全國中小學科展

佳作

太陽啊!請賜給我神奇的力量!─玻璃杯裡風車轉動的秘密

本研究主要在探討在什麼條件下,才能讓玻璃杯裡面的風車轉得快呢?我們先製造一種基本款的風車,接下來探討光源與轉速的關係,扇葉與轉速的關係,底座與轉速的關係、遮罩與轉速的關係,室內溫度與轉速的關係、扇葉與底座間距離與轉速的關係,並詴圖找出除了光之外,是否還有其它方式也能讓風車轉動?我們希望能將此裝置應用在教學上,解釋「光能產生熱能」、「光能產生動能」、燈光下會有「風」及空氣熱對流等物理現象,並發展出有趣的科學玩具。

農業廢棄物再利用-吸附重金屬離子之研究

我們利用不同農業廢棄物進行含銅鎳離子之廢水吸附實驗,並探討影響吸附效率之相關條件,接著討論花生殼有無化學修飾對銅鎳離子吸附效率的差異。比較未經化學修飾花生殼對相同濃度的Cu2+、Ni2+之競爭吸附,結果顯示Cu2+的吸附效率較好;隨著濃度上升,未修飾之花生殼對Cu2+吸附效率出現明顯下降,經重複使用會造成吸附效率的下降;化學修飾處理後則可提高對Cu2+及Ni2+的吸附效率,發現最佳化學修飾條件為溫度80℃、時間120分鐘、85%磷酸與花生殼固液比1:1。研究顯示廢棄不用的花生殼可以用來處理低濃度銅鎳離子的廢水,除發現廢棄物再利用的新價值外,更能協助小廠商落實工業廢水的處理程序,達到保護環境與永續發展之目標。

「蝕」破天驚—流水的侵蝕作用探究

我們在雜誌上看見亞馬遜河非常美麗、壯觀,但是為什麼亞馬遜河是彎曲的,而不是成一直線呢?我們研究後,了解那是因為河流的侵蝕、沉積作用造成的。我們研究發現:流速愈快,侵蝕的力量就愈大,而水量和流速與侵蝕力也呈正相關。同一河道中水道較寬時,流速變小,水道較窄時,流速變大。在研究不同深度的流速時,發現愈靠近水的中央處,流速愈快;愈靠近流水底部或水表面時,流速愈慢。研究發現在彎流轉彎處,外側流速最快,侵蝕作用較大;中間次之;內側流速小,侵蝕作用小,沉積作用旺盛;造成河道一邊突出(堆積),一邊凹陷(侵蝕),就成了彎曲的河流。而研究河流彎曲度對侵蝕作用的影響時,發現彎曲度愈大(河岸夾角愈小),彎道中內側和外側流速差距大;彎曲度愈小(河岸夾角愈大),彎道中內側和外側流速差距小。說明彎道彎曲度愈大,加彎的速度就愈快;彎道彎曲度愈小,彎道加彎的速度就愈慢。

混不混有關係!-用混合自製天然指示劑來精細檢測酸鹼值的探討

老師要我們自製指示劑時,有人煮十幾分鐘,有人用熱水浸泡個一、二小時,又燙又花時間,於是我們想透過實驗找到最佳的時間點,使大家省時又省力。此外熱水的高溫,常讓我們心驚膽顫,深怕一個不小心就被燙到,如果自製指示劑也能像茶葉用「冷泡」的泡出色來,不是更安全更節省能源嗎?最後我們驚喜的發現「紫色高麗菜」的確是冷熱皆宜,而且只要花費10分鐘,難怪教科書都愛用它來製作指示劑。我們還發現用單一材料自製而成的天然指示劑,不像廣用指示劑呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫,可分辨出不同的酸鹼值,因此我們更進一步的將課本中提到的材料互相「混搭」,竟然能製作出更好,更精細的酸鹼指示劑,可以清楚分辨pH1.0~12.0(如封面圖),真是讓我們興奮不已!

救世那個光-遠紅外線之應用與量測

本研究以「自然與生活科技」課本第一冊2-2「水圈」中水的三態變化來證明遠紅外線具有細化水分子團及活化水分子功能。遠紅外線於生活應用上,具有去除自來水中餘氯的功能、活化蔬菜組織、抑制黴菌成長、豆腐滾煮時減少氣孔產生。經由溫變色染料加熱實驗證明,遠紅外線為光能的一種,具極佳的溫熱效應,使香菸煙擴散,減低吸二手煙之機會。本研究也應用「水的三態變化」來量測遠紅外線的相對強度。由水分子團被細化的程度(蒸發冷凝水滴大小)或被活化的程度(水蒸發量)可檢測遠紅外線的相對強弱。

珠聯璧合-分析轉珠遊戲三消、五消的基礎樣式、降階法及思考邏輯

本研究源自轉珠遊戲,剛開始參考第54屆高中組作品,接著使用「控制變因法」及「樹狀圖」,經歷了觀察、尋找關係與樣式、猜測、檢驗的過程後得到: 一、「3消」及「5消」最短步數基礎樣式。 二、發現分界格的關係區域分類圖,並利用該圖找到最短步數起始珠的位置。 三、建立「3消」及「5消」達成combo的最短過程圖及路徑圖。 四、發現基礎樣式之間有包含關係,且具有階層關係。 五、建立降階表,將階層較低的樣式,使用降階法快速轉換為階層0;階層較高的樣式,使用降階法逐步轉換為較低階層。 六、建立起始珠的判斷準則,以得到「3消」及「5消」任意組合的最短步數,並以此為基準串連更多的「3消」及「5消」。 七、建立轉珠思考邏輯。

「可」不「可」以抗氧化-可可抗氧化力之研究

本研究從天然的蔬菜、水果,以及可可、咖啡、茶等沖泡飲品著手,確認可可具有絕佳的抗氧化能力,而天然可可豆需經發酵、烘焙等程序後,其抗氧化效果才顯著。 「無糖、無鹼化」之天然可可粉為主要實驗素材,並以間接碘滴定法測定其抗氧化能力,研究結果顯示,沖泡可可粉的濃度越高,抗氧化效果越好;以高溫水沖泡可可粉釋放出較多的可可多酚,亦能增加抗氧化力;在可可飲品中添加物質,常見的加糖、加奶皆無法增加其抗氧化能力;而市售可可飲品因含添加物較多,其抗氧化能力未如純可可粉來的顯著。 因此,寒冬中,自己動手泡一杯熱可可,以高溫沖泡純可可粉,不加糖、奶等添加物, 直接品嚐香純原始的可可風味,是個不錯的養生保健選擇。

片甲不「硫」---二氧化硫的測定法

用簡單的原理與步驟,設計並 DIY 出一套屬於自己的自製分光光度計,用最方便且便宜的方法,來定量分析實驗中所生成二氧化硫的含量。

石頭這麼硬,怎麼會有裂痕?

我們去率芒溪走走時,看到許多有刮痕的石頭,於是我們把它們帶回去研究。石頭上的刮痕有的都是朝同方向,有的沒有規律,石頭上還有分層,是泥沙一層層堆積形成的。我們用彩色膠泥、陶土、麵糰來模擬地層,還設計了沖水實驗,結果大石頭停留在河道附近,較小的沙子就被沖得較遠,形成一個斜坡。我們還發現有交叉的和沒交叉的刮痕;和分層同方向和不同方向的刮痕。另外利用陶土模擬石頭,進行石頭裂痕的實驗,結果發現和撿回來的石頭裂痕有些很相似;也利用兩條木塊夾住鹹糕、甜糕擠壓,結果造成糕餅的裂痕和彎曲,和野外看見的一些地層相似,我們終於知道石頭裂開的原因。

誰比我更容易---挑戰極簡馬達

在學校的科學玩具研習社團中,我們曾學過以線圈纏繞製成的簡易馬達,如下圖,但我們自己製作的過程中,發現不僅費時,連學校老師都失敗好幾次。於是我們嘗試尋找其他更簡便的自製馬達,能夠方便攜帶與即時組裝。最後,我們在網路上【參考資料(1)】找到一種名為「法拉第馬達—Faraday\r Motor」的資料,它的外觀不僅簡單、新奇,拆裝更是方便;在克服了其中強力磁鐵的收集後,我們花不到一分鐘組裝完成然後讓它動起來,看過的人都大呼驚奇。我們在整個研究的過程中,製作了「極簡馬達模型」,方便測定轉速、更換零件與觀察轉動。此外,利用實驗所產生的結果,我們發展出自製的『磁力軌道車』玩具,並進一步延伸應用在「磁電再生能源車」。\r