

照過來~「投影片」與「石墨烯」天生一對,成就了自製可撓式染料敏化太陽電池

我們以投影片為底,分別塗上導電膠、導電碳膠、鎳絲、不同粒徑的石墨粉或石墨烯等導電材料製作可彎曲的導電片,用它們來取代價格昂貴的ITO(銦錫氧化物)透光導電玻璃片,以製作染料敏化太陽電池(簡稱DSSC)。自製的DSSC的兩極中間塗了奈米級TiO2 (14 nm)晶粒,並以紫羅藍花(乙醇當溶劑)為染劑,再以鹿角萵苣(溶於乙二醇的溶劑中)作為電解液。實驗結果發現,最好的導電材料首推「石墨烯」,並發現以「投影片/鋁膠帶/石墨烯」組合作正極,以可透光的「投影片/導電膠」作為負極,可獲得較高的發電效率。自製的太陽電池不僅製作成本很便宜,而且還可以彎曲喔!

柯南的青春之泉─ 以環保方法延長切花花期

本研究探討符合環保又延長花期的方法,由預備實驗已知碳酸飲料能有效的延長切花花期,因此實驗設計分別探討碳酸飲料所含的單一成分對切花開花的影響,採用蒸餾水以及對花期有顯著延長作用的50%碳酸飲料溶液作為對照組,比較不同成分和不同濃度的溶液所獲得的結果。結果顯示碳酸飲料的成分中,適當濃度的檸檬酸與葡萄糖促進開花與花形,但凋謝率也高;而由檸檬酸和檸檬酸鈉形成之緩衝溶液,不但促進開花也延緩凋謝。 關於吸水率的研究發現,適當濃度的檸檬酸溶液、緩衝溶液以及修剪花梗基部等提高吸水率的處理方式,促進開花速度與花朵品質,但對延緩凋謝幫助不大;「摘除頂芽」較能有效延長花期,而一般所知摘除雄蕊阻止授粉的方式,對於穗狀花序的劍蘭並不適用。 綜合本研究結果,提供適當的碳水化合物,維持偏酸且pH值穩定的溶液,配合摘除頂芽,可以提高花瓣展開程度和延長花期。

天啊!這怎麼怎能?

當豬不再吃餿水、廚餘堆肥化垃圾為資源來談廚餘堆肥化之必要性,就不難理解為什麼要鼓勵學校針對營養午餐所產生的廚餘進行資源回收,通常中等及初等學校是資源回收工作最徹底的單位,但是並不包含有機資源回收,根據本小組調查台中市 33 所國中、60 所國小,其營養午餐的廚餘均無資源回收,探究其窒礙難行之原因,不外乎空間問題、衛生問題、費用問題及處理方法問題,因此本研究小組針對以上問題進行實驗。實驗結果發現,校園廚餘堆肥並不適用田間或農畜牧業之好氧處理方式,亦不適用家庭廚餘桶的厭氧處理方式,最適用以二階段式好氧、厭氧處理方式,廚餘先以好氧方式堆肥約 7 至 9 天,再進行密封厭氧處理約 15 天,即可將廚餘分解成過半熟肥狀態,而後混入土壤中約 10 天,讓土壤中的天然微生物更進一步分解廚餘,廚餘堆肥品即可被植物所利用,若在廚餘混合物中添加食醋或有機土,更可有效縮短廚餘堆肥時間,只需 24 天左右即可完成堆肥工作,若是在廚餘混合物中,同時添加食醋及有機土,應該會有更好的效果,當廚餘堆肥時間縮短,則廚餘堆肥空間即可縮小,當採用二階段式廚餘堆肥,就不會有環境衛生問題,但是有幾點必須注意,在第一階段好氧處理時,其透氣孔必須放置適量的活性碳吸附可能產生的異味,在第二階段厭氧處理時,必須定時排除液肥(滲出水),稀釋約 100 倍後才能施肥。

面具下的拿破崙三角形

在浩瀚的海洋當中有一個神秘的百慕達三角洲,那麼在數學幾何當中是否也有神秘的三角形呢? 在課堂上,數學老師提到拿破崙不只是軍事家而且也算是數學家,他在數學史上留了一個以自己為名的三角形定理,名為拿破崙三角形定理。當看到此圖形〈圖一〉,幾何當中有如此神秘的圖形,因而興起了對此圖形深入研究的慾望,也是讓我們自己對數學有更深入的了解。雖然它是簡單的幾個三角形與線段所組成的圖形,卻是個富含許多創意與深思的幾何圖形,讓我們不由自主的陷入其中。

「蛹」「帶」生命

昆蟲通常是環境最好的偵測器,今年3 月22 日上午9:30 在雲林林內約有60 萬隻紫斑蝶從觸口飛越過中山二高,歷時4 小時後才慢慢消失在八卦山區。這個享譽國際的紫斑蝶遷移群對我們來說是代表檢驗台灣環境健康的一個正面指標。一年來,我們飼養了大白斑蝶、紅珠鳳蝶、大鳳蝶、黑鳳碟、玉帶鳳蝶,觀察其生活史,並改良拍攝方法,利用數位攝影將蝴蝶各時期的微妙演化拍攝下來做成完整紀錄,包含了幼蟲孵化出來吃第一頓餐、幼蟲結絲墊準備結蛹、來回吐絲約15 次才完成絲帶的固著、然後脫殼成蛹、羽化成蝶等過程。更發現帶蛹似乎都會近似某種特定角度在樹枝上結蛹,而查閱文獻都沒有相關的研究。從自然界的觀察與測量發現多數帶蛹的蛹身與絲帶夾角均為90°、蛹身頭部常與地面平行的機率頗高,而且蝶蛹與樹枝的夾角大多介於20°~40°。於是自行設計測量器材進一步驗證:當蝶蛹與樹枝夾角為30°、蛹身與絲帶夾角為90°時絲帶的張力最小,和野外統計的結果不謀而合,而蝶蛹巧妙地運用此一原理來度過12 天至4 月不等的蛹期。我們再以物理方法尋找帶蛹的重心位置約在中央部位,絲帶張力約為蛹身重量的80%。不禁令人讚嘆大自然的奧妙!