全國中小學科展

國小組

農塘變泥塘-夢幻湖不再夢幻

研究發現農塘會變成泥塘,主要是北、東和西邊的地層都非常不穩定,地形陡峭,高度往湖裡遞減,泥岩邊坡的紋溝和泥裂發達,還有小斷層,特別容易發生泥流。農塘西邊山頂的厚層砂岩就有許多蜘蛛網狀的構造,是小斷層的證據。 西邊山頂的厚層砂岩在風化後,由小溪流流到牛埔農塘和埤底溝,因泥砂顆粒稍大,是屬於砂質泥岩,造成的個別泥裂面積也比較大,但泥裂最大深度並不超過1公尺,泥裂下為沒乾的泥漿,計算後發現飽和的泥漿含水量約有17座游泳池。另外,鹽度並不影響泥裂,但影響含水量。泥塘雖沒有土壤液化的潛能,但表層比較粉砂質的泥岩震動後會發生液化。很少見的泥裂崩塌,因受重力的影響,下面的泥漿也出現爆漿的奇妙現象。

「橋」見摩擦力-探討達文西橋不同結構之形抗結果

為了發現達文西橋的秘密,本研究嘗試採用不同材質棍子、不同搭橋方式來研究達文西橋承重力與形抗結構。經實驗後發現:(1)與木棍相比下,竹棍的韌性和彈力較好且更紮實,具有較大的承重力,其中,尺寸0.5*0.5*20竹棍的承重力最大;(2)橋體層數越多,越接近拱形,其承重量越大,但三層以上的橋體角度太大,容易崩塌,因此兩層的達文西橋為最佳;(3)竹棍間的實際接觸面積愈大、支點愈多時,摩擦力就愈大,橋體將會愈穩固,如直橫交錯鋪滿的橋體;(4)地面材質的摩擦力太大或太小皆不適合搭建達文西橋。因此,使用較多棍子搭橋不一定好,並且需要考慮棍子材質、搭橋方式,以及地面材質的影響,才能搭出穩固、承重力大、形變率小的達文西橋。

油有點顏色

找沒用過的指示劑試測沒檢測過的東西。從教室取得氨水和一點點的鹽酸,一滴滴稀釋一次次測廣用試紙的色樣,調出pH 0-14的標準水溶液的配方。建立每日檢測穩定模式,獲校園內年度最佳新指示劑,豔紫荊、紅鳳仙花、繁星花。拍試管內色樣製成秋冬酸鹼色階表。進而參考第46屆全國中小學科學展覽作品,改良不晾乾試紙,應用新發現濕試紙的靈敏性,改雙頭棉棒成濕試棒,用於檢測器材的變因,縮短實驗時間,突破「花青素並不是水溶性」《蔡尚恬、蔡振章 (民93.09) 楓葉變紅了--- 天然色素的顏色化學 科學發展,頁56》藉由濕試紙和劃開後的護貝膠片2*4cm,加持花青素與油脂反應的可能性,我們發現等水光、油光稍退判讀試紙,實驗加熱、炸油在指示紙上顏色有酸性反應。

以圖形分層遞降方式探討整數分割方法數

從圖形分層遞降觀點找硬幣排列與方塊堆疊的遞迴關係式,可用流程圖找方法數。 一、將n個硬幣排成k列排法Bk(n) 種,共A(n)種 (一) 找出B1(n)=1, B2(n)=[n-1/2], B3(n) 。 (二) 從圖形解釋Bk(n)=Bk(n-k)+Bk-1(n-k) : (三) Bk(n)拆為k-1列的關係式: Bk(n)=Bk-1(n-k)+Bk-1(n-2k)+…+Bk-1(n-tk) 二、將n個硬幣遞減排成k列排法Qk(n)種,共P(n)種 (一) 找出 Q1(n)=1, Q2(n)=[n/2], Q3(n)。 (二) 從圖形解釋Qk(n)=Qk(n-k)+Qk-1(n-1) : (三) Qk(n)拆為k-1列關係式:Qk(n)=Qk-1(n-1)+Qk-1(n-1-k)+...+Qk-1(n-1-(t-1)k) 三、將n個方塊堆成k柱排法Tk(n)種,共S(n)種 (一) T1(n)=1, T2(n)=[n-1/2] 。 (二) 從圖形解釋Tk(n)=Tk(n-k)+Tk-1(n-k)+Tk-2(n-k)+...+Tk-t+1(n-k),每柱取走1個: 最低柱為大於1層時,剩n-k個堆成k柱,排法Tk(n-k)種 最低柱為1層且有t-1柱,剩n-k個堆成k-t+1柱,排法Tk-t+1(n-k) (三) Tk(n)降為少於k柱關係式 Tk(n)=[Tk-1(n-k)+Tk-2(n-k)+...+Tk-t+1(n-k)]+[Tk-1(n-2k)+Tk-2(n-2k)+...+Tk-t+1(n-2k)]+...+[Tk-1(n-rk)+Tk-2(n-rk)+...+Tk-t+1(n-rk)] (四) 新發現S(n)數列。

嚴肅甜心

「SET ! 你收集到幾組SET?」 本研究透過桌遊SET牌的研究,利用數學窮舉法和數學計算,探討SET牌桌遊遊戲中的奧祕。研究結果如下:一、SET牌由81張不同的牌所組成;二、至少發21張牌,一定會出現SET;三、利用我們找出的「關鍵密碼」,可以輕易將81張SET牌,拆解成27組SET;四、一副81張的SET牌,可以湊出1080組不同的SET。根據SET牌的四個屬性(顏色、數量、填充、形狀),每個屬性代表一個空間,我們將其想像成散布的四度空間的81個點,這81個點,每三個點連成一線,即是一組SET。81個SET點交織出1080條美麗的線段,即是屬於SET牌的數學美麗形體

「透」得快又多,真正「補」得「注」

我們以「大潮州人工湖」為起點,探討地層透水性的相關問題。實驗的地層分為「分層堆疊」和「混合堆疊」,地層組成物質泥、沙、石的比例有「1:1:1」、「1:1:2」、「1:2:3」、「2:1:1」、「3:2:1」5 種,實驗結果顯示「分層堆疊」是以泥、沙、石比例為「1:2:3」的透水速率最快、透水量最多;「混合堆疊」則是比例為「1:1:2」和「1:2:3」的透水速率最快,透水量也非常多,這和「大潮州人工湖」的選址想法相符合。泥、沙、石比例是「3:2:1」以及「2:1:1」的地層透水速率相當慢,說明地表泥層很厚的地區遭逢暴雨時,水來不及滲透和宣洩會造成水患,超抽地下水引起地層下陷又讓問題雪上加霜。

石蓮營養繁殖的探索

石蓮是一種CAM植物,與C3或C4型植物相較,CAM植物對於水分、二氧化碳的利用及光合作用都有獨特的方式。本研究透過對這些光合作用的因子,以及植物激素、基質等因素,探討它們對於石蓮葉營養繁殖的影響。經過各項實驗後,發現石蓮葉片處在多水的環境、正常光照的環境或是施予低濃度的GA溶液都有助於發芽生長。反之,高濃度的二氧化碳和乙烯對於石蓮的萌芽過程,是有抑制作用。若以培養土代替泥土作為栽種石蓮的基質,也有助於幼芽的發展。此外,在葉片上若有些小缺陷,是不足以妨礙石蓮的發芽生長,但是如果已有大面積的缺損,還是會阻礙它營養繁殖的功用。同時,我們也依據上述的結果提出一些石蓮栽種的建議。

玩顏色調溫度

面對地球暖化及夏天的炎熱,除了開冷氣,有沒有其他方式可以降溫呢?我們以三個研究過程來了解顏色與溫度上升間的關係,首先我們以紅外線溫度計實測學校球場和跑道,得知相同材質但不同顏色的地面,在陽光曝曬下溫度確實有差異。緊接著我們進行以紅外線溫度計量測各種常見顏色及同色系不同明亮度的紙張,得知顏色色相及明亮度與溫度變化有顯著的相關性。最後我們以各種顏色及同色系不同明亮度的紙張密封保麗龍盒頂部,模擬觀測太陽曝曬下室內溫度的變化,並自製氣體溫度計用於量測密閉空間中的溫度變化,得知密閉保麗龍盒內部溫度變化與其頂部密封紙張的色彩色相及明亮度均呈現顯著的相關性。

揭開月姑娘白天神秘的面紗

白天什麼時候看得到月亮?依本團隊研究,得到兩點結論: 一、翰林版教師手冊第24頁有兩點敘述有爭議: (一)同一天中,不可能早上、下午都可以看到月亮。說法錯誤。 (二)白天可以見到月亮的日期大約為農曆初四至十日的下午、農曆廿日至廿五日的上午。說法模糊。 二、只要在藍天的好天氣,除了以下幾種情形外,白天在月亮已經上升,尚未落下的情形下,都可以看得到月亮。 (一)月亮剛升起約1小時以內,因為角度很低,被建築物擋住,可能看不到月亮。 (二)月亮太陽夾角小於40° 時,因為太陽附近會受太陽光影響形成白色光冪,可能看不到月亮。 (三)月亮即將落下之最後2小時內,因為西邊形成的灰色光冪,可能看不到月亮。

「溫」暖我心,「泉」靠你行?!

不同溫泉的礦物質、酸鹼性不同。火山溫泉的熱源為岩漿,溫泉多為酸性。礁溪溫泉為板塊運動引發高溫加熱地下水而成,呈弱鹼性,主成分為碳酸氫鈉。 採集大屯山區、礁溪溫泉種植綠豆和空心菜,發現火山地區酸性溫泉不利植物生長,pH值接近中性(弱鹼或弱酸)的溫泉對植物影響較少,有些情況用自來水種的植物甚至長得較好。 空心菜為礁溪農特產品,經過實地勘查、訪談農夫和種植實驗,發現空心菜生長與品種、水溫的關聯較大:礁溪空心菜長得好,除了與較溫暖的水溫有關,也與當地特別品種有關。以溫泉澆灌時,濃度不能太高,否則反而逐漸枯萎,所以酸鹼值接近中性的溫泉能讓蔬菜長得較好,而適當溫度與礦物質濃度經稀釋的溫泉,更有利於植物生長。