全國中小學科展

佳作

廢棄乾電池大變身—燃料電池

由實驗可知廢棄乾電池可資源回收再利用的部分達 76%以上,其中電解質經純化分離可得到有催化劑效果之MnO2,回收率達61%,電池鋅殼材質與實驗室用鋅片材質相當,電池碳棒除可當電池之電極外亦是實驗室常用之導電材料,故廢棄乾電池確實可完整的資源回收再利用;在自製之簡易氫氧燃料電池裝置中,我們發現需考量碳電極使用前之適當處理、正負極之集氣區設計、收集氣體量多寡、電池組的封裝以及鎳、Pt\r 粉之添加與否等問題,電解液之選用則是以濃度為2 M 的氫氧化鉀溶液為佳,經過努力之後,我們成功以自製的簡易串聯保特瓶氫氧燃料電池裝置使得電子蜂鳴器、LED 燈及鬧鐘開始動作,實驗結果證實廢棄乾電池是可搖身一變成為新的電池明日之星—氫氧燃料電池。

呼風喚雨

「大雨大雨一直下???? 」想要讓天空中的水掉下來(降水),可不容易!首先,一定要使空氣中的水氣達到飽和。但不是飽和的水氣,就會凝結而降水,往往還需要空氣中的小微粒(例如:灰塵、煙、花粉?)附著,才能形成小水滴或冰晶,而這些小微粒就是我們所要研究的對象~凝結核(condensationnuclei)。凝結核的種類非常多,我們可運用人工的方式,將凝結核散佈在空氣中,除了讓小水滴附著外,也可降低溫度,增加凝結的效果,達到降水(圖A)的目的,這就叫做「人造雨」(rainmaking)。期望我們的實驗能找到最佳造雨的條件,除了解決缺水的問題,還能兼顧自然環境的保護。此外,古代人們擺設香案,祭天求雨,其實是以燒出來的煙飄到空中,做為凝結核,達到下雨的目的,這是有科學根據,與神蹟無關喔!

蔬果與飲料總抗氧化活性之研究

食物抗氧化活性為現代人營養選擇的重要指標,本研究以抗氧化物的還原能力,分析常見蔬果、飲料等食品之總抗氧化力,提供日常食物選擇上的參考依據。進一步探討果實不同部位的抗氧化活性差異中,顯示多數水果果肉均非總抗氧化活性最佳部位,可以將全果實或種子部位均質後飲用,可以獲得更多的抗氧化營養成分。並且從栽培方法與栽培基質的研究結果中,顯示有機栽培方法及牛奶施肥方式,對於增加蔬菜中之總抗氧化活性確實有非常顯著的影響。

超省電!The Automatically Controlled Fan

本組改良第50屆國中組化學科「愈熱愈涼快」的實驗。除了沿用電解池的導電性會隨著溫度的改變的原理外,有以下改良: 1.電壓由15伏特提升至110伏特,以應用於一般電器使用。 2.將直流電改為交流電,並以銅棒對硫酸銅溶液通電,溶液濃度與電極因此皆不會減少,能長期使用。 3.利用溫度改變能使氣體熱漲冷縮的特性,製作氣體溫控升降儀,加大溫控效能,並達到自動化斷電目標。 4.最後,同時串聯四台風扇,以模擬教室環境用電,增加實用性與發展可能。

小強競速之步步為「贏」

實驗發現蜚蠊跑步時的狀態與影響速度之因素:(1)蜚蠊跑步時會抬高頭或腹部,以利跨步前進。(2)蜚蠊行進時利用觸角探索地面及路線。(3)蜚蠊主要利用中足腿節撐住身體重量,中足腿節及跨步時跗節角度則因蜚蠊棲息環境差異而不同,以利承受身體重量。(4)蜚蠊前足向前伸長(<50o)跨出,以利跗節抓地向前。(5)蜚蠊後足跗節(>100o)向後推出以利身體向前,後足脛節越長,身體推進更遠,速度就越快。(6)蜚蠊後足第五跗節較長時力臂較大,較能顯現出力量,而第一跗節連爪,當第一跗節愈短時則更能機動抓地推進身體而增進其速度。(7)各節跗節末端褥盤分泌液有利蜚蠊在較光滑或垂直的環境中爬行與跑步。

節能簡易高效率膠原蛋白萃取法--海水魚淡水魚魚鱗結構比較、膠原蛋白萃取率及螢光效能分析

魚鱗為氫氧基磷灰石及膠原蛋白所組成。本實驗比較各兩種海水及淡水魚魚鱗結構,用簡易水煮法萃取膠原蛋白。實驗發現淡水魚-虱目魚膠原蛋白萃取效率最好,1~40分鐘約能溶出 0.2g膠原蛋白 / g 魚鱗,次為鱸魚、烏魚,龍膽石斑的溶出率最差,與魚鱗結構相關。SDS、X光繞射分析顯示膠原蛋白純度高,且加醋煮能提高溶出率 2~6倍。螢光光譜結果顯示膠原蛋白在325 nm 雷射光激發下即能偵測訊號強度大的藍光(410 nm)及綠光(490 nm),為偵測物質膠原蛋白含量的好方法。本實驗1分鐘加醋水煮虱目魚魚鱗的膠原蛋白成本1.5 元 / 1000 mg 為市售的 2~3%,為簡易高效能的膠原蛋白萃取方式。

分分合合-圖形的分割與重組

我討論六種不同圖形的分割與重組方法,發現以下的結果: 一、 正三角形與正方形的規則為等分量的平方。 二、 等腰直角三角形的規則為公比=2的等比數列。 三、 A類、B類三角形的分割規律為費氏數列,正五邊形的分割規律為盧卡斯數列。 四、 以p表示A類三角形的腰,q表示A類三角形的底邊,A類、B類三角形的腰或底邊之分割(p,q)值為費氏數列的相鄰兩項,且其排列規則也會符合費氏數列的產生規則 五、 以bn為正五邊形Cm的個數,則分割、重組的關係式為:bn?Cm=Cm-(n-1)+Cm+(n-1),n≧2 。 六、 以an為正五邊形Cm的個數,則分割、重組的關係式為:an?Cm=Cm-(n-1)+…+Cm+(n-1),n≧2。 七、 以任意數α為正五邊形Cm的個數,可將α分解成an及bm的和,再利用五、六的結論進行…分割、重組,不過重組的方式並不是唯一的。 八、 任給αA+βB ,當α/β介於0.5到1.618之間,可以檢查α/β介於哪兩個連續的Cn之A、B兩類三角形的數量比值,並利用解聯立方程式的方法解出αA+βB=pCn-1+qCn。

液滴受震波驅使而產生向上爬坡行為之物理機制探討

我們研究的主要內容是研究液滴處在激烈震動的傾斜板子上時,為何會產生向上爬坡的現象?我們發現水滴大小、頻率、振幅、液滴成份、板子與液滴之間的附著力、爬坡角度與水滴形變等,對液滴爬坡速率皆有影響。我們試著改變板子的傾斜角度,水滴最大的爬坡角度可達43度角。液滴之所以會爬坡,主要是因為震動使其形狀產生變化,受到板子附著力及水滴表面張力兩者的拉扯,加上重力與慣性的影響,水滴會先形成突起的柱狀體,之後柱狀體會往高處移動,因此帶動了水滴的爬坡效果,以上是利用高速攝影技術所觀測的結果。我們亦利用木板、壓克力板與橡皮筋來製作一個模擬水滴可爬坡的裝置,結果顯示,壓克力板會因為橡皮筋的拉扯而產生向高處移動的效果。

巴斯卡正方形

本文將一道組合問題可能的方法數製成正方形表格,以「巴斯卡正方形」命名。將此正方形內的組合數同餘若干自然數後,觀察及歸納其結果。 同餘後不同的餘數配予不同顏色,產生一些特別的圖形,例如:「教大中庭系列」及「棋盤格系列」。我們研究了這些圖形的規律性以及對各個餘數的個數進行計數。 我們利用Lucas’s Theorem及(1+x)n 展開的係數搭配乘法原理來做計數的工具,並且研發了一個算式用於計算任意組合數被質數的次方同餘後的結果。

.乾坤大挪移

※本文所探討的是關於有趣的移位遊戲 (本文問題一,共討論三種情形):偶數個硬幣依序交錯排成一直線,設有反面硬幣數n 個(ex.正、反、正、反→反、反、正、正),最少移動次數 n(n+1) /2次;偶數個硬幣數非交錯(ex. 正、正、反、反→反、反、正、正),最少移動次數n2次;與奇數個硬幣數非交錯排列(ex. 正、正、反→反、正、正),最少移動次數n(n+1)次。 (本文問題二,共討論五種情形):利用技巧定義出「跳島攻法」,當移動過程符合跳島攻法,可得到最少移動次數步驟,其最少移動次數的公式:※當符合(空格數/字母數)≦1/2 時,奇數個字母為 N2 + 3N − 8/2 次;偶數個字母為 N(N +1)/2 次。 以上雙主題研究皆以數學歸納法證明公式正確性,希望藉此推廣到一般移位遊戲,謝謝!