理化科

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）。

本實驗在探討密度大於 1 的球體，使其沉入靜水中，當以不同流速的水流下沖小球時，量測小球上浮的速度、上浮高度及上浮起動時間。我們將實驗分成三大部分，第一部分為探討水流下靜水沉物上浮的機制，藉以了解水流的流動與球體上浮之間的關係。第二部份探討容器的大小及高度對靜水沉物上浮的影響。我們發現在容器口徑大小、高度不同的情況下，小球上浮的狀況均不同。同時發現水流流速亦會影響小球上浮的快慢，因此我們設計了第三個部份的實驗。實驗過程中，我們用數位攝影的方式拍下實驗的整個過程，並利用電腦擷取記錄小球上浮的時間及上浮高度，以避免人為操作紀錄的誤差。

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。

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。

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

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 ﹪。

我們對『磁浮列車』、『磁煞車』一直都非常感興趣，也知道電磁感應的原理，但是無法親眼看到總是覺得有些虛幻不切實，『磁』真能有那麼大的力量嗎？老師告訴我們科展有相關的作品可以參考，但是他們都是做「自由落體」情境下的磁浮現象，這在日常生活中不太容易體會，我們的活動都是在平面或斜面上呀！因此我們決定研究磁珠在斜面上運動時的變化，讓眼睛可以看得到電磁感應的影響，再進一步改造滑車設計並利用打點計時器紀錄運動軌跡以模擬並了解『磁煞車』的效果！我們利用數位錄影機拍攝磁珠在非鐵金屬管中運動情形，再運用會聲會影編輯程式分析其運動情形，以了解磁珠在不同金屬管中感應生成的渦電流強弱，實驗發現導電性較好的紅銅管，對磁珠所造成的磁阻較明顯。磁珠磁場愈強、金屬管口徑愈小、長度越短，皆利於渦電流產生，而金屬管的傾斜角度越大，磁珠滾動速度加快，也會使感應產生的渦電流變大；磁珠在凹槽鋁條上滾動時，也有減速的現象，顯示非封閉式金屬管也會有感應電流的產生，而且磁珠最後以接近等速度的運動形式滾下；最特別的是，磁珠在不對稱的L 型鋁條上運動時呈現不規則的弧狀或旋轉軌跡，使磁珠的運動速度特別慢。最後，利用渦電流磁阻效應原理設計台車的煞車系統，用打點計時器紀錄運動軌跡，再分析其運動情形製成圖表，發現的確具有減速效果，但因時間不足尚有部分實驗須再補充以得到更具體的數據。

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。