全國中小學科展

佳作

白裡透紅的秘密----溫泉中搖蚊的生態研究

在陽明山前山公園的溫泉溪中,我們發現俗稱紅蟲的搖蚊幼蟲,旁邊清澈小溪裡卻沒有。紅蟲在溫泉底泥中搖擺築巢,傍晚與清晨搖蚊在石頭與枝葉上行走或水面上婚飛交配。成蟲靜止時前肢不搖,婚飛不形成蚊柱。溪中成蟲與幼蟲數量會受雨量影響,約一個禮拜恢復。採集回家養殖後,我們觀察到卵、幼蟲、蛹、成蟲完整的生活史,也看到紅蟲的心臟以及分類依據的口器(頦)。透過實驗控制養殖水酸鹼度、底泥和溫度等變因,得知:紅蟲對酸鹼值的耐受性很高;水溫低時羽化速度比高溫時慢;粒徑小的底泥較適合紅蟲築巢棲息。因此我們發現,溫泉搖蚊身體構造和蚊子不同、習性與一般搖蚊不同,溫度、水質和底泥都會影響紅蟲生長,尤其是底泥對於搖蚊的影響最大。

果燃油種

我們發現學校廚房的廢油處理管道都非常的少,我們想為它另開一條處理管道,最後發現學校的廢油可以和市面上一些可回收的植物渣渣混合製成廢油燃料。以下是我們探討出的結果: 一、燃料在進行基本燃燒特性探討的實驗中,廢油燃料燃燒時味道有其渣渣的香味,煙量也不多,大部分只有白煙和少許的黑煙,而且燃燒時間可以非常久,而同樣的體積市售燃料很快就燃燒完了。 二、在火光亮度的實驗裡,廢油燃料的火光亮度可達80流明,而市售燃料平均無法達到4流明,這證明著在需照明的夜裡,我們所製作的燃料可以用來取代一般市售燃料 三、安全性實驗中,我們實驗比較兩種燃料的安全性,發現酒精燈、酒精膏燃燒時打翻會使的整個桌面燒起來,而所有的廢油燃料在燃燒時被打翻後火焰仍不會擴散,有些還會順著風勢自然而熄滅,顯現出我們的廢油燃料比市售燃料安全許多。 四、問卷調查結果發現,大部分的民眾都了解市售燃料的危險性,甚至有高達95%的民眾支持我們的產品,也期望我們能做出一個環保、安全的燃料。我們還知道了大部分的民眾認為好的燃料須具備三種條件:一是安全性高,二是原料取自於自然,三則是使用時對人體無害。 經過了這麼多的實驗,我們覺得最能取代酒精燈及酒精膏的是加入咖啡渣和薑渣的廢油燃料,因為咖啡渣和薑渣在燃燒時不像紙屑或木屑等燃料會產生汽油味和較多的黑煙,咖啡渣燃燒時甚至會發出咖啡香,兩種燃料在燃燒時只會產生少許白煙,而那些白煙大多是無害的水蒸氣;兩種廢油燃料打翻時火勢都會順著風勢而熄滅,安全性極佳。

潛「移」默化的無形小子-粒子在水中移動擴散的研究

過錳酸鉀在水中魔幻似的擴散,令人看到屬於科學的美麗與神秘。擴散一向被 認為是簡單的概念。濃度、溫度與管徑,是影響它的三大因素。我們的研究,設計 了四種裝置,來探討物質在水中的擴散。分別是固定式,持續滴入式,單向電錶式 與雙向擴散裝置。以固定式裝置,單純的觀察過錳酸鉀的紫色跑多快。以運動學最 簡單的「速率」定義,來探討這些變因有什麼關係,結果如下:自行定義的擴散速率=趨勢線斜率x濃度梯度→趨勢線斜率正比於溫度與管徑截面積。 這種設計,可以進一步研究溶質在水中擴散所受到的阻力:阻止過錳酸鉀擴散 的效果,鎂離子比鈣離子強,而且鎂離子濃度愈高愈好。電錶式擴散裝置,利用導 電性造成電錶指針瞬動,把所有的無色離子擴散研究變成可能。雙向擴散,離子相 撞產生沉澱,都提供了研究液體擴散的新方向。

拯救地球的電磁燈籠-震動電磁發電研究

本研究使用自製高斯計來瞭解磁鐵磁通密度的分佈情形,運用各種實驗來瞭解法拉第定\r 律,利用電動起子機與圈數計數器自行纏繞實驗所需要的漆包線線圈,以震動馬達當震動源,\r 將震動中的磁鐵穿越線圈並觀察記錄感應電動勢的大小,最後運用實驗的心得成功的做出「震\r 動電磁發電機」,使用震動電磁發電機來取代燈籠裡的電池,就成為不需要電池的「電磁燈\r 籠」。

飛天魔毯

一、我們先以正立方體上、下底面各取一對角線(而上底面投影至下底面之兩對角線不平行),在這兩對角線上各取一動點,在兩動點連線段上取一中點,證明正立方體此中點的軌跡圖形並求得面積。 1.利用國中所學之幾何證明方法求證軌跡圖形並由高中數學第二冊第二章三角函數所學求圖形邊長及面積。 2.另以高中數學第三冊第一章向量幾何、第二章建立空間座標系及第一冊第一章直線方程式、第三章不等式以座標幾何再次求證。 二、再探討五角柱體、六角柱體、八角柱體(各角柱體之上、下底面互相平行且均為正多邊形)的情況,進而推廣兩動點連線的分點軌跡並加以製表。 三、同理推論十角柱體及十二角柱體可能情形。

節能大作戰-環保可攜式風力發電機的製作與研究

風力發電的原理是利用風力吹動風車的葉片,將風力轉換為快速的動能,產生的動力可以轉動旋轉式發電機發電。首先,我依據風速與發電電壓的關係數據,製作一個簡易的風速計,作為各項實驗,測量風速的工具。接著研究,在相同的風速下,風車葉片的面積、旋轉半徑對轉速的影響,進而發現,對小發電機而言,風車葉片的面積、旋轉半徑越大,不見得轉得快。 接著再分別加裝齒輪裝置、更換較大的發電機、及合乎流體力學的風扇葉片,進行各項實驗,確實能逐步提升風力發電裝置的發電量。最後,蒐集生活中的回收材料,製作一台環保可攜式風力發電機。連接上二顆 3號鎳氫充電電池,進行充電,就可以將電能儲存起來。

我要活下去

N 個人圍成圓圈並編號,由第一個人開始,先留一人再淘汰一人,以此類推,此乃約瑟夫問題。而由第一個人開始,先淘汰α 人再留β 人以此類推,以求倒數第K 個人的是汰留問題。解決α=1、β=1 與任意的γ、N 即是我們的第一步。找到任意的α、γ、N 及β=1是我們的第二步,轉成進位法以找出演算法是我們比較大的突破,也推出了演算法的通式。雖一般任意α、β、γ、N 尚未完全的解決,但在一些特殊的情況下,如α=β 我們也得到了結果。我們在約瑟夫問題與汰留問題之間找到了關係式,並加以討論與研究。

膨脹性粒料造成結構物破裂原因探討及處理方案研究

興建工程之初,在品管工作上,即要求粒料品質,然而工程誤用如頁泥岩等吸水膨脹性粒料,造成結構物劣化問題,仍時有所聞。前述劣化情形,過程緩慢,因此,本研究以萬能試驗機加載,模擬粒料膨脹力,藉試驗所獲得之參數,驗證破壞模式之理論推導合理性。另藉試驗結果量測出之膨脹壓力及砂漿試體束制能力,可輔助提供誤用膨脹性粒料時,結構物維修決策參考。對於承壓結構物,應可不必全部拆除重建,處理之深度以淺層挖除膨脹性粒料再進行修補,應可滿足需求;若屬承拉結構物,則應審慎評估其安全性,再決定採取拆除重建或其他補強措施。

運用因數分析法揭開自然數大爆炸的奧秘

從有關黑洞數字的兩個有趣問題開始引起我們的研究興趣,進而自創互補數差法則,繪製出自然數大爆炸圖譜,發現可以用因數分析法預測和檢驗圖譜中的數圈系的類型及大小。我們也從數圈系觀察到數圈內的數字存在著等倍數列的關係,於是創造出 K--N 法則,繪製出 K--N 大爆炸圖譜,並在繪製過程中發現橡皮筋現象。最後我們分析 1--N~4--N 大爆炸圖譜,得到許多從來沒有人發現自然數黑洞現象的奇異結果。

乳牛瘤胃液消化分解與發電效益探討

此作品是以荷蘭乳牛的瘤胃液作為微生物燃料電池進行一系列探討,實驗主要包含四部份:牛瘤胃液中的微生物觀察、牛瘤胃液在不同受質下的產氣量分析、牛瘤胃液發電實驗和發電效益評估。產氣量分析的實驗中,觀察到以百慕達草為受質的總產氣量最高,然而澱粉較可持久產氣。在產電實驗中,使用自行設計的壓克力反應槽進行發電,實驗結果發現以過錳酸鉀當電解液、澱粉為受質及經過分層後的下層牛瘤胃液皆有較佳的發電效果。此外,使用日常中容易取得的稻桿亦有不錯的發電效果。在串連兩個牛瘤胃液電池後,可點亮LED燈,可顯出牛瘤胃液為一有潛力的微生物燃料電池能源。