理化科

利用生活週遭的簡易器材，製做出簡易的風力發電機，觀察電磁感應的現象。做法：使用一般的十四吋風扇可產生四級到五級的風力，吹拂削刨出翼形剖面的四片木片，可產生最大的旋轉效果。將強力磁鐵固定在壓克力的轉軸上，外圍以0.8mm的雙份六層漆包線，放置在與磁鐵的最近的距離，製作三組磁鐵及線圈裝置，可讓風力發電機產生較大的感應電壓及電流。尋找理想的參數條件，設計出小型的風力發電機，觀察到明顯的交流電的變化。

利用科展的機會，以鋅銅電池為主題設計變因，使鋅銅電池更多樣化，探討何種變因時電\r 壓電流最大，並運用日常生活中。\r 將0.1M 硫酸銅硫酸鋅裝入燒杯，硝酸鉀溶液當鹽橋連接燒杯，以此為基準，改變變因：\r （1）封口材質及棉花質量 （2）鹽橋數量、長短、粗細與電極距離\r （3）硫酸銅、硫酸鋅的濃度、溫度 （4）電極種類、面積\r （5）水位、燒杯高度 （6）光源\r （7）溶液果凍化 （8）改變電解質\r 逐項觀察紀錄。實驗結果歸納下列情況，產生電流大於1mA：\r （1）鹽橋內溶液濃度大於1.0M （2）鹽橋4 支以上\r （3）硫酸銅、硫酸鋅濃度大於1.0M（4）光源照射\r 為使科展更貼近生活，將生活常見溶液融入鋅銅電池，設計以下實驗：\r （1）以生活溶液為電解質 （2）以生活溶液為鹽橋\r 結果發現：以上實驗溶液為水管疏通劑時，電流大，甚至達數百倍!由此結果推斷溶液為\r 強電解質，可增強電流，使鋅銅電池實用性大增。\r 透過實驗，了解哪些變因可影響實驗結果，由燈泡發光及馬達轉動證明鋅銅電池能運用於\r 生活中。

本研究的主要目的在於探討不同的電極材料在電解水實驗中之影響，透過「複式顯微鏡＋數位相機」（我們稱之為「顯微攝影法」）清楚地將電解反應前後的電極表面情形觀察清楚與紀錄，並歸納所學物質的物性與化性，以了解電解水的正負極氣體產量體積比，從而試圖找出電解水時，符合理論值正負極氣體體積比為1：2 的反應條件。 綜合研究結果，在本研究的實驗設計下，所探討出的用來電解水時，欲達到符合理論值正負極氣體體積比「氧氣：氫氣＝1：2」的最佳反應條件如下： 一、輸入直流電壓值＝9 伏特（最好電源供應器較穩定）。 二、使用「不鏽鋼」電極（正負極相同）時：在﹝NaOH﹞＝0.5M。使用「碳棒」電極（正負極相同）時：在﹝H2SO4﹞＝0.5M。 三、其它控制變因的條件：兩電極距 3cm、兩電極面積均同、兩電極與外接銅線須絕緣（可用AB 膠效果最好，其它像快乾膠、Silicone、絕緣膠帶，我們試過都不好用）。

在購買柳丁時要挑選什麼樣外觀或特性的柳丁才會比較甜呢？本研究取二十顆柳丁觀察其外觀特性，先分析出九種外顯因子 (重量、體積、密度、外皮厚度、外表顏色、底部圓度、外皮光滑度、果肉多汁性、酸度)，最後以可測量性及可分辨性決定其中六種 (重量、體積、密度、外皮厚度、外表顏色、底部圓度)。再取九十顆柳丁測量其外顯因子及相對甜度，並分析這六種外顯因子與甜度的關係，初步結果顯示外表顏色及底部圓度與甜度有正向關係。本實驗採用自製糖度測試器，來測量柳丁之相對甜度，並以蔗糖重量百分濃度溶液(Brix 0％、5％、10％、15％、20％)校正糖度測試器，取得標準溶液與測量值之對照關係。並另取一百四十四顆柳丁測量其外顯因子及對照甜度，來驗證初步結果，此時並增加一個新的因子─擺放時間。研究結果顯示：一、柳丁甜度與其密度、外皮厚度之間並沒有絕對的關係。二、重量、體積與柳丁甜度關係不明顯，而同批柳丁愈重愈大較甜，但太大又不甜了。三、同批柳丁外表顏色愈黃愈甜。四、同批柳丁底部圓度愈明顯愈甜。五、同批柳丁採後擺放時間愈長愈甜。

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。

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 ﹪。

從網路新聞中得知，如果長期喝重覆煮沸的水，對身體健康恐會造成不良影響(參考資料一)。主要的原因是自來水裡面的硝酸鹽會因為重覆煮沸而轉變成對身體有害的亞硝酸鹽。為了證明硝酸鹽在煮沸的水中是否容易轉變成亞硝酸鹽，我們自行設計實驗證明之，並利用所學自然科學知識解決生活中所遇到的問題。在研究的方法上，我們利用普通的材料，組裝簡單儀器來測量亞硝酸鹽的生成速率，過程容易操作、且富趣味性。從本研究的結果中，我們瞭解到硝酸鉀在沸騰的水中要轉變成亞硝酸鹽其實沒有想像中容易；另一方面，硝酸鉀溶液照射太陽光反而有助於亞硝酸鉀的生成，推測太陽光中的紫外光可能有助於硝酸鹽轉變成亞硝酸鹽。

本實驗是利用極性分子的電偶極矩(p)在不均勻電場中，受到淨力不為零的原理，自製造成水平方向均勻與不均勻電場(變化率?E/?x 固定)的裝置，探討一些極性不同的液體在均勻電場與不均勻電場作用下，利用滴定管滴下，測量其在電場與重力作用下，自由落下相同高度後的側位移，探討側位移與極性的關係，由我們的實驗結果顯示，極性物質在均勻電場中因受合力幾乎為零，無法產生明顯的側偏移。在不均勻(變化率固定)電場作用下，極性不同的液體其側偏移與分子極性呈現一定的相關性，幾近正相關，且重複多次均得到相同的結果。所以，推論應可由此方式得知液態極性物質的分子極性強度

以國中理化課本常見的製備CO2為起點，用電子天平量化反應過程（研究一），比照運動學設計簡易數據分析的方法，動態追蹤CO2生成速率對時間的關係（研究二），並以pH 計追蹤pH 值變化對時間的關係（研究三），再以斜率處理方法，利用運動學分析方法分析RCO2 對應[H＋]的關係，並進一步分計算起始反應速率，比較不同[H＋]的實驗中下，[H＋] 對RCO2 的影響（研究四）。 在研究二三四的基礎下，試著用數學中對數的觀念及作圖法，計算R = K[H＋]n（研究五）；有別於RCO2的實驗方法，也求出RH+與[H+]的關係式 R=K[H+]n（研究六），最後以真實數據套入不同方法作出的RH+三反應速率方程式作比較 (研究七)。期待能以簡單易懂的分析法，做出完整深入且具有價值的研究。

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。