全國中小學科展

國中組

各種一滴所佔有體積大小與表面張力關係因素研究

擠壓眼藥水瓶,瓶裏的藥水就一滴一滴滴下來。學了「表面張力」後,知道水滴是由於表面張力作用所造成的。但是「一液體一滴體積的大小有怎樣的差異,其體積大小與表面張力有如何的關係?」又是一個問題,於是我們利用種種方法來求解決。

「纖」入為「紙」-多種纖維質廢棄物之造紙效能與品質研究

本研究以多種纖維質廢棄物作為造紙原料,造出媲美市售的紙張。我們發現:玉米皮適合造紙且品質穩定;木屑、玉米梗造紙張力低且易碎;低濃度鹼液解纖的甘蔗渣膠質多,紙張透明易皺縮,但高濃度鹼液解纖,紙張平整白皙;柚子皮膠質太多,不易造紙;雜草可造紙但纖維明顯;竹筷纖維粗硬,紙張厚且張力低;稻草造紙品質佳且原料充足,是造紙界新星。改變變因上,果汁機打1分鐘可使張力提升;添加膠水或澱粉液能提升張力及降低吸水量;200目絹框抄紙張力較好;加熱浸泡50%雙氧水可漂白。校園落葉單子葉比雙子葉植物適合造紙。複合材料造紙時,添加少量甘蔗渣或柚子皮纖維可提升張力,少量竹筷纖維能使紙張硬挺。最後本研究推薦數種造紙方法供大眾參考。

談蛹色變!--探討無尾鳳蝶(Papiliodemoleus)與台灣紋白蝶(Pieris canidia)蝶蛹顏色??

一般人甚至部份科學家以為,無尾鳳蝶(Papiliodemoleus)與台灣文白蝶(Pieriscanidia(Sparrmanm,1798)蝶蛹顏色與環境背景色,有必然關係!根據本組研究發現-無尾鳳蝶(Papiliodemoleus)與台灣文白蝶(Pieriscanidia)蝶蛹顏色的決定因子並非環境背景色!無尾鳳蝶(Papiliodemoleus)與台灣文白蝶(Pieriscanidia)蝶蛹顏色的決定因子為蛹色誘導環境的質地與質感、無尾鳳蝶(Papiliodemoleus)與台灣文白蝶(Pieriscanidia)蛹色誘導環境的光滑與粗糙程度決定蝶蛹的顏色-即蛹色誘導環境光滑時呈綠色蝶蛹,蛹色誘導環境粗糙時出現非綠色蝶蛹。

磁鐵在非鐵金屬管中的磁浮現象與應用

在國中理化課本中,我們所學到的─《電流和磁的關係》,我們都知道「當電磁靠近金屬時,金屬內的磁場會發生變化,此時金屬會有『電流』的產生,進而使檢流計的指針發生偏轉,英國科學家法拉第在1831 年,將這個現象稱為─『感應電流』」。因此我們選擇銅、鋁兩種金屬管探討不同強度的磁鐵在金屬管中作自由落體時感應電流與磁鐵落下速度的變化關係。在本研究中,我們首先要找出能準確測量磁鐵從金屬管落下的時間的裝置,於是我們利用數位相機、放大鏡、馬錶設計了「同步攝影法」,來改善手按測量的不準確。藉由電腦的影像分析,在不同厚度(1.55、3.10 ㎜)與不同金屬管(銅、鋁)的研究發現以厚銅金屬管的效果最佳,此現象應與感應電流的大小與金屬材質的電阻大小成反比有關。在不同厚度的金屬管中改變磁鐵磁場強度的實驗發現薄金屬管在磁鐵磁場強度約為5000 高斯及厚金屬管磁鐵磁場強度約為3000 高斯時鐵落下的速度為等速度運動。其次在將金屬管切割成有缺口的實驗中,我們發現感應電流的現象依然存在,這現象顯示在金屬管中的感應電流不是沿著圓形的管子而形成,而是當磁鐵靠近金屬管時,在金屬管的管壁間可以形成無數連續的小「渦電流」,這無數的小渦電流在管壁內產生無數感應磁場形成「磁阻」用來抵抗磁鐵的下降。最後利用磁鐵、鋁管、定滑輪、砝碼組及投影片捲成的電梯設計「磁浮升降梯」、「磁緩衝機」可以在沒有電力的情況下將升降梯的速度控制在0.18 公尺/秒的安全速度,及磁緩衝機的設計可使蛋由4 公尺高落下卻完好如初不會破裂。

假日澆花不求人─自動澆花器之原理探討及裝置建議

本實驗利用實驗室簡易器材設計了一系列的實驗,探討自動澆花器之原理及影響澆花器流速的各項變因:一、自動澆花器原理:盆栽中水分因重力往下流,再由於水分子間的吸引力,使供水容器內的水不斷的被往上拉,所以水分可持續供給到盆栽。二、影響流速變因:(1) 毛巾內含水量愈多,則流速愈快。(2) 水分流經毛巾長度愈長,導致阻力增加,則流速減慢。(3) 毛巾的寬度愈寬,則流速愈快。(4) 毛巾層數在 6 層以內,層數愈多則流速愈快,但毛巾層數超過 6層後,則流速增加不明顯。(5) 材質的吸水性方面:毛料>棉>麻>尼龍,以毛料和棉的吸水性較好。(6) 供水容器水面高度必須比盆栽底部高,供水容器愈高,則流速愈快,若供水容器水面較盆栽底部低,則無法供水。最後實驗並針對本澆花器無法穩定供水的缺點,利用大氣壓力原理,設計出穩定供水的裝置,實際裝置澆花器時可先嘗試,再依本實驗所提供的建議調整,相信一定能裝置出最合適的自動澆花器。

電從哪裡來?鋁-空氣電池的製作與探討

經過我們努力的實驗後,我們發現:本實驗利用添加活性碳粉可大幅增加電池輸出的電流大小,改善單獨使用碳棒或備長碳得到的輸出電流不大,而且電流強度驟減維持不久的問題;另再添加聚丙烯酸鈉當膠狀劑和當做電解質中的吸水劑,減緩水份蒸發,可發揮防止溶液滲漏的作用外,同時可當黏著劑改善一般黏著劑無法導電的問題,對於電池的保存具有多重的功能。利用碳棒的罐裝圓柱型一般乾電池和白鐵網活性碳粉舖成碳紙電池,都確實可提供電能運用於驅動一般電器,經實驗電池負載低功率馬達下持續放電7天可運轉而不停止。

無盡的追逐—刺瓦姬針蟻(Hypoponera zwaluwenburgi)獵蟻兵團

刺瓦姬針蟻是一種普遍分布於台灣落葉層的全盲針蟻,除了分類、特徵、分布等基礎文獻之外,研究關於其行為的實驗少之又少。本實驗則主要針對刺瓦姬針蟻的獵食機制及特殊的俘虜行為進行探討,而在刺瓦姬針蟻與蓬萊點琉璃蟻、黑頭慌琉璃蟻的實驗中,發現刺瓦姬針蟻的兩種獵食模式,分別為逐次獵食及分巢獵食,更發現到刺瓦姬針蟻對蓬萊點琉璃蟻會有俘虜對方幼蟲的行為,而且刺瓦姬針蟻的俘虜行為是跨亞科的俘虜這時目前沒有正式報告發表的。在台灣更只有臭巨山蟻會有俘虜行為,但也只是同種間的俘虜。目前,只針對到刺瓦姬針蟻獵食的現象,並未進行更深一步的研究。未來則會朝向刺瓦姬針蟻獵食機制及影響俘虜行為的因素及俘虜目進行更深一步的研究。

「差」了就來電

鋅銅電池中若兩電極使用同一種金屬片,兩杯溶液及鹽橋使用相同濃度該金屬的鹽類溶液,當改變兩杯溶液溫度時,兩電極便會產生電位差,此產生電流的裝置稱為溫差電池。 溫差電池中若僅進行的反應,則其電池電壓與溫差成正比,且純粹是利用化學反應將熱能轉換成電能,此類電池我們稱之為「典型溫差電池」,例如 Cu(NO3)2及 AgNO3 溫差電池都屬於此類,但兩者差異是 Cu(NO3)2溫差電池的高溫杯為正極,而 AgNO3 溫差電池的高溫杯為負極。典型溫差電池的電壓與溫差、電解液種類及電解液濃度有關,電解液濃度愈小,電池的電壓反而愈大。 我們利用典型溫差電池的原理,自製環保、節約能源、可重複使用的實用溫差電池,以PVC 水管當容器,上、下兩端開口用銅片封住當電極,管內裝海棉及1M 的Cu(NO3)2 溶液,熱源加熱上層銅片形成溫差,當溫差維持在60℃至70℃之間,單一電池的電壓約40 mV,若串聯50 個實用溫差電池,估計電壓可達2 V 以上,就可以對鉛蓄電池充電。實用溫差電池的熱源可由回收冷氣機、工廠的廢熱,或直接利用太陽能來當熱源。

如何做生物實驗---木瓜種子包膜與植物發芽關係之探討

從一年級開始到現在”我們對於生物學的興趣不減當年。常想,當別人提出有關生物學的問題時,我們將如何去觀察、思考、討論、提出假設,進一步設計實驗,以尋求問題的答案。常我們吃木瓜時”對於晶瑩可愛的木瓜種子發生了興趣,很想知道木瓜種子外面的包膜有何作用?用手剝去包模,現出木瓜種于粗糙的表面時,隨手丟棄,無意中發現去了包膜的木瓜種子較不去包膜者早幾天發芽。此種發現引起了我們無限好奇,遂在老師指導下進行以下實驗。

「氧」「氫」蓄銳‧死灰復「燃」

經過我們努力實驗後發現:碳棒淬火可活化碳棒,加以塗抹碳粉後,電能明顯增加許多,並隨充電時間而增加電能,證實活性碳粉增強氫氧電池的功用。使用較多碳粉增加氣體吸附量,但充電時間長或充電電流大,產生氣體太多無法完全吸附利用,會降低充放電能轉換率。使用起泡劑增加電池效能,但亦會增加電阻。加入起泡劑對於硫酸鉀效能較好,硝酸鉀次之,氫氧化鉀增加幅度較小,其中10%胺基酸起泡劑>10%SLS起泡劑>10%DBN起泡劑。本實驗增加電池效能處理,包括淬火、電鍍和添加活性碳粉、包覆收集氣體、加入起泡劑氣泡法等方法,可利用國中實驗室電解水裝置轉變為氫氧燃料電池,電能轉換率由0%提高至3.55%,充電5伏特、6分鐘後負載馬達使用24分鐘。