全國中小學科展

佳作

一決「磁」雄

在學校上課時,發現磁鐵竟然有軟的,引發我們對磁鐵的好奇,便對一連串有趣的磁力現象進行探討,結果發現了一些我們不知道的事:一、磁鐵的形狀不同,磁極的排列也就不同。長條硬磁鐵及馬蹄型磁鐵的磁極是在磁鐵的兩端;超強力磁鐵、圓形磁鐵的磁極在扁平的面上,環狀磁鐵的磁極也是在扁平的面上,但磁極的排列是一圈N 極一圈S 極,成環形排列,軟性磁鐵都是由N 極S 極N 極S 極等交互串聯排列而成一整個具磁性的平面。二、同一塊磁鐵一定是兩極同時存在,沒有單極的現象出現。三、磁力線的樣式跟磁極的排列方式有關。四、不管是哪一種磁鐵,它本身兩極的磁力大小是差不多的。五、物體越重,則磁鐵要越靠近它才能吸住它。六、大頭針接觸過磁鐵後,磁鐵對它的吸引距離會比未接觸前大。七、縫衣針接觸過磁鐵後,磁鐵對它的吸引距離會比未接觸前小,但接觸時間的長短,並不影響吸引距離的大小。八、縫衣針接觸磁鐵時間的長短,對其磁化深度並沒有明顯的差異;而相同的接觸時間,針孔部分的磁化深度都比針尖的部分短。

Lissajous的神祕面紗

兩個互相垂直的簡諧運動所構成的圖形即為Lissajous曲線,可寫成{x=p1cos(α1t+c1) y=p2cos(α2t+c2) 的形式,而當且僅當頻率比α1/α2為有理數時,圖形會形成一個封閉曲線,且會有重合與不重合兩種情況,將兩種情況分開討論,對於任意給定的頻率和相位差,我們求出了Lissajous曲線的二重點(double point,指曲線與其本身相交的點且曲線在該點的兩條切線斜率是相異的)參數值及其個數公式以及判別其重合與否的充要條件,也對Lissajous曲線的連續性質做了一些研究,包括切線斜率、反曲點個數等。並將Lissajous曲線拓展到三維的情況,發現大部分的情況下圖形是沒有二重點的封閉曲線,也得到了在固定頻率比的情況下,二維Lissajous曲線相位差的改變即為三維Lissajous曲線在空間中旋轉的投影這一有趣結果。

外來植物大車拼-大花咸豐草與鬼針草生存競爭能力之探討

鬼針草家族的管狀花花柱脫落後,其下的子房拉長成為瘦果;瘦果上的倒勾刺乃由宿存萼片變成,藉此構造附於動物體上而到處散播,之後種子由倒勾刺的另一端發芽。大花咸豐草競爭能力遠勝於多數野生植物,唯有芒草可相抗衡。大花咸豐草、鬼針草須有光線才能誘導其發芽;鹽分對發芽亦有很大的影響,當鹽濃度達1﹪時,可完全抑制大花咸豐草發芽;而鬼針草在0.75﹪時即完全被抑制。大花咸豐草能贏過鬼針草的主要原因為壽命較長和枝葉茂盛。

霧望在莒-金門起霧日相關研究

分析金門氣象站2004~2011年的日平均資料,發現二至五月起霧當天的溫度、露點、相對濕度大致比該月的平均值高,風速則是比平均值低,風向為南至西南風、異於氣候平均值的東北至東風。再分析起霧前後五天的變化:氣溫、露點、相對濕度在起霧當天最高,風速則在起霧前一天最低,風向在起霧前以東北至東風為主,起霧前一天及當天則變為南至西南風。由於起霧日時霧的不穩定性難以對天然的霧做實驗,因此藉由造霧器可以人工造霧、類比霧水的情況,我們嘗試改變溶液,進而觀察在相同環境下,霧水可以上升的高度與散去的速率,發現較有揮發性的液體在相同造霧器下可以上升的高度較高,有雜質的溶液霧氣散去的速率會較為緩慢,溼度較高散去速率亦較慢。

『氫』、『銅』、『氣』時代~由自製氣體體積量測系統來探討硫酸銅加速鋅粉與鹽酸反應之機制

為了找出硫酸銅加速鋅與鹽酸反應的機制,本組自製氣體體積量測系統,並設計實驗證實此系統可準確量測氫氣體積,誤差僅有1.76%。實驗發現:在硫酸銅加速鋅與鹽酸的反應中,銅離子並非催化劑,且只有可被鋅還原的金屬離子,才有加速效果。鋅片在本身可解離的條件下,可經由導線將電子傳遞至銅,使銅端產生氫氣。本組推得硫酸銅加速氫氣產生的機制如下:鋅先將銅離子還原,使銅附著在鋅上,電子由鋅傳遞至銅,再由銅傳遞至氫離子,而產生氫氣。後續實驗確認:銅是加速氫氣產生的關鍵,其可加速的原因:一、還原後的銅會附著在鋅上,形成許多孔隙,使反應總表面積增大;二、銅與鋅間只要有電子的傳遞,就可加速反應,銅的角色可能是加速鋅電子的釋放。

凹凸有致---多邊形的重心

課堂上所學得的重心僅止於三角形,並未提及四邊以上的多邊形或是凹多邊形的重心。於是我們利用網路及圖書館查閱多邊形的重心相關資料,找到以前科展的兩篇作品,及數學辭典中相關的幾何學知識。在了解資料的內容並試著自己作圖尋找多邊形重心時,我們發現以往科展作品中有錯及某些問題未曾解決。於是我們利用了【面積交換性質】找到修正的方法後,便可用【槓桿原理】求得正確之重心。並且此方法可推廣到凹、凸N多邊形。之後,我們也發現凹四邊形的重心隨著圖形的不同而存在於形內、形外、邊線等不同位置,進一步的我們研究出判斷式。至於凹N(N≧5)邊形之重心位置,是否存在判斷式?我們仍在努力尋找中。

稀碘液與漿糊的妙用

本研究一開始利用稀碘液測試食物的變色,發現稀碘液與澱粉類食物產生交互作用後會變成紫黑色,我利用此特性測試紙餐具中是否含有澱粉,結果發現餐具不但含有澱粉,還含有防腐劑,所以我建議大家多用環保杯。不僅如此,利用稀碘液和澱粉的交互作用,發現了稀碘液可以修正許多物品,如:木盒子、眼鏡、假牙等。

鍬的有情世界—扁鍬生活史建立與繁殖行為之模式分析—

本研究歷時 24 週進行扁鍬生活史的建立,此外也研究扁鍬的交配過程,使用行為編碼與時緒分析,探究扁鍬在交配前後發生的特殊行為是否具有特定意義與模式。在扁鍬生活史建立分析之中,本研究結果顯示如下:在交配行為模式分析與建立之中,本研究結果顯示如下。1.扁鍬的生活史過程會有個體差異呈現、 2.母幼蟲大小平均大於公幼蟲大小。 在交配行為模式分析與建立之中,本研究結果顯示如下: 1.扁鍬的母蟲氣味會影響公蟲進行交配的意願; 2.公蟲與母蟲的交配過程前期並無明顯的交配或者是求偶行為; 3.母蟲觸角的有無與觸角擺動速度、伸出交尾器與否會影響公蟲交配的位置; 4.扁鍬母蟲具有交配的主宰權,而非公蟲; 5.扁鍬「可能」具有獨特的延後產卵模式。

Yahoo!喝牛奶不再拉肚子了

當人體缺乏乳糖?時,未被分解的乳糖在小腸中產生吸水作用,於是發生水瀉的情形;到了大腸更會被細菌分解、發酵,產生大量的乳酸、二氧化碳及氫氣,使人腹脹、放屁,還會使腸道蠕動過快,誘發痙攣腹痛以及腹鳴,稱之為「乳糖不耐症」。乳糖?會將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖。我們利用尿糖試紙測量葡萄糖的含量,以進一步瞭解乳糖?分解不同乳品中乳糖之情況以及模擬消化系統中不同酸鹼質環境,觀察乳糖?的作用是否受到影響。結果發現不同乳品在添加乳糖?後,葡萄糖含量隨時間而增加,而乳糖?在模擬胃中酸鹼值為2 之牛乳中完全失去活性,無法分解乳糖。

高效率車床用車刀免墊片刀架

機械加工在工件夾持及刀具夾持方面,是兩大攸關成敗之課題,不論是傳統機械或是自動化機械,同樣要面對這兩大難題。工件或刀具夾持之穩固性及便捷度,是每位機械操作者必需克服及要求的。機械科一年級學生都要操作機械,而且都要參加機械加工及車床技能檢定。操作車床第一步是將車刀安裝於車刀架上,要墊高車刀對準工件中心,是很頭疼的項目,車刀忽高忽低、一墊再墊,就是差那一點點。向老師抱怨,老師的回覆竟是「那你去研究改進,說不定還可以申請專利」。到二年級上專題製作科目時,便仔細思考如何在不使用車刀墊片下,能快速將車刀對準中心,以提高工作效率,而且可以省下購買墊片之花費,希望藉此研究發明,能使將來學弟妹們,於操作車床時,不再有無效率之批評及遺憾。