理化科

八上自然與生活科技 65 節，曾簡單介紹金屬的熱膨脹，?了進一步研究這課題，我們組裝偵測熱膨脹的儀器，並希望儀器的靈敏度高，能推廣為教學器材，經過我們不斷努力與改良，終於有了令人愉悅的成果。 自製第四代熱膨脹儀的結構如圖 1，設計「角尺懸吊金屬棒」與「滾針及鏡面反射」是儀器的重要部份，利用滾針旋轉及鏡面反射雷射光，加乘放大熱膨脹的微量變化，這是我們主要的創意，以公厘（mm）為測量單位，儀器的精確值到小數第四位。 利用自製的熱膨脹儀，探討金屬熱膨脹的影響因素。分析實驗所得數據，平均相對偏差在 1.0~1.8﹪，而線膨脹係數的相對誤差約-1.1~ -4.0 ﹪。

依據我們現在所讀的國中自然與生活科技教材內容「氧氣製造及反應速率」，研發出一個緊急供給氧氣的裝置，來幫助逃生。透過不同氧氣製造的實驗，利用排水集氣法量測產生氧氣的流量，尋找最快速產生氧氣的方法。依據實驗結果，我們發現利用雙氧水加二氧化錳做催化劑，所得到氧氣的成效最好。因二氧化錳在一般家庭中不易取得，我們又從實驗中發現從冰箱中容易取得的紅蘿蔔丁做為催化劑，也可以快速的產生氧氣。又經稀釋水質與容器材料的測試，最後我們依照上述有利條件，組裝了一個可隨身攜帶的簡易氧氣製造裝備，當緊急需要氧氣時，隨時可以派上用場。

實驗的重點在「一氧化碳的去除效果」上面，經實驗與分析數據，得到以下結論： 一、在含有CO的密閉空間中，放入2wt%的NaHCO3水溶液，CO的減少比例可達40％以上。 二、在 CO 含量較多的密閉空間中，2wt%的檸檬酸鈉水溶液去除CO 的比例可達47.41％。 三、檸檬原汁稀釋成 5wt%檸檬汁水溶液，在CO含量較多的密閉空間中去除CO的比例為 43.53％，效果較同屬酸性、濃度2wt%、5wt%及40wt%的CH3COOH水溶液好。四、在含有CO 的密閉空間中，放入酸度40 的純糯米醋，CO 的減少比例為30.29％到40.29 ％間，且該溶液在去除CO 之後，pH 值的變化率僅在0.57％到0.68％間，表示溶液的持久性跟耐受度極高。 五、每年冬天，常發生「一氧化碳中毒，造成多人死傷」的意外事件，希望學生的發現：『2wt% 的NaHCO3水溶液、2wt%的檸檬酸鈉水溶液及酸度40 的純糯米醋能有效減少密閉空間中 CO的含量』，能夠減少這類意外事件的發生。

將大小不同的顆粒放入容器中，一般而言經過搖動後大顆粒會浮出，我們發現上寬下窄的容器經上下搖動，大顆粒則會下降。而當浮出物顆粒較大、密度較小時，浮出速率較快。將米和沙分佈在一個長條軌道上，左右搖動，會出現一節一節的分離現象，每ㄧ節中的排列則是細沙在中間，粗沙在其兩側，米粒分佈在最外層，整體像疏密波一樣，也是顆粒對流作用的結果，且依搖動的振幅不同，所產生的節數也有所不同。

7-11 便利商店所贈送Hello Kitty3D 磁鐵的影像會依旋轉角度而成為動態的影像，很吸引我們的注意，和老師討 論之後，我們很想知道光折射原理如何在 HelloKitty3D 磁鐵上面運作著。因此我們收集這些磁鐵，拆解它們加以觀察，努力 的收集資料，然後以圓玻璃棒設計實驗來實現各種圖形的變化，並測出入射角、折射角，再計算出折射率，和查得玻璃的折射 率對照，以驗證實驗方法的對錯。希望能由此研究，可延伸出作為一簡易的 測量透明物質折射 率工具及方法。以我們的實驗方法教同學們用此過程來製作動態的影象，吸引同學們能將理化融入生活中而學以致用，並創意的用為家裡 的裝置藝術；必能在應用時能更明白光學原 理，了解以「學中做，做中學」為學習理化的最佳方式。

爬樹猴為一鐵絲彎成的梯形框框，四個角彎成小圓圈，串過繩子後將繩子上端固定在吊架上，交替拉繩子下端可使爬樹猴上升。本實驗主要目的在研究爬樹猴爬升的原理，並探討影響步幅及負重能力的因素。實驗發現爬樹猴藉著扭轉身體而改變摩擦力，左右兩邊輪流當支點，另一邊則順著繩子向上滑動。實驗中意外發現吊架扮演著重要而有趣的角色，使用固定吊架或活動吊架竟然使爬樹猴上移的過程相反。深入研究之後，發現繩子的彈性及猴子的形狀都扮演著非常更重要的角色。

我們知道廢電池中由於含有多種重金屬，如果不加以回收處理，容易於環境中流佈，並間接為人體所吸收，而重金屬是無法經由人體代謝排出體外的，所以經年累月經生物濃縮作用，便可能發生重金屬中毒事件。因此本實驗ㄧ特地探討廢電池對生物體的影響，來證明廢電池對生物體所帶來的立即危害及妨礙生長的情形。實驗二針對廢電池的電力在生做初步探討，目的再於研究讓沒電的電池增加電力，雖然實用性不足但卻具有實驗意義。實驗三特別針對廢電池的組成物質尋找回收再利用的方法，並且充分利用在國中教學的課程中，以達到回收在利用的目的。尋求做好所有廢電池的回收，大家原就應當責無旁貸，尤其是含有水銀及鎘的乾電池，更是務必要加以回收，本主題刻意凸顯廢電池危害環境及回收利用的重要性，希望國人養成回收電池的好習慣，其實「養成良好的回收習慣」就是表達對環境最大的善意了。

利用電解質水溶液的導電電流大小來判定酸鹼中和的當量點。研究過程中發現若未固定碳棒面積，則影響導電電流大小的因素有加入已知濃度酸（或鹼）的量以及碳棒的接觸面積。於是我們改良實驗裝置將碳棒面積固定，發現所得結果與酸鹼指示劑比較，更能精確判定當量點，且準確度與pH儀相似。我們也探討兩極深度、兩極距離、外加電壓對導電電流的影響，以及不同濃度和不同種類的酸鹼中和對實驗結果的影響。最後，由於酸鹼中和是放熱反應，我們也利用水溶液的溫度變化來測量酸鹼中和的當量點。

本實驗以簡單之設備探討出最佳電解產氫速率條件，經實驗發現：不鏽鋼做為電極之效果比碳棒好、電極形狀以能與水溶液接觸面積愈大愈好，我們以不鏽鋼線捲成花捲狀作為電極效果最好、氫氧化鈉水溶液濃度在小於0.7M時，濃度愈大電解速率愈快，超過0.7M時不再增快，因此0.7M氫氧化鈉水溶液最佳、另外我們也發現電壓愈大電解速率也愈快、而溫度的影響則是?度愈高速率愈快，溫度每升高10℃電解速率增加效率約10％、最後我們在電極旁外加磁場，發現會造成電解速率變慢。

本研究透由一系列的實驗，研究不同的食品、藥品及溫度對草酸鈣沉澱的影響。我們發現鈣的沉澱量大於鎂的沉澱量。豆腐和菠菜的鈣及草酸濃度低於以化學藥品配的鈣及草酸，故以化學藥品配的鈣及草酸，沉澱量較多。加熱至 90℃以上，可以防止草酸與鈣結合形成草酸鈣。