全國中小學科展

第三名

以小見大—從大小礁溪沖積扇群窺視蘭陽平原的演育

蘭陽沖積扇及其平原的演育,一直是地球科學界所注目的焦點。許多的學者或由地質、或由地形、或由地球物理提出他們卓越的論點;本研究嘗試換另一個角度:以沖積扇去推測宜蘭二萬年前至今的平原變遷史;在整個研究中,結合平原內的地質、地球物理及古海平面資料,藉由文獻探討、GIS、多元迴歸與物理原理,去推測它們之間的關聯性。結果修正以往的看法,認為導致宜蘭平原雪山山脈側沖積扇的規模及數目較大的說法,可能是受斷層作用及陡降的基盤面等控制因子影響所致;另外利用多元迴歸分析,預測8000年前至3000年前海岸線的位置與陳文山(2005)推測海岸線位置相當吻合;並提出:宜蘭平原古沖積扇演育大致可分成四個時期的新模型。

垂榕葉的類胡蘿蔔素探究與在洗髮精上之應用

研究校園樹種的類胡蘿蔔素含量及萃取方法製成的自製光合色素天然洗髮精。以分光光度計測量類胡蘿蔔素的濃度且計算含量,發現垂榕向陽葉的類胡蘿蔔素含量最高1.01(mL/100g)。經丙酮萃取再以4M氯化鈉溶液鹽析後,可得最高類胡蘿蔔素含量1.70(mL/比對照組增加39%的類胡蘿蔔素含量,能替代二次萃取的丙酮。以 LED燈光照垂榕,發現以藍光1600lux連續光照24小時/日後,可以達到最高類胡蘿蔔素含量變化率58.69%。以校樹 萃取出的類胡蘿蔔素加茶籽粉製成的自製光合色素天然洗髮精,經自製洗髮試驗裝置洗髮後,測量出洗髮水的導電度,發現去除模擬人體油脂量大於市售洗髮精,TDS279ppm,pH5.96呈弱酸,可維持人體皮膚健康,天然環保且成本低、製備容易,未來可應用至洗手乳。

實驗探究轉動液體的遲滯現象

U形管繞著鉛直軸轉動時,如果鉛直軸和管的對稱軸未重疊,管中流動的液體會發生遲滯(Hysteresis)現象;利用三叉管、方形盒、圓柱筒和方形筒做實驗,發現液體在五種不同形狀的容器中都會發生遲滯現象。 U形管、三叉管、和方形盒轉動時,旋轉盤的轉速由慢漸快時,液柱高度在特定轉速時會大幅度的升高,旋轉盤的轉速由快漸慢時,液柱高度在特定轉速時會小幅度的下降,作液柱高度和轉速的關係圖,會呈現遲滯曲線。 圓柱筒和方形筒繞鉛直軸轉動時,遲滯現象會隨著鉛直軸轉盤中心點距離而異,液面觸底後乾燥區會呈現圓、橢圓、三角形和部分橢圓等不同圖樣。

一二三犇牛山,山上尋找古海灘-碎屑化石密集層與油氣環境之探討

本研究對象為台南市牛山剖面六重溪層內碎屑化石密集層,透過野外調查與模擬實驗,分析六重溪層上部化石密集層,與下部油氣儲集層關係,並推論牛山地區古今的地理環境。 我們發現這些密集層的化石種類,具有相似的地質現象,因此重建碎屑化石密集層間的關係 ;並採集沙灘現生貝類與觀察碎屑分布,透過破壞實驗與水流實驗,了解貝類被破壞成碎屑 的能量,與碎屑被搬運堆積的過程。 本研究針對岩塊孔隙率測量,提出獨創的浸沒白油法,並與專業儀器測得孔隙率之砂岩比較,證明具備準確性。透過高解析度的電腦斷層掃描圖,分析砂岩中孔隙的分布情形;並推測六重溪層下部油氣儲集層,其地層條件與上部碎屑化石密集層類似,為膠結較不緻密的鈣質砂岩地層。

以單鐵源合成磁性氧化鐵之探討

本研究嘗試利用「自製磁吸裝置」來探討傳統合成Fe3O4的條件、並開發以「草酸亞鐵」為前驅物經過氧化氫系統氧化合成Fe3O4的方法,成功控制以單一亞鐵源合成Fe3O4。為了能夠量產Fe3O4,實驗以「窯燒」方式進行,使不同含鐵起始物隔絕氧氣並在高溫下重新排列組合。由於部分鐵源所製出的產物磁性強卻具雜質,因此我們採用虎克定律作為輔助以判別磁性差異。 實驗發現需要適當pH環境與反應速率才能得到磁性的Fe3O4產物。在熱裂解方法中,以「草酸亞鐵」作為前驅物進行600℃、2小時封窯加熱後所製成的Fe3O4雜質少且磁性佳。實驗以銅置換反應及鐵硫氰鹽、普魯氏藍等顯色方法為依據,鑑定起始物在高溫下的磁性產物中不含鐵元素,最後也以科學上具有公信力的XRD證明此結果。

不同建築配置在土壤液化狀況下受震反應之差異比較

沿海地區地質受震後易產生土壤液化,影響建物安全性。本研究以相同土質,模擬土壤液化後並進行震動實驗,期能比較出不同建物配置和基地沉陷量的相關性。 研究結果顯示,未過篩土質因顆粒大小差異,易在震動後造成土壤液化;當建物過重易造成較嚴重沉陷;偏心建築配置,受震後易造成基地不均勻沉陷,且在餘震後易造成更大災害,使建物倒塌;基地面積越大,土壤液化後沉陷會比面積小的輕微,傾斜程度也較小。在相同基地面積下,當地震波方向與基地長邊同向時,較不易沉陷;建物重心過高,地震後易承受較大旋轉力矩而倒塌。 研究結果建議開發基地時應選擇非沿海地區或進行地盤改造,面積大且接近方形基地上配置輕量且重心較低建物。

水與空氣的相撲大賽-旋轉彎管對水面升降的影響

本研究是從改良虹吸管實驗將水引出的使用習慣出發,進一步探討旋轉彎管對管內水面升降的影響。 首先在研究1和2中發現在空氣中旋轉管子後,管內水面上升,旋轉愈快及旋轉半徑愈大,水面上升愈高。在研究過程中,意外發現管內水面有時不升反降。因而設計研究3,直接將管子上下顛倒,改由在水中旋轉,管子轉愈快及旋轉半徑大,管內水面下降愈大,且變化幅度比研究2明顯。甚至可將空氣引入水中,增加水中含氧量達18%。 最後研究4中發現傾斜彎管其傾斜角度愈大、彎管鉛垂向下且出水口端低於水面時,當旋轉後,最能啟動虹吸管減少抽水時間,外管愈長抽水愈快。值得一提的是彎管並非在旋轉半徑大時抽水最佳,此與前三個研究結論顯然不同。

生質環保「袋」著走

塑膠垃圾汙染日益嚴重,為了替環境盡一份心力,我們決定研究生質塑膠膜。使用玉米澱粉和明膠為基底製做生質膜,調整各項材料比例,再進行拉力、吸水能力等物理特性及燃燒、土壤掩埋分解測試。發現自製生質塑膠膜的張力能夠高於市售塑膠;燃燒後質量縮減率也可達100%;經土壤掩埋一週後即可完全分解。 我們依據自製生質塑膠膜各種特性考量,選出最佳比例:[0.5%甘油水溶液100mL+2g明膠+2g玉米澱粉+1.5mL醋]生質膜,將其製成餐具外包裝、塑膠背心袋、鉛筆袋、物品外包裝等日常盛裝非水性物品之塑膠袋,證實自製生質塑膠膜可以達到和市售塑膠一樣的包裝及承重效果,丟棄燃燒後可大幅減少灰燼剩餘質量;經土壤掩埋後亦可在自然環境下完全分解,達環保目的。

逆流而上

若將物體放在容器中,從上方開啟水流,物體不會下沉,反而迅速上浮!我對此感到好奇,便展開了研究。 我首先實際操作實驗,發現物體受力越大,上升速度越快;流體雷諾數越大,物體上升速度也越快。再以「COMSOL Multiphysics」模擬研究,獲得此現象之詳細資料,發現此現象有許多不同的流動模式,也得到和實體實驗等價的結果。 此現象可應用於農作物揀選與清洗之機械,揀選精細度達到一公克以下,有極高的應用價值。

風「颱」走了蓋─在自製風源下,影響容器頂蓋受力情形之探討

颱風過後,學校好多水塔蓋都不翼而飛,我們幾個同學很驚訝,想進一步探討水塔蓋被吹走的物理原理為何?便進行了一系列實驗探究。首先,尋找出強而穩定的適當風源,最後改良成四小扇前後間距2cm時,因產生類似氣流倍增作用,所以產生較強的風速。實驗發現,愈靠近出風口處的風速愈大,減輕的重量也愈多。 根據伯努利定律,減輕重量是風速差造成壓力差所產生的作用力。蓋子之所以會被吹走,是因為靠近出風口處的風速較大,產生較大的向上作用力,蓋子便先從此處被掀起,一旦蓋子被掀起,風力垂直作用於蓋子的面積就愈大,蓋子就愈容易被吹走。 最後,我們將頂蓋改良成不同的型式,發現邊緣高度為外斜型式的頂蓋,具有很好的避免被強風吹走之效果。