全國中小學科展

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國中組

豐中附近溪流水質探測

近年來,由於人口的劇增與工業的加速發展,「水」在人類生活上更佔了非常重要的地位,在人們多方面無限制的使用下,溪流由於受到工業廢水,化學肥料,農藥、垃圾、糞便的污染,自然環境也遭受了破壞,而且更嚴重的影響人們的健康,就拿永久硬水來說,因水中含有鈣鎂的硫酸鹽或氯鹽,此種硬水不因加熱而受影響,飲入人體時若含量過高,則易得「腎結石」,在工業上更由於處理不當,更易使鍋爐造成爆炸,而威脅到人類生命的安全,氯在污水中更是一種重要的無機陰離子,其形式並未改變,由於工業廢水之排入也可能使氯含量增高,故我們用採取天然水試樣的方法,利用Mohr之方法定量氯,並研究其分佈情形,使我們瞭解水污染的定義及情形,化學需氧量之值,能迅速提供河川和工業廢水方面之重要資料,所以我們以豐中附近的水質作一個探測,試驗其是否適於工業用、洗衣物,或食用進而探討污染因素,促使大家建立愛水、惜水以維護環境清潔的正確觀念。

『差』之毫釐,失之千里--直笛誤差之探討

本報告透過以PVC管接上中音直笛頭模擬吹奏直笛的?況,?用Spectrogram音頻測試軟體測?所得結果,在管徑、前孔長、前孔寬?、氣??、溫?都被控制為常?的情況下,分別改變其管長、孔徑大小和?孔間距?研究聲音、直笛孔的大小與距?對誤差的影響,藉由孔的直徑、距?與誤差的關係,發現孔?的直徑愈小時,其誤差就愈大。但只要孔徑到達一定大小時,波長的依據會由孔中心變為孔前端,?照此規?進?。當孔之間的距?越大時,其頻?就會愈小。管柱前端效應對頻?的影響遠大於末端效應。但得到這些結果之後,我們又對直笛本身的奧妙產生疑問,於是在討?時先對調音方式進?研究,而發現在孔全蓋住的情況下,調音的效果並?大,而其餘則可藉由移動直笛上段與中段?接距?改變頻?,進?調音的工作。接下?則是討?高八?音是如何產生的,我們發現要使音高八?,必須將大拇指所按的孔改為半孔,於是?解大拇指所按的孔是讓音提高八?的關鍵,?將其取名為高八?音孔。為?要瞭解高八?音的產生,在查資?時又發現直笛發聲時內部產生的駐波並?是只有一種,其最低頻?的整?倍都可形成駐波,而最低的頻?稱為基音,決定音高,其餘決定音色,稱為泛音,所以只要讓原本的基音被?倍頻?的泛音取代,就可呈現出高八?的音。

空氣浮力對我們所產生的影響-兼談各種氣體分子量的求法

從上國中二年級開始,最喜歡的課程就是化學了。每次做實驗總是被各種奇異的化學現象深深吸引住,腦中不斷地想著為什麼這樣,為什麼那樣,心中也不停的尋找合理的解釋。雖然常常疑惑叢生,不知其所以然。但是最後經過老師的整理和解釋,都能茅塞頓開,了然於胸。由於從“做中學”每次實驗都能留下深刻的印象!化學第一冊第六章開始,我們學習到利用亞佛加厥學說,來求各種氣體的分子量。但是課本上所設計的 6-3 實驗,其步驟和計算方法(註 1. )卻使我們加入五里霧中,始終搞不清楚?為什麼:(充滿二氧化碳的塑膠袋重)減去 ( 塑膠袋的重),不等於二氧化碳的重?為什麼還要加上(空氣的密度乘上塑膠袋充滿氣體的體積)所求出的重,才是真正二氧化碳的重量呢?雖然這些問題到了二年級下學期,開始學到阿基米得的浮力原理時,便都能迎刃而解。但是當時尚無此觀念,任憑老師說破了嘴,大家依然迷迷糊糊。現在二年級的學弟們馬上又要學到亞佛加厥學說了。為了讓他們不再重蹈“疑陣”,我們幾個實驗室的工讀生,便興起研究一種可以讓學弟們容易接受的分子量求法,以及擺脫浮力對我們所產生的困擾。6-3 的實驗,還談到實驗所用的氧氣、二氧化碳,必須使用鋼筒裝的。一般鄉下地區,根本買不到。況且學校也沒有這種經費。我們既然已經學過氧氣、氫氣、二氧化碳、氯化氫 · · · … … 等多種氣體的實驗室裝備方法,何不先收集一些氣體,讓學弟們可以順利的進行,方便而不昂貴的實驗。然而自行收集的氣體會不會比鋼筒裝的氣體,產生較大的誤差和不便?能不能克服呢?再者,課本只做氧氣和二氧化碳的比較,能不能多做幾種?讓同學對亞佛加厥的學說能更加認識和了解。6-3 實驗的後面曉卜個“空氣的密度表”(註 Z )裹面的密度資料是怎樣跑出來的?以我們現有的知識設備,有沒有自己可以算出來的方怯?以期更適合我們四週環境的壓力和溫度。以上種種的原因,使我們對一個原本平淡的小實驗,引起了無窮的興趣和迫不及待想著手探討的衝動!

揭開獨目美女神秘的面紗

獨目棋盤的定義:在m×n的方格棋盤最右上角方格中先放置一個黑色棋子,其餘方格皆為空格,有如白眼球中的黑色瞳孔,故稱之。 獨目棋盤的棋子放置規則:最右上角方格中先放置一個黑色棋子,之後每次可以在剩餘空格中放入一個白色棋子,並且同時改變相鄰方格中棋子的顏色,即黑改白,白改黑,若是空格就無變化。 本文證明了什麼樣的獨目棋盤在放滿棋子後,會讓方格內的棋子都變成白色棋子,並且找出可以令人依循的放棋原則,以及對所有棋盤設計一種通用放法,最後算出一些棋盤的所有放法。此外,我們改變黑棋的初始位置與初始黑棋的數目(可為0),試著探討與原棋盤的不同之處。

酢漿草睡眠運動捉秘

酢漿草的葉片白天張開,傍晚卻都閉合,這是怎麼回事呀?!

虛像你在何處?—視深的深入探討

我們探討的內容有兩項主題:第一是觀察者在空氣中(疏介質)看水中(密介質)的物體,第二是觀察者從水中(密介質)去看空氣中(疏介質)的物體。這兩項主題皆有虛像位置的推導與測量,及分析觀察方向改變時虛像位置的奇妙變動。首先,我們運用簡易的數學與物理知識自創一個『虛像位置』的幾何公式,及自行設計兩種『觀測視角測量器』的工具,進行實驗測量與理論演算的工作。接著引入複雜但精確的微分公式作為檢驗自創公式的依據,最後再全面分析各種實深條件下的測量值與理論值之差距。

黑白配─神奇的遺傳演算法

在六億年前,海洋中有許多不同種類的生物,經過了幾億年的演化和突變,令我們覺得好奇,為何基因經過交配和突變能產生這麼多變化,而且愈來愈優良,於是我們想利用電腦的符號來代表各種不同的基因,使其交配、突變,研究近年來興起的「遺傳演算法」學說。

利用明礬沈底晶體研究單晶的成長\n再向單晶體挑戰…

我們研究晶體成長已經有五年的時間了,我們的研究和其他研究晶體的科學展覽作品不同之處在於──我們專門研究單晶的成長,而且只研究明礬單晶的成長,這幾年來也都有獲得不錯的成果及成績。明礬單晶非常的美,這是剛開始時這個主題吸引我們的原因─它的形狀很漂亮、外型很規則又富有變化、色澤晶瑩、透明,非常迷人;再加上它原料取得容易、沒有毒性、價格便宜,而且參考資料豐富,使得我們對這項研究一直都非常地有興趣。 前幾年的研究,我們都以“如何成長出大尺寸的單晶”為目標,並且設法對單晶的結構做仔細的觀察及測量,去年我們發現“沉底晶體”是非常值得深入探討的題材。所謂的沉底晶體是指:晶體成長的過程中,沈積在容器底部成長的晶體。這一類的晶體,外型大都呈平坦的六邊形(或切角三角形),形狀規則,單晶結構完整、良好(色澤晶瑩、透明)。尤其是平坦的特性,使我們可以用顯微鏡對晶體的結構進行精密的觀察及測量,讓我們能做更仔細的定量研究,這在科展的研究深度上,是一大進步。 我們去年的研究,雖然曾經對沉底晶體的成長方式提出一些粗淺的解釋,但是仍然還有不少疑惑。今年我們除了繼續深入探討之外,還希望能對晶體的成長進行”動態觀測” , 亦即希望能在顯微鏡之下”直接”觀察和測量晶體的成長,以彌補過去只能在晶體成長完成之後、進行靜態觀測之不足。這個目標將使得我們必須發展更好的顯微鏡影像擷取、影像儲存及影像處理的技術、發展更精確的控制晶體成長的技術,以及研讀更多的有關晶體結構及成長的資料。這些對我們來說都是高難度的挑戰,如果可以克服其中的困難,我們就可以直接觀察、記錄、測量及探討晶體的成長,這在我們的研究中又將是一次非常重大的突破及進展。

「碳」危觀止-自製微型化學儀器,檢測空氣中一氧化碳的含量

近年來一氧化碳中毒事件頻傳,此時我們想瞭解是否能有一種有效測出一氧化碳氣體的方法。但據所查的資料顯示,目前市面上的偵測方法不外乎儀器太貴、偵測溫度太高或是鑑別度較低等困擾。因此,我們想要找出有更好偵測一氧化碳的方法,於是我們收集資料,經過詳加比較後發現,CO(羰基)會與過渡金屬離子形成錯合物。根據實驗得知,在稀醋酸及硫酸鎳的溶液下,對偵測CO 存在有良好的效果。再配合LED 燈、光敏電阻及三用電錶,自製出「攜帶式微型雙打氣化學儀器」,最後再接上自製電路及蜂鳴器,對偵測空氣是否含有一氧化碳有高的相關性,並能有效的檢測出一氧化碳的含量。本自製微型化學儀器對一氧化碳的檢測分析結果,其 [COppm] = 2×107 × [偵測時間× 0.9]-2。

微觀化學

為了比較傳統型和微型化學裝置的差異,我們設計微型化學反應裝置,並探討其實用及環保方面的問題,我們在顯微鏡底下,觀察化學反應的沉澱結晶及電解反應,嘗試以各項變因(溫度、濃度、聲波…等)來觀察其結晶的形態。我們已成功地將用量減少至0.04ml,也以微觀的角度觀察化學反應的過程。在實驗中發現到反應進行時粒子會不斷流動,經查證後為愛因斯坦所提的布朗運動,並且測得琉顆粒的直徑大小約4.2~6.7微米。本實驗成功地將顯微鏡應用在化學領域上,若將此實驗推廣,可達到汙染少、時間短、用量少的目的。這是邁向化學微觀世界,另一種創新嘗試的方法。