全國中小學科展

國中組

「浮」搖直上

本研究是有關浮力的具體探討及儀器的設計。首先在研究一中的自製儀器是主要的創意設計,其中運用帕斯卡原理、微調觀念、表面張力的破壞及結合注射針筒、T字接管和單向止逆閥等製作電腦化偵測儀器及同步進水系統,進行標準化實驗。我們利用生活科技結合實驗原理,使我們更具體了解進行實驗中的數據變化進而達到完全體悟阿基米德原理。接著在研究二中,具體探討浮力和排出液體重量的關係,發現相關係數高達0.99。在研究三中,探討物體所處深度與浮力的關係,結果發現當物體未完全沒入液中則深度與浮力的關係成正比,但若完全沒入後則物體所處深度與浮力的關係成正比,但若完全沒入後則物體所處深度與浮力無關。在研究四中,發現物重並不會影響浮力(同學常常誤解此觀點)。而在研究五中探討同體積物體在不同密度的液體中浮力的關係,結果是密度越大的液體所產生的浮力越大,證明液體密度是會影響浮力(且成正比)。最後在研究物體在兩種不相溶的液體中所測的浮力,結果情況較為複雜。

大珠小珠落一盤-出水端水滴體積變化之研究

想了解水滴在出口端體積受到哪些因素影響並分析重力與表面張力兩者關係,研究發現 (一)水滴接近滴下時底部水滴會彈性內縮;毛邊會破壞水的表面張力,輸出體積下降;出口端往水平方向傾斜時,輸出體積大約為垂直時的1/2。 (二)出口端為斜口時水滴的脫離點會往斜長中央點移動;出口端厚度變薄,接觸長度減少,往上總力降低。水流量大會有過量的水被往下帶;出口處疏水性強時,端口邊緣沒有水附著,水滴會較小。 (三)液滴增大時重力與表面張力之垂直向上總力比值會先降後升,表示開始時表面張力大於重力,但隨水量增加時接觸的周長迅速增加使得表面張力在垂直向上的總力大幅提升。隨後因重量持續增加使得比值隨之升高到了接近滴下前比值約為1。

凹凸有致---多邊形的重心

課堂上所學得的重心僅止於三角形,並未提及四邊以上的多邊形或是凹多邊形的重心。於是我們利用網路及圖書館查閱多邊形的重心相關資料,找到以前科展的兩篇作品,及數學辭典中相關的幾何學知識。在了解資料的內容並試著自己作圖尋找多邊形重心時,我們發現以往科展作品中有錯及某些問題未曾解決。於是我們利用了【面積交換性質】找到修正的方法後,便可用【槓桿原理】求得正確之重心。並且此方法可推廣到凹、凸N多邊形。之後,我們也發現凹四邊形的重心隨著圖形的不同而存在於形內、形外、邊線等不同位置,進一步的我們研究出判斷式。至於凹N(N≧5)邊形之重心位置,是否存在判斷式?我們仍在努力尋找中。

調味與抑菌兼具的食材與口腔細菌之探討

本研究目的在探討蒜頭與山葵等日常調理食材對於口腔細菌的生長抑制效果,並嘗試針對這些食材的抑菌效果開發日常應用。研究方法主要是利用紙錠法進行抑菌作用測試。研究發現:(1)對口腔細菌具抑菌效果的食材為蒜頭和咖哩,而咖哩的抑菌效果主要來自薑黃;(2)蒜頭的抑菌效果和蒜汁濃度呈現正相關,薑黃的抑菌效果則無此劑量反應關係;(3)蒜頭和薑黃對轉醣鏈球菌不具抑菌作用,因此應無防治齲齒的效用;(4)以30%的蒜頭汁調製的天然漱口水的抑菌效果明顯優於某一品牌市售漱口水。加入紅棗等食材調味,可能使漱口水的口味更好並同時加強抑菌功效。本研究證實若干食材確有抑制口腔細菌的功效。我們也證實了這些天然食材的抑菌功效可以應用到日常生活。我們期待能進一步探討這些食材抑制細菌的原理,並開發更多有益的日常應用。

鳥松溼地的水乞丐

「水乞丐」就是俗稱的水蠆,牠是蜻蜓和豆娘稚蟲的通稱。目前有關水蠆的研究資料並不普遍。從研究中發現鳥松溼地公園共有 12 種不同的水蠆,利用人工飼養的方法可知道其完整的生活史。另外溼地的水位及其他環境因子與水生昆蟲的族群息息相關,本次研究想探討鳥松溼地公園各池中水位與水溫對水生昆蟲數量的影響,從研究中發現水位會對仰泳蟲數量造成影響,其中以水位40?60公分最適合仰泳蟲生存﹔水位對水蠆數量有正相關;水溫對水蠆也有影響,在 34℃以下,溫度越高數量越多;另外水蠆在羽化時非常怕光,若有光會延遲羽化,甚至不羽化。除鳥松溼地公園外,在其他不受污染且水流穩定的地方,如乾淨溪流、休耕的稻田、池塘都可發現水蠆的蹤跡。

抓得住太陽的水透鏡

想要提高太陽能電池效率因而製作水透鏡加在太陽能電池上,利用凸透鏡聚光效果來增加效率。水透鏡的優點是可以改變焦距、方便耐久。過程中自製水透鏡並設計實驗平台測量不同塑膠膜片透光度、水透鏡聚焦特性、水透鏡增加光功率效果、水透鏡增加太陽能電池輸出電壓實驗以及實際在戶外陽光下測試水透鏡對增加太陽能電池效能的影響。實驗結果發現:光功率最高的膜片為EFTE膜;灌入不同水量可改變水透鏡的焦距;在焦點時光功率最大;焦距越短光功率越強。加上水透鏡後提升電壓輸出增加20.4%;單位面積電壓輸出更達原來的248.1%。戶外實測結果顯示天氣晴朗時,水透鏡使效率大幅增加,最大可達192%,平均亦可達84%。因此加上水透鏡後確實能增加太陽能電池的輸出效率。

水蘊草生命的新動力──探討水下立體聲音響之信號對水蘊草光合作用產氧量之影響

利用音樂加速乳牛分泌乳汁的計畫,歐美國家正在積極研究。日本先鋒公司也展開音樂催生植物的計畫。PIONEER日本東北廠研究發現,在高速公路旁的植物特別枝葉茂密是由於往來車輛聲響刺激葉片毛細孔擴張,加速光合作用的結果我們對這項報導很感興趣,想知道生波對水生植物是否會影響其生長;又看到72年萬中所做有關這方面的實驗,覺得仍有可改進之處,因此著手設計用各種單一頻率的聲波,改變不同的振幅、頻率、波形,經由水下立體聲音響播放,觀察其對水蘊草行光合作用的影響。

有"機"可呈~揭開無理數的神秘面紗

逛夜市時看到有人在射飛鏢,我們突然想到,如果飛鏢射中每個點的機率都相等,那我們是不是可以由射中圓的機率,及外圍的面積來推知圓周率呢?我們先後進行射飛鏢及擲黑豆的實驗發現,實驗過程都不夠隨機而宣告失敗。於是我們以解析幾何的方式將實驗的樣本空間座標化,然後用EXCEL 試算表的亂數製造隨機點,並判斷隨機點的落點。 我們共製造了109個亂數數對,由所得數據分析π的近似值為3.141607304。 我們並進一步實驗發現當短軸的長度固定時,橢圓的面積與長軸的長度成正比。進而推得橢圓面積為 1/4 ×長軸×短軸×π 透過實驗我們也發現,邊長為2r 的正立方體最大圓柱、球體、圓錐體積比為3:2:1。並進一步推得半徑為r 的球體體積為 4/3 r3π 此外,我們思索幾個可以再深入探討的主題: 1. 三角函數Sinθ 的近似值。 2. 對數表的製作。 3. 無理數逼近速度及準確性的探討。

簡易顯微放映機製作

生物課觀察顯微切片是一種不可以缺少的學習運動。可是顯微鏡只能由教師先行觀察。而後敘述給學生聽,再由學生自行觀察。在此過程中不僅只浪費時間,同時也極容易由於教師敘述不妥當或學生的會錯意,造成誤會或錯誤觀察之不良結果。要想使切片能給多數人同時觀察,當然只有借助顯微鏡放映機,將映像放大映出。可惜顯微放映機目前不普遍,其原因乃售價非常昂貴,小型螢幕 L 直徑 4 公分須七、八千元,中型的映幕 15 公分 × 25 公分須二萬元左右,較為優良能供全班學生觀察的須五、六萬元。由此可看出實在非一般學校經費所能負擔的。況且其中、小型的效果也不見得很好。經拆下一部中、小型顯微放映機研究其結構,發現其結構簡單。約可分為兩主要部份(一)光源部份,另為顯微鏡頭。乃激起研究製作頭微放映機使它能普遍化,以利於教學觀察。

未來的蜘蛛人--壁虎之研究

常常在牆壁或天花板上看見壁虎四肢緊緊吸附著,可抵抗地心引力而不摔下,就如同電影情節蜘蛛人攀岩走壁一般敏捷。本學期自然課恰巧學習到神經系統以及一部分爬蟲類的特性,讓我們對壁虎吸附力與四肢的關係產生興趣;另外壁虎會斷尾求生,我們對尾巴再生能力以及中樞脊髓受損尾巴和後肢是否再生也非常好奇。於是,我們便開始著手收集資料並歸納、實驗,展開與壁虎做第一類接觸。