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佳作

藍瓶真好“酵”—亞甲藍對酵母菌呼吸作用之探討

「藍瓶」實驗是利用還原糖加入氫氧化鈉、亞甲藍溶液,使之發生藍色的亞甲藍變成無色的亞甲藍的氧化還原反應。本實驗以葡萄糖、果糖、半乳糖等還原劑,將藍色的亞甲藍還原為無色的亞甲藍,並利用分光光度計測量反應中亞甲藍的透光度,以其數值判斷反應時間,再以分光光度計測量固定時間內藍色亞甲藍的變化量(反應速率),藉此探討不同種類的糖類、不同濃度的糖類和不同濃度的酸鹼影響其反應速率的程度。因酵母菌呼吸作用為氧化反應,實驗中也發現,呼吸作用的速率和亞甲藍的變色有相關,因此可利用亞甲藍的變色測定呼吸作用的速率。最後以澄清石灰水、二鉻酸鉀和硫酸測得酵母菌在此狀況下是進行呼吸作用而非發酵作用。

不亦「躍」乎—黏滯液體彈跳的探討

用非牛頓流體做實驗時,由於落下流體較高的剪切速率,會造成所接觸流體的黏滯度減少,當流體落下的高度夠高時,擊中平面時所受反作用力的影響大於黏滯力的影響,而使流體彈跳出去,稱為Kayeeffect。本次實驗結果,發現當斜面角度越大時,恢復係數越接近1,當角度大於某一值後,幾為彈性碰撞。原因為角度大時液體被流體擊中時產生的凹陷越淺,受黏滯力的影響越少。而當流體下落的高度不足時,其剪切速率不夠,所以流體黏度大於正向力的影響,並不會產生彈跳效應。當變換不同黏滯性的液體所產生的恢復係數e1、e2,差異並不大。原因是非牛頓流體下落時擁有較高的剪切速率,造成黏滯度減小。又因市售洗髮精黏滯度差異不大,造成實驗中黏度影響力不顯著。

植物向光性的訊息傳導

在參觀美國太空中心時,發現未來太空艙裡要利用燈光代替陽光來種植物,以做為長途太空旅行時的食物來源,而白色光線是由許多不同顏色的光線所組成,因此這個實驗的目的在於瞭解光線的顏色和方向對於植物生長向性的影響;同時也想瞭解造成向光性的生長素,在光誘導下的訊息傳導方式。實驗結果發現,綠豆苗對於藍光有最強的向光性,同時不會造成豆苗徒長。實驗結果也得知生長素由生長點製造後不僅儲存在生長點,並且也儲存於葉柄中;將藍光只造射在豆苗的下半部的莖,而非生長點部位,光線會誘導莖產生傳遞訊息,此訊息會傳遞到含有生長素的生長點和葉柄,生長點和葉柄再分泌生長素,流向照光組織的背光面,造成植物的向光性。因此在太空中的無重力狀態下,可以施予藍光照射植物的莖部,藍光不但可以讓植物有最佳的光合作用效率以正常生長,並且可以利用植物的向藍光性,以誘導植物生長到設計好的方向,以充分利用太空艙有限的空間。

自製濃度觀測工具及其在高中化學實驗的應用

在高中的化學實驗中,有許多實驗設計是以肉眼觀察,常因個人辨識力的差別產生誤差。本實驗利用光敏電阻,連結數位電表與電源,自行製作了一個觀察溶液濃度的裝置,應用在許多高中化學實驗上: (一)化學反應速率實驗,以自製的濃度測量工具,測量硫沉澱一定量所經過的時間,可輕易判斷出反應速率與硫代硫酸鈉的濃度成一級反應、與鹽酸濃度成零級反應;(二)酸鹼滴定實驗,當溶液變色的時候,自製濃度觀測工具的電流會有明顯變化,以電腦紀錄反應過程,繪出電流-時間關係圖,當電流迅速下降時,即為滴定終點。依此方式可以讓機器自動滴定,不必擔心滴定過量的問題;(三)氧化還原滴定實驗,如同前述的酸鹼滴定,依電流讀?發生明顯變化時判斷滴定終點,未來可以應用在設計自動滴定計;(四)平衡常數的測定實驗,當溶液的透光度相等時,觀測到的電流值應該也會相等,由機器判的結果使得實驗結果的精確度提高甚多。

蛋生希望—廢棄蛋殼的再利用

利用食醋浸漬蛋殼,蛋殼比例越高,鈣溶出量越多,其pH值上升,酸度下降,以30%蛋殼含量之醋酸鈣的鈣溶出量最多,40%時則降低,另外以16及50天浸漬蛋殼,16天的鈣含量較多,因此鈣含量不因時間增加而增加。 利用鈣含量最高之醋酸鈣製作豆腐,鈣含量(3.24%)明顯高於一般豆腐(1.57%),證明添加醋酸鈣可增加豆腐鈣含量,且在水份測定上,仍保有原來水分,且在物性分析中發現鈣含量增加雖使豆腐硬度與咀嚼性略微增加但整體上並無顯著性的差異,而以SEM及解剖顯微鏡觀察,內部呈不規則孔洞且表面稍微粗糙。 在感官品評消費者試驗中得知,消費者對因鈣增加而較硬之醋酸鈣豆腐喜好度稍低,但整體喜好上仍可被接受,因此醋酸鈣可取代石膏製成天然豆腐。

窮人的水擦黑板

黑板的使用會造成粉筆灰的累積、飄散,目前雖有標榜無灰的黑板產品,但依舊無法在一般校園間普及,因此本研究希望能提出一個實用的改善方法。我們從擦拭黑板的落塵情形一路測試到實際的書寫,證實了傳統在擦拭時有54.91%的粉筆灰被板擦吸附、40.19%散佈在環境,其中只有11.25%掉落在板溝附近,這也使得環境中的PM2.5濃度上升3.5倍,利用本研究開發的水擦板擦擦拭時飄落的粉筆灰僅有1.09%,大幅減少了落塵的情形,並且以濕抹布加刮刀的方式擦拭,相較於不使用刮刀的組別字跡清晰1.5倍,甚至比一般板擦的字跡清楚20%,本研究證實了新開發的水擦板擦可以適用於校園中的黑板,能有效減少擦黑板所產生的落塵、增加書寫時的清晰度,是改善教室環境的新利器。

大方塊中的小方塊

我們研究的是一個有段歷史的題目:「柏金斯太太的被單」。其定義為:如何將邊長為正整數的正方形切割成「最少個數」(最小階)的小正方形;而且這些小正方形的邊長也是正整數,相同邊長的小正方形可以重複,但小正方形的邊長的最大公因數需為1。我們歸納出,重複利用「簡單二倍法」及「重疊二倍法」,可以每次加兩階或是加三階的方式增加,反覆構作可以切割邊長120以內的正方形,都不超過19階。

教室中的沙塵暴─粉筆灰落塵的觀察與改善

粉筆和板擦是老師們上課時的重要工具,在無法完全不用它們的情況下,我們試圖找出\r 減少粉筆落塵量的有效方法。從實驗中我們發現,教室粉筆的使用量有隨著年級增高而增加\r 的趨勢,用量越多所產生的粉筆灰落塵就越多。\r 我們進一步發現,粉筆經過書寫和板擦擦拭,大約有70%會形成粉筆灰落塵,其中的\r 45%散落在粉筆槽外。散落教室的落塵在有風的環境比無風環境散播得更遠更均勻。而座位\r 在距離黑板2.5m 外受到的影響會較少。此外我們也發現粉筆灰落塵近3/4 來自書寫的過程,\r 1/4 來自擦拭的過程。使用環保粉筆並將書寫速率降低到每秒50 ㎝以下,可有效減少書寫的\r 落塵量。而放慢擦拭速率,並用濕抹布擦過再用乾抹布擦乾,較能有效降低擦拭過程所產生\r 的落塵。

康樂山的人面蜘蛛及橫帶人面蜘蛛

作品主角是「人面蜘蛛及橫帶人面蜘蛛」,地點是在「台北市內湖區的康樂山」,時間是在「92年10月到93年5月」間所做的觀察與實驗,內容分為三個部分。第一部分是康樂山步道的蜘蛛生長情況,我完成了康樂山步道地形環境的分區(5大區18小區)、每個月的蜘蛛出現數量及地點、各區分布密度、分析與地形環境的關係,以及季節與人面蜘蛛及橫帶人面蜘蛛的消長變化關係。第二部分是蜘蛛網絲的實驗,我完成了蜘蛛網會黏部位的測試、黏力大小的實驗、黏力的推算、單絲吊重能力的測試、吊重能力的推算、延展及收縮能力的實驗、蜘蛛絲遇水前後的特性變化結果。第三部分是飼養及實地觀察所作的蜘蛛行為記錄,特別是對不同獵物的補食方法、結不結網的補食能力、捕捉活蜘蛛的方法等;這一部份主要是用照片及影片來說明。

兩平面鏡任意夾角成像公式推導

若有兩平面鏡( 面鏡I、面鏡II ),兩面鏡間夾角為α,物體與兩面鏡交點連線段與面鏡I的夾角為β (α、β單位為「度」)。在已知α、β的情況下,算出所能形成的最多像數,利用數學輔以所自行撰寫的C語言程式推導公式。