理化科

一、風洞資料搜集及理論探討。二、簡易風洞設計製作。三、利用簡易風洞測試各式機翼模型在風洞中各種攻角受力狀況。四、風洞實驗發現：各式機翼在攻角 50 度有最大升力、同一攻角各式機翼升力大小無明顯差異。判斷攻角影響大於機翼形式。五、紙飛機機翼上下並無明顯長度差、飛行特技表演倒飛，用白努力原理似乎無法解釋？六、從機翼風洞實驗觀察分析我們判斷：空氣反作用力是提供紙飛機滑翔所需升力的主要力量。七、空氣動力理論分析，影響紙飛機滑翔的可能因素還有：重心位置、初速仰角、機翼面積。八、製作紙飛機發射器、重心測量器，來測試重心位置、初速仰角、紙飛機材料（單位面積重量）、機翼面積大小對紙飛機飛行的影響。

2H2O(l) → 2H2(g) ＋ O2(g)是電解水實驗的化學反應式，而電解水時產生的氫氣與氧氣的體積比一如化學反應式中氫氣與氧氣的係數比為2：1；又課本上說兩電極的距離愈近，產生氣泡的速率愈大；以及除了迴紋針之外，是否還有其他更適合的材料能作為電極；本次實驗即針對以上三個實驗方向作進一步的研究。

當物質受熱時，內部會因為溫度升高而使分子振動得更快，分子間的距離變大，使得物質膨脹。當溫度下降時，物質內部分子振動得較慢，分子間的距離變小，使得物質收縮。大多數物質，包括固體、液體及氣體都具有熱脹冷縮的特性，以同體積而言，氣體膨脹最大，液體次之，固體最少。少數的特殊例子：水在一般狀況下也是熱脹冷縮，但在溫度從4℃到0℃時，卻是遇熱收縮，遇冷膨脹，即「冷脹熱縮」，這個奇妙的特性在大自然界中扮演很重要的角色。冬天時，當戶外氣溫低至0℃以下時，湖水結冰、體積冷脹、密度變小，即結冰的湖水比水的密度要小，所以，浮在水面上，使整個水面結冰，冰面下的水仍會保持一定的水溫，使得生活在水中的生物得以過冬。水是冷脹熱縮嗎?這樣說其實並不正確喔！水在4℃以上，都是熱脹冷縮的，但在4℃以下，因為要準備結冰，體積會慢慢的開始隨溫度下降而膨脹(熱縮冷脹)，在人的日常生活中，也有很多溶液具熱脹冷縮的特性。

重金屬離子具高毒性，是水汙染的檢測重點。一般檢測單位常以昂貴儀器進行測定，未配備貴重儀器的實驗室則常藉重金屬陽離子與某些陰離子生成沉澱反應或重金屬陽離子與某些錯合劑生成錯離子反應的方式來測定，但這些化學分析方法操作步驟繁複困難且均須於實驗室中進行。本研究基本上以重金屬陽離子生成有色的沉澱反應及有色的錯離子形成反應為基礎，研發出檢測試紙。利用重金屬檢測試紙的顯色，簡單快速地分析出水溶液中的重金屬離子種類，成為可攜帶、可在實驗室外操作特性的重金屬定性試紙。本研究並依據實驗結果，歸納出Fe3+、Cu2+、Ni2+、Ag+、Mn2+、Hg2+、Co2+等七種重金屬離子的檢測流程，並可利用多種檢測試紙來測試同一種重金屬離子，更提昇了鑑別的準確度。

在製作食鹽結晶的過程中，我們發現到每一個大的食鹽晶體，中間都會有一道X 形的溝槽，為什麼會有如此奇特的現象呢?引起我們極大的興趣，於是我們前去請教老師，展開了發現之旅。 一. 記錄飽和食鹽水在各種不同條件下形成結晶的圖形 用培養皿的裝的食鹽水，不論是粗鹽，精鹽，也不管是用蒸餾水或自來水去泡，都有X 出現，其中的差別在於結晶周圍的白色比例多寡不同。 二. 加入不同物質，記錄各種結晶的形狀 加入海水中常見的鹽類，探討對食鹽結晶的影響。氯化鎂加入之後，結晶的X 溝槽偏離中心，這與氯化鈣非常類似，可見氯化鈣與氯化鎂一定有一個共通的性質會影響食鹽結晶的X 形狀。進一步推論， 氯化鈣是乾燥劑的原料，有很強的吸水性，氯化鎂也是，所以培養皿中，總是留有少許的水分，放了兩三個月還是濕濕的。是不是吸水性會改變水的某些性質，如表面張力等因素呢 ?於是針對表面張力的因素，再做進一步討論。 三. 找出食鹽水的表面張力結晶形狀的關係 在食鹽水中加了酒精，丙酮會降低表面張力。降低表面張力之後，X 的溝槽較不明顯了。要了解表面張力作用的情形，才能解開X 之謎，於是直接觀察水滴在不同大小的食鹽結晶周圍所形成的水膜，由水膜的結果發現，結晶太薄，表面張力不明顯，不會有X，結晶太大，表面張力到達極限，X 就終止。接著再量X 中心點的凹陷情形，發現表面張力越大，凹陷越深。 四.控制變因找出食鹽X 檔案 在密閉塑膠盒中裝入乾燥的氯化鎂，可控制水的蒸發速率，蒸發速率較慢時，食鹽分子有充裕的時間到正確的位置形成完美的結晶。較深的水，壓力較大，食鹽周圍不易形成水膜，所以X 就無法繼續長大了。綜合以上結果，食鹽結晶的過程，先在底部長出正方形的薄片，隨著厚度的增加，表面形成凸起的水膜，水膜與正方體上方接觸的四個邊，因為深度最小，最易形成結晶，所以結晶會由四個邊往上長，形成中央陷落的X 形狀。當結晶夠大時，水膜的大小相對於結晶就顯得微小，所以X 不再長大，循正常的方式繼續結晶下去。

「力」是生活中不可或缺的，有:摩擦力、拉力、彈力……。藉由「懸崖勒馬」這個實驗，探討這些力對我們的作用與關係。我們以改變重量、接觸面、下壓重量等因素，來探討此實驗。紙馬前進的原理是利用最大靜摩擦力，當水平施力大於最大靜摩擦力時，紙馬就會前進，但不會變成滑動，是因為馬腳受彈力位能緩衝所致。影響紙馬步距的因素是最大靜摩擦力，最大靜摩擦力越大，則腳的彈力就越大，彈出的幅度就會加大，因此步距就會加大。馬停止時與桌緣的距離受步距的影響，若要縮小與桌緣的距離，則拉力不能太大，必須實際實驗或利用試算表來試算，才能得到最佳值。

「澱粉加碘液會呈現藍黑色」，真的是如此嗎？本研究以碘液去測定(1)生的澱粉類食物 (2)熟的澱粉類食物 (3)少量的澱粉粉末 (4)生的澱粉液 (5)水煮後澱粉液 (6)離心後澄清液 (7)生的澱粉類食物之搗碎物及汁液 (8)熟的澱粉類食物之水煮液。結果發現澱粉中會呈現藍色的關鍵成分(直鏈澱粉)，經水煮會溶於水中，所以碘液加在澱粉類食物的水煮液、水煮後澱粉液、離心後澄清液中，都會明顯出現藍黑色(或藍色)。我們也測出藍色的最大吸光度波長是 620nm，在這條件下測定樣品吸光度的大小，做為樣品顏色深淺的指標。此外，澱粉煮沸時間愈久，吸光度反而愈低，澱粉只要加 80℃的熱水，就可得到最大的吸光度，此結果最後由顯微鏡觀察澱粉粒的狀態而得到證實。

本實驗使用日常生活中隨時能找到的硬幣與金屬和一些電解質，希望能做到點亮燈泡的目的。經由先導試驗的電極材料測試選擇後，以銅、鋁作為陰極和陽極，廚房紙巾承載電解質，利用三用電錶測量多種電解質製成電池之電壓與電流。系統化地測量後，找出其中最安全、最具經濟效益的電池組，加以串聯點亮燈泡。一、本實驗發現：(一) 電池電壓的大小隨電極材料而改變；(二) 電池電流量的大小與電極面積、電解質濃度、電解液厚度、電解質種類有關係；(三) 硫酸和鹽水是最具經濟效益的電解質，其中又以鹽水為最安全與最容易取得的電解質；(四) 電池串聯時，電壓能夠累計；(五) 緊密度影響毛細現象。二、本實驗成功製作出能夠驅動小型電器的電池，並能持久使用。

我們拿市面販售的可樂及零卡可樂做實驗，觀察它對牙齒的侵蝕性。以牙齒主要成分磷酸鈣模擬牙齒，並以可樂中最主要的化學成分：磷酸、檸檬酸、檸檬酸鈉、碳酸氫鈉等藥品來研究其對牙齒的侵蝕性。發現單一藥品侵蝕量以檸檬酸佔最多的侵蝕量，混合檸檬酸鈉時，會減少對磷酸鈣的侵蝕，?減少可樂對牙齒的侵蝕，在可樂中加入食鹽，發現食鹽也會降低可樂對牙齒的侵蝕、令人驚奇的是，零卡可樂對牙齒和磷酸鈣的侵蝕量比有糖可樂多。由於牙齒蛀牙，也和口腔中牙菌斑有關，為進一步了解可樂對牙齒侵蝕與蛀牙的影響，利用可樂與零卡可樂培養基培養牙菌斑，零卡可樂較可樂易滋生更多牙菌斑，由實驗結果顯示，我們推測零卡可樂更易導致侵蝕與蛀牙，顛覆以往認為含糖可樂可能導致牙齒侵蝕較多，容易導致蛀牙的想法。

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。