全國中小學科展

佳作

生物分解新主張,污水處理有一套

本研究以自行設計的滴濾池培養厭氧污泥,提供厭氧菌硝酸鹽將其脫氮氨後,再回流至上流式厭氧污泥床(UASB),結合三相分離器,利用回收沼氣,增加污泥浮除效果,並結合喜氧設備與生物膜分解方式,改善污水出流 COD、BOD 、TKN(總凱氏氮)、氨氮等問題。本研究實驗分兩階段,探討不同種類污水對系統之影響。第一段實驗配置廢水主要添加丙烯晴當氨氮及有機氮來源,因具有生物毒性,在未經丙烯晴馴化的厭氧污泥處理時,COD去除能力只維持20-21%,第二段實驗配製廢水主要添加尿素當氨氮及有機氮來源,因尿素為生物營養源,對生物增生具有加值效果,經馴化後UASB槽出流COD為420-400PPM去除率已達60%-62%,經固定床處理後廢水COD明顯下降80PPM以下系統COD總去除率92-95%,TKN(總凱氏氮)去除率74%。

利用石墨烯、廢油、及回收保麗龍,製作環保導電油墨

本研究探討利用過期廢油及保麗龍,配合導電導熱性優異的石墨烯粉末,製作環保導電油墨。研究動機在於將過期廢油與保麗龍進行二次利用,發展新科技產品。石墨烯方面,我們比較三種粉末,評估次級品或下腳料的可用性。 本研究分為五部分,第一、二部分探討石墨烯的結晶物性,元素組成及粉末的微觀片狀形態。第三部分探討石墨烯粉末的導電性與其片狀形態之關聯性。第四部分探討廢油是否能與石墨烯相結合,測試石墨烯的吸油度,第五部分我們嘗試自製導電油墨,利用廢油混合石墨烯粉末,同時也利用保麗龍及適當溶劑,調製成溶液作為稀釋及成膜劑。初步我們已成功得到性能不錯的導電塗膜,並自己組裝電路,由燈泡亮度展示塗膜的導電性。

收放自如~實驗探討線軸展開或捲縮的條件

生活中發現線軸會因拉線角度的不同而收放自如,此現象激起了想探究的決心。我們初步發現線軸在不同變因下會有一個特定的臨界角θc而改變其滾動方向,因此本組選擇了拉力大小、線軸重量、線軸內外徑比值及不同接觸面性質(靜摩擦係數)作為實驗的四種變因,並設計了「線軸收放儀器」來進行實驗探討。為了精確測量臨界角,實驗時儀器中的粗調裝置是利用螺帽固定螺旋桿以大範圍調整定滑輪的升降高度,微調則利用指針帶動螺旋桿轉動角度來微調定滑輪的升降,將實驗過程攝影記錄,並再利用Tracker分析物體改變滾動方向時的臨界角。實驗顯示,影響線軸滾動方向的臨界角大小,和線軸之拉力大小、線軸重量及接觸面性質皆無關,只和線軸內外徑的比值有關,即cos ⁡ θc=r/R。

有其母不有其子─探討虎尾蘭彩斑遺傳

無性繁殖在農業和園藝上廣泛使用,因此繁殖法可以大量繁殖且保留母株的性狀。在本次研究中,我們以常見的觀葉植物-金邊虎尾蘭(Sansevieria trifasciata var. laurentii)為實驗材料,並以其常用的無性繁殖法(地下莖繁殖、葉插繁殖以及組織培養)進行繁殖,結果顯示當以葉插為實驗組時,子株性狀竟與母株不同,不帶有金邊的性狀(如圖四)。另外也發現,由芽點處長出的子株(定芽)會與母株性狀完全相同。而進行葉錠浮沉實驗、葉肉組織切片觀察以及光合色素色層析實驗之後,我們推論,金邊葉肉組織因為不具有葉綠素,故養分供給不足,再生能力差,而造成葉插繁殖時,金邊斑葉性狀消失的情形。

土石流不流-從清水溪土石流成因踏查、雨量計改良到簡易預警裝置的研究

夏天常見土石流,想研究成因及預警裝置,以減少災害。 我們發現該區具下列特徵:坡度陡,土質主為砂岩,植物以草本及淺根木本為主,離斷層帶五公里內,常有人為施作,雨量集中。 把雨量計的儲水筒改良成儲水、雨量兩用筒,設計兩半圓保麗龍夾磁鐵成浮標置於筒內;指標磁鐵置於筒外,當收集雨水後,指標磁鐵會指在某刻線上,使測雨水方式更簡便精準,頗具創意。 簡易土石流警報裝置,精算調控漏水面積,使儲雨量加調控漏雨量等於警戒雨量,利用常見的臉盆加蜂鳴器及校正過的規律漏水設計,若水位達警戒值時,導電浮板碰觸上緣導絕導板、雙半圓導線即形成通路,使蜂鳴器鳴叫,達到預警效果,其中第三代最優,可推廣到好發土石流區一般家庭使用。

科學「化」面:古典顯影的秘密

本研究針對六種古典顯影法(藍曬、凡戴克棕、鐵鹽印相、鹽印、吉利丁鹽印、蛋白印相法),依不同變因(紙張、感光劑濃度、水洗溫度、調色法),探討各顯影法的色階顯影範圍、明暗對比度與細節。結果發現不同顯影法擅長的顯影範圍、清晰度、與明暗對比不同;其中藍曬法擅長暗部顯影,凡戴克棕法則在亮部表現出色,鐵鹽印相法、蛋白印相法則是所有顯影法中,最能夠均勻表現所有色彩的顯影法。紙張與感光劑濃度對顯影結果的亮度與對比有明顯影響,而水洗溫度與調色法則是對顯影結果的清晰度與色調帶來改變。本研究最終彙整出一「古典顯影指南」,作為化學與藝術對話的參考指引,讓現代照片透過手工方式展現昔日的懷舊風格與藝術價值。

酸溜溜的滋味-探討酸鹼度對封閉水域莫氏樹蛙蝌蚪的影響

本文以山林間利用蓄水池或小池塘等封閉水體繁殖的莫氏樹蛙為對象,探討酸鹼值對莫氏樹蛙蝌蚪的影響。發現:(1)在野外被莫氏樹蛙使用的水池酸鹼值範圍很廣,可從pH 4~10;(2)蝌蚪在中性水體中的上浮呼吸次數最少,顯示此時代謝最慢,鹼性水體中蝌蚪上浮呼吸明顯增加;(3)蝌蚪在中性水體中的移動次數最少,偏離中性時活動次數增加,造成無謂的能量消耗;(4)使用酸鹼值梯度之水槽來檢視,發現在可選擇時,蝌蚪偏好中性,即使活動範圍可從pH3~10;最後(5)當蝌蚪生活在不同酸鹼值下,成長發育並沒有負面影響,甚至在些微偏離中性時表現得更好,顯示pH 5~9是可忍受的範圍。故本研究推測莫氏樹蛙的酸鹼容忍範圍在pH 4~10,且在 pH 5~9仍維持成長及發育的最佳表現。

自製人影日晷

本研究的主題是自己製作一個投影日晷,以人為晷針,藉由人影來觀察時間。一開始我們透過網路尋找人影日晷的製作方式,得知投影日晷就是赤道型日晷在地面上的投影的重要觀念(參考資料一)。再來透過網路我們學到橢圓形作圖的方式,一旦決定長短軸的長度,就可以運用這種橢圓作圖法(參考資料二),來畫出橢圓形外圈的時間刻度(一半的橢圓),接著我們將中央氣象局網站宜蘭地區2014 年太陽過中天的仰角資料(參考資料三),套到我們分析的公式,畫出雙腳所站日期位置點,就完成人影日晷的設計。經實際驗證,得到的時間還蠻準的,成果令人滿意。最後我們再進一步討論如何提高人影日晷的準確度,還有在什麼日期及緯度,人影日晷較適用。

藍色大軍

本次研究主題是以香山濕地的短指和尚蟹為研究對象,研究短指和尚蟹的構造、適合生存的環境、生活方式、最佳觀察時機為乾潮前後二個小時、探討洞穴形狀及深度、在沙地上進食及隧道式的進食方式、出沒沙地的特殊行為、遇危急時除了順時針和逆時針鑽地封洞行為,亦會呈現假死現象。 我們測試短指和尚蟹對視覺及嗅覺的感官反應、對鑽地封洞的方向是否有特別偏好、鑽地封洞的時間、改變沙土的角度、施予沙土平面的作用力,觀察不同土質對其鑽地封洞行為的影響。 我們製作簡易旋轉器幫短指和尚蟹轉圈,發現和尚蟹在每分鐘轉20圈及每分鐘轉10圈的速度下,能正常的旋轉封洞,但比起自身旋轉多了3~6秒的時間,並比較濕地上弧邊招潮蟹封洞行為的不同之處。

地震頻率-花蓮市周邊地震探討

台灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的交界,台灣各地常出現地震,導致無數地震產生與人命金錢的損失。 本次研究使用中央氣象局的地震紀錄、MicrosoftExcel,探討花蓮地震、台東海端地震前後的a 值與b值變化。從古登堡-芮克特關係式中發現主震發生前a、b值會有下降趨勢,並能預估可能發生的最大規模。 實驗中我們將實際資料與古登堡-芮克特關係式算出的資料作比較,發現實驗迴歸線的a值、b值、最大規模預估等數值與實際觀測非常符合,並分析當地未來的地震趨勢。