佳作

在悶熄的蠟燭的實驗中，水位會上升多少？以往都是以「燃燒消耗空氣中1/5的氧氣，所以水位會上升1/5」來說明，並藉由水位上升高度為容器高度之若干比例來加以證明。但常我們探討其中的變因時，除了發現此說法是不恰當的，此外也找出影響水面升降的因素，包括：不同的容器、蠟燭的粗細與長短、火焰的大小以及瓶內溫度的高低等，並發現最主要的因素，是氣體的熱漲冷縮。由於此現象使得瓶內氣體再瓶子密蓋之前因受熱膨脹而逸出瓶外，而且水位在火燄熄滅前會因燭火乎滅忽明而有升降，並於火焰熄滅後瞬間快速上升，充分說明了瓶內空氣的熱漲冷縮對水位的影響。因此我們利用具火槍取代蠟燭，在無空氣逸出的實驗條件下，將點火槍點燃。在假設點火槍釋出的丁烷完全燃燒，二氧化碳在短時間內容溶於水中以及水蒸氣完全液化的前提下，根據實驗所得水位上升的體積分率(1/67)，求出在燭火熄滅後瓶中仍存有9.25%的氧氣。釔結果與文獻所述，利用色譜分析求得的結果(11%)相近。如果我們以點火槍結果，模擬蠟燭燃燒，來對照我們蠟燭實驗的結果，在模擬的過程中，我們設法測出蠟燭燃燒時瓶內的溫度(將蠟燭與容器頂端之中點的溫度視為瓶內的均溫)將因受熱膨脹而逸出瓶外的氣體扣除，又因蠟燭燃燒前後的質量變化極小，無法以天平秤得，故以丁烷燃燒後殘留9.5%的氧氣來模擬蠟燭燃燒後的狀況，並將瓶中蠟燭所佔體積扣除，利用理想氣體方程式求出水位應上升的體積分率為1/6.5，此數據與我們的實驗結果(1/7.7)相近。

在老師的結婚喜宴上，有位來賓表演－「喜結良緣」，大家都看得目瞪口呆，認定它是魔術秀，但我們卻選它做為研究題材。老師說，對於這麼創新、奇幻、令人嘆為觀止的研究題材，我們不必急著了解最快、最直接的「魔術秘訣」，而應以循序漸進、旁敲側擊的研究態度，把研究重點放在：運用物理學理論，尋找成功率最高的表演道具及純熟的手法。我們終於得到出乎意料的成果，原來，它是 物理學「轉動慣量」的原理 ，我們也將以這次研究成果做為送給老師的結婚賀禮 。我們發揮下列五個創意，探索「喜結良緣」－鐵鍊拴環的物理理論。創意一、設計製作鐵鍊拴環歷程間歇攝影裝置。創意二、設計製作鐵鍊拴環歷程全程顯示裝置。創意三、設計製作左、右鍊手實驗架。創意四、設計製作標準實驗環及實驗裝置。創意五、設計鐵鍊拴環道具優劣猜測遊戲。

這次科展研究的主題是「螞蟻」。首先，我們調查了校園中螞蟻的生態及習性，並繪製「自製圖鑑」和「螞蟻族群的分佈地圖」。之後再針對「螞蟻的喜愛食物」、「如何驅趕螞蟻」及「螞蟻的智商」三方面進行研究。根據實驗，我們得出下列的結論：1. 螞蟻喜歡味道濃、鬆軟、沒有魚腥味的食物，例如花生、肉鬆、王子麵。2. 在不傷害螞蟻的情況下，最有效驅趕螞蟻的只有「樟腦油」，而且效力能維持七天。3. 螞蟻相當聰明，會找尋最近的路取得食物。當遇到黏膠時，會用沙子鋪出路來行走。

環境汙染一直是全球關注的問題，而本研究是基於冬天時，常會看到同學拿著暖暖包取暖，如此使用頻繁且不可重複使用的暖暖包是否會造成環境上的負擔呢？透過本研究希望能將資源再利用的咖啡渣，用來取代暖暖包內容物-蛭石，拓展咖啡渣的新用途，減少廢棄量。 本研究比較了不同咖啡渣來源、添加量及研磨大小等因素進行暖暖包放熱溫度曲線分析，而我們成功找到可以跟市售暖暖包一較高下的最佳配方：2g濾掛式(20秒*5)的咖啡渣，持續放熱24小時後仍有47.04℃的高溫。並更進一步結合大眾喜愛程度，能客製化提供暖暖包配方，來滿足不同消費者的需求，最後利用簡單步驟在家中即可自製出暖暖包，方便使用於日常生活中，既天然更可達到資源再利用。

為了解決傳統電池污染環境的問題，近年來有許多的研究者以水果作為環保電池的材料，不但解決了製造電池過程污染的問題，甚至在使用過後還能做堆肥，為大自然再貢獻一份心力。如何使這樣的電池更為實用，有需要不斷的研究與改良。我們運用生活中容易取得的硬幣和鋁箔紙分別當作電池的正負極。兩極之間隔著紗布手帕，其中手帕吸附著市售的飲料調味料和校園植物的萃取液，並以廢棄的藥罐包裹，製造出既環保又有效率的簡易電池。 參考歷屆科展雖已有不少相關研究，但依然無法解開心中的疑惑，尤其是研究的方法，均以水果或果汁、調味料作為電解液，讓人不免有不夠環保的疑慮；而此次研究，增加了校園常見野草作為研究的材料，發現在這些隨手可得的植物身上似乎又找到了一個新功用，提供有興趣者能持續研究。

在雙氧水分解成氧氣的實驗中，大部分都以二氧化錳當「催化劑」且具有良好的反應性。但反應後瓶內二氧化錳再被使用於雙氧水反應時，反應卻變的很慢，因此使用後的二氧化錳往往不被再使用而棄置，甚至在化學實驗室管理規則中1，也建議將使用後二氧化錳與其他重金屬一同交廢棄物清運機構處理。我們存疑二氧化錳在雙氧水分解反應中，到底是反應試劑或催化劑？針對我們的疑惑，我們研究了二氧化錳的反應速率、是否是催化劑以及恢復活性的方法。由實驗結果我們發現：一、在雙氧水分解反應中二氧化錳確實是催化劑。二、不論新鮮或回收的二氧化錳，都可藉著加熱、增加二氧化錳劑量及加鹼來增加雙氧水分解反應中氧氣生成的速率。三、雙氧水分解反應使用後二氧化錳可以用酸、鹼或是還原劑加以迴流處理，當重複使用時仍有極佳反應效果，故不需棄置。

林下（陰地）植物長期生活在較少陽光的地方，卻依然欣欣向榮。因此，我們針對林下植物的葉綠體囊膜電池做討論，希望可以找出發電效率更高的葉綠體囊膜電池。

為協助建立良好用電習慣，讓家中省下可觀的電費，本研究製作的家庭電力監控系統，即時的圖表顯示家中電力耗損的情形，可監視家庭成員的用電，協助改變用電習慣，進而達到省電的目的。在安全方面，當電流過大時，也可發出警訊或切斷電力，免於走火的危險。使用軟體控制各電力迴路，設定旅行、睡眠…等程序，以便在這時候，確實切斷非必要電力。本電路設計使用霍爾元件感測電流，電流值經A/D 轉換後，將資料透過USB I/O 卡寫入電腦，儲存於資料庫，藉以產生圖表資訊，呈現各插座的用電狀況。將系統所計算的電流值及度數，比對理論值、瓦時計及數位電流表的測量值，並做具體校正。經實測證明可提供可靠的數據，能夠即時提供用電狀況，做為家庭節能策略的依據。

吹泡泡，是每個人都喜歡的遊戲，想像身旁圍滿泡泡的情景，彷佛就像是身在仙境般的自在與快樂！我們發現目前市售的泡泡機，都無法滿足我們期待能夠自動填充泡泡水的功能。因此我們這樣想：如果能夠自行研發一台能讓泡泡水源源不斷，並讓泡泡自動吹出的泡泡機，這樣既省事不費力，又可以增加自己快樂的層次，那不是很好嗎？為了能夠達成上述的目的，我們進行了自製泡泡水與自製泡泡機的研究。透過蒐集與實驗的過程，我們自製出?100cc成本約5.41元、且每次可吹出42.8顆泡泡的泡泡水，比市面上販售的聯億及凱成泡泡水成效好。另，透過第一代、第二代與第三代泡泡機的「原理檢驗」、「吹口改良」與「風扇改良」過程，我們成功的研發出一台可自動循環，且每五秒可以吹出50顆以上泡泡的泡泡機。

我們從市場調查著手， 挑選出不同種類、不同用途的各種清潔劑， 再研究過清潔劑的演進與去污原理後， 找資料並共同討論可以比較出清潔劑乳化效果的三種方式，這三種方式分別是：（ 一）油水分層高度測量法：在固定水量、油量、清潔劑量和攪拌方式的條件下， 剩餘油層愈低的清潔劑表示乳化效果愈佳。（ 二）導電度分析法：清潔劑溶液內的離子愈多導電度愈佳， 乳化後則導電度下降， 因此我們藉由導電度的比較與分析， 判斷清潔劑乳化效果的好壞。（ 三）顯微鏡觀察法：透過複式及解剖顯微鏡我們發現， 清潔劑的乳液粒徑會隨著靜置時間的增加而加大， 並且我們將它與導電度比較的結果發現： 粒徑增大， 導電度增加， 去污及乳化的效果也就降低了。最後我們針對不同的清潔劑，提出最經濟有效的使用量及使用方法，希望能對環境保護盡一份心力。