全國中小學科展

國中組

潛「移」默化的無形小子-粒子在水中移動擴散的研究

過錳酸鉀在水中魔幻似的擴散,令人看到屬於科學的美麗與神秘。擴散一向被 認為是簡單的概念。濃度、溫度與管徑,是影響它的三大因素。我們的研究,設計 了四種裝置,來探討物質在水中的擴散。分別是固定式,持續滴入式,單向電錶式 與雙向擴散裝置。以固定式裝置,單純的觀察過錳酸鉀的紫色跑多快。以運動學最 簡單的「速率」定義,來探討這些變因有什麼關係,結果如下:自行定義的擴散速率=趨勢線斜率x濃度梯度→趨勢線斜率正比於溫度與管徑截面積。 這種設計,可以進一步研究溶質在水中擴散所受到的阻力:阻止過錳酸鉀擴散 的效果,鎂離子比鈣離子強,而且鎂離子濃度愈高愈好。電錶式擴散裝置,利用導 電性造成電錶指針瞬動,把所有的無色離子擴散研究變成可能。雙向擴散,離子相 撞產生沉澱,都提供了研究液體擴散的新方向。

如鷹展翅上騰–重新得“力”

傳統的薄翼迷你偵察機為了要在有限的空間裡,兼顧質量輕及升力大,因此其薄型機翼大部分都使用低展弦比(大面積)的機翼,但低展弦比的偵察機因為旋轉力矩較小且不能裝尾翼,所以飛行時較不穩定。於是我們利用自行改良製作的簡易風洞,改良出高展弦比(小面積)的機翼,也能獲到較大的升力,同時其升力係數比低展弦比(較大面積)的機翼更高,飛行也更穩定。實驗中,我們固定翼展長度和迷你偵察機相同,但降低機翼的寬度,我們發現不同機翼形狀具有不同升力,其中漸縮比0.5 具有較大升力及升阻力係數,但升力仍比低展弦比機翼小,於是改變機翼弧度及弧翼高度,結果我們發現高展弦比的弧形機翼及1/15 的弧翼高度,居然也能獲得比低展弦比機翼更高升力及更大升力係數,大幅提昇薄翼迷你偵察機的升力以及更穩定的飛行。而且高展弦比的機型也更易偽裝成類似老鷹之類的動物,能像老鷹一般展翅上騰獲得更大升力,如此,不僅可以使軍事偵察更加隱蔽,更可用於警方攻堅時對於人質情報的收集、山區搜救,或是自然景觀的調查等等,將來更可以應用於輕航機的機翼,使輕航機的飛行更具穩定性與安全性。

天空的舞者--探討槭樹種子的飛行模式

槭樹種子的外表型態有常態分佈的現象,翅果常分布在1.08〜2.02公分,又以1.32〜1.56公分最常見,寬分布於0.22〜0.72公分,以0.32〜0.50公分為最常見。厚度的大小依序排列為:種子>肋>翅膀;肋的厚度大小依序排列為:肋前>肋中>肋後。重量分布於0.012〜0.046公克,以0.022〜0.032公克最為普遍。槭樹種子飛行的時間具有一定的規律性;我們把飛行時間大約分成四大類,分別是:啟動期、旋轉期、滯空期和飄移期。質量小的種子較質量大的種子能散播得遠,尤其是高度在100公分以上時較明顯。槭樹種子飛行時,除了種子本身的旋轉(自轉)外,種子亦繞著一圓心飛行(公轉)。

錢進『2』勢力

在100個硬幣內,任取若干個,若能將硬幣分成至少2堆以上,且每堆的數量依少而多成為公差2的等差數列,則稱為1種分法。能以最少硬幣排出最多種分法者為優勝。先排出1~100的數中,計算每一個數的分法,再歸納出任一個整數有多少種分法的計算方式,發現與其因數個數相關。若一個數有n個因數,則有(n+1)/2-1(當n為奇數)或n/2-1(當n為偶數)種分法。從中將同樣多種分法的數歸為一類,並找出其中最小的整數,這些數就是我們獲勝的關鍵。計算出1~100種方法的最小整數,發現可由k種方法的最小整數推論出2k+1種方法的最小整數。而這之中有一些例外的情況,探討之後也整理出兩大類不同型態的原因。

畢式組數的「克」星-高商尺的發現

國中課本第五冊第 141 頁 5-4 練習第六題,我國民間相傳有下列五邊形的近似作法”九五頂五九,八五分兩邊”經過幾次的畫法,均發現並非真正五邊形,其誤差雖極小,仍困擾著我們的求知欲,因而請教於老師。

「點積」的發現

「點積」這個名詞,是為了稱呼上的方便,由作者自定的名詞。顧名思義也就是:「集點求積」的意思。在求算一例圖形的積( 包括:線長、面積、體積) 時,「點積法」與過去的求積方法有很大的不同,它只計算圖形裏的「等距點(即方格點)有多少,就可求得其積。

橋墩追追追~橋墩抗水能力與砂石淘空情形探討

自然與生活科技課程中學習到以力學觀點設計建築物,加上洪水沖斷橋墩的事件頻傳,因而引發我們想設計模型來實驗,探究理想橋墩的動機與行動。經研究後發現:橋墩形狀不平整、迎水面大者,受到水流沖刷力較大;不厚實的橋墩支撐力量分散、易斷裂;迎水面大、造型不流線的橋墩周圍,砂石被掏空的多,侵蝕嚴重,易造成橋墩不穩固而傾倒,橋墩數目越多、越靠近河道中央承受較大的水流沖刷力。因此綜合以上實驗結果我們建議理想橋墩的迎水面及背水面均為流線圓弧造型,最好能以抗侵蝕的金屬保護;而側面要狹窄以減少阻力和侵蝕力;設置橋墩的間距不宜過密、靠近中間的橋墩要更堅固並派人定期察看並適當填補砂石於掏空較多的迎水面區域,以防橋樁裸露、傾倒。

台灣新紀錄種竹節蟲-山桂花竹節蟲的調查研究

此研究是針對台北縣新店市廣明獅頭山所發現的台灣新紀錄種—山桂花竹節蟲(Phraortes sp.),來觀察牠的生活史、食草等,並確定其學名。山桂花竹節蟲為植食性之多食性竹節蟲,屬長觸角。若蟲體色呈咖啡褐色,成蟲則呈灰褐色,山桂花竹節蟲的翅膀完全退化,雄性成蟲的體型比雌蟲小很多。屬兩性生殖,卵無黏性,像種子般,具卵蓋,雄蟲、雌蟲一生會交配好幾次。產卵量很多,約為150~190 個。山桂花竹節蟲一年只有一世代,卵期約 270 天,生活史約350 天。比較耐乾旱,對環境溼度的要求不高。遇到天敵時都會裝死、自割,同時也是偽裝高手:不動如樹枝或隨風擺動,會模擬毒蠍。

明爭暗「豆」——以導電度及透光度探討製作傳統豆腐時蛋白質凝結之關鍵

傳統豆腐主要成份除水之外就是蛋白質,豆漿的蛋白質凝結作用是傳統豆腐製作過程中最重要程序,對於豆腐的產率及品質有著重要而直接的影響。我們發現豆花粉及鹽滷中可使豆漿中的蛋白質凝結之成份為Ca2+及Mg2+。濃度2%的氯化鈣水溶液加入45℃的豆漿最能滿足製作傳統豆腐時蛋白質凝結量最大、乳清透光性高及乳清導電性低的條件。由豆漿蛋白凝結時電阻變化,得知40秒後蛋白質與氯化鈣作用趨近於緩和。 利用自製儀器精準測量導電度及透光度的有趣結果,探討蛋白質凝結之關鍵,對於豆腐之生產製作將會有相當的幫助 。

對抗塵蹣大作戰

塵蹣可說是灰塵的隱形殺手,我們透過調查了解塵蹣在家中出沒的地點,藉由物理和化學因素對塵蹣生長情形的探討,希望獲得簡單有效的防蹣方法。在調查了十二個家庭後發現,歐洲室塵蹣和美洲室塵蹣是家中最出現的品種,以枕頭、棉被、床墊等處發現的比例最高;物理性防治方面,本實驗藉由控制光線、溫度、溼度、布料種類,得知塵蹣在低溫、低濕度和照光實驗組別存活情形最差,此外我們發現塵蹣在黃光、綠光、紅光實驗組別死亡情形較嚴重;布料的間隙如小於塵蹣,則塵蹣較不易生長,故居家環境應保持明亮、乾燥,寢具布料可選纖維編織較細緻,避免使用深色;化學性防治方面,觀察塵蹣對各種防蹣產品和清潔用品的趨避反應,結果顯示家中常用洗衣精和漂白水就有殺蹣效果,標榜防蹣的產品並非必須。