全國中小學科展

第三名

數中有畫,畫中有數

古人說:「詩中有書,畫中有詩。」要是能變成「數中有畫,晝中有數。」那該多麼有趣,所以我就在以國中程度的範圍內,去找尋一群數學的式子,希望這些式子可以實現。也許你會想到,在畫圖的遊戲中有一種數字連連看的遊戲,從這裡我們得到了一個靈感「一般的簡易圓形,可以用若干條線段來連成。」

蝦兵蟹將─讓「磷」不再有問題

蝦蟹殼主要由幾丁質、蛋白質、礦物質三種成分組合而成,重量大約各佔三分之一,本實驗以蝦蟹殼為原料,經由洗淨、乾燥、磨碎之後,再以強酸強鹼處理,分離出幾丁質,幾丁質再經高濃度強鹼反應,製得幾丁聚醣,由於幾丁聚醣可溶於弱酸,因此其應用性較為廣泛。實驗中將幾丁聚醣溶於醋酸溶液,並使用培養皿為模具,製作幾丁聚醣薄膜,探討幾丁聚醣薄膜對於不同濃度及不同pH值的磷酸鹽類的吸附情形,以及單片幾丁聚醣薄膜對於磷酸鹽類的最大吸收量,最後再以真實水體進行測試。實驗的證明可以得知幾丁聚醣薄膜在pH=5.5的環境下對於磷酸鹽的吸附有顯著的效果,約可以吸附0.154mg P /0.2g幾丁聚醣(單片),有助於水質優養化的改善!

奈米分子篩與本土植物染,讓藍染復活

本實驗提供一個使傳統藍染工藝復活的契機,希望從減少時間成本、珍惜染料資源、減少操作複雜度、根絕水污染及減少臭味等方面提供改善方案。從結果可看出得知鉑黑分子篩可無窮重複使用,在反應過程中無其他副產物出現,並且可在常溫中進行,相對於化學還原法尚會生成硼酸鹽類,雖然硼酸鹽污染性低,但硼氫化鈉反應性高,在水中除還原染料外,尚會自行分解,故從環保、安全及經濟方向思考,鉑黑分子篩確實是讓藍染工藝復活的不二選擇。本實驗發現分子篩催化還原法,其反應以速率定律式來看為零級,如此可使控制及管理更為方便,可在反應之初,就可正確預估何時必須加入反應物劑。未來希望尋找更多具同樣性質的還原劑,及不同植物染料,使其不僅符合經濟效益,更可結合傳統與現代,使傳統具有新的生命。

「銀」「鋅」送舊-矽藻土添加奈米銀/氧化鋅防黴抗菌大作戰

本科展將市售矽藻土結合奈米銀水溶液以及氧化鋅粉末製作出一個真正具有抗菌、防黴功效的奈米銀/氧化鋅矽藻土材料。首先,探討矽藻土添加石膏、凝固劑以及改變粉末直徑對於成模固定化的影響。接著利用水熱法合成奈米銀水溶液。之後以化學沉澱法合成氧化鋅粉末。最後,則是將抗菌材料與矽藻土結合,再進行抗菌實驗。由實驗結果得知,水熱法使用0.1M的硝酸銀可合成出約10nm的奈米銀水溶液,而化學沉澱法則以0.1M ZnCl2與0.2M KOH原料進行反應,即可獲得氧化鋅粉末。對於大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及黴菌抑菌實驗證明,當10g矽藻土添加12ml 2877ppm奈米銀則抑菌百分率分別為96.2%、96.7%以及58.5%,若矽藻土添加1%氧化鋅以及12ml 2877ppm奈米銀則可達94.8%、87.6%以及78.1%的抑菌效果。

槓桿實驗器為什麼不能保持平衡

國民小學自然科學課程,台潤省教育廳統一製贈全省各國小的一一槓桿實驗器”由省立新營高級商工職業學校承製、製品美觀、堅固耐用,作為學生槓桿原理實驗器材,確實帶給學生濃厚的學習興趣,可謂編撰自然科學課程教材的一種特色‘作者教學前,必先研究教具之操作方法,在操作槓桿實驗器時,發現這批實驗器材有很嚴重的缺點 ─ 盡管從兩端加以調整施力點和抗力點,都沒有辦法保持水平狀態的平衡。為此,遺留若干疑問?等待解答。因此和幾位同仁共同著手本題的探討,預期將探討結果,提供給全省國民小學改良槓桿實驗器之參考,以利實驗教學之運用。

開口笑的春天-浮油回收

本研究乃針對歷年來海事意外所導致海洋受油類污染,其目的是將漂浮在海面上的浮油加以收集,油水分離、儲存、廢油再利用。對於大面積的污染海域,效果僅次於分散劑(化油劑)的浮油回收系統將是最快速、最便捷的處理方法,大量的使用分散劑,反而造成了二次污染。分散劑在使用上有許多限制,第一:24小時內,除油效果最好,反之,因時間拉長則效果遞減、第二:分散劑對原油有51%效果,對船用油則僅18%。大面積的污染海域,雖然分散劑噴灑的成本遠較機械式浮油回收節省,但二次污染所造成水生生物的浩劫並不是金錢可以衡量的。而機械式浮油回收能將浮油處理的更環保,在持續不斷的改良進步下,回收效率超越分散劑指日可待。

非負整數解

是因在課堂上某位同學向數學老師請教有關這類題目之求法,而老師是以一般分析方法解題。於足我們就互相研究出以統一化之整數圖解法。原題:棋盤形之街道(如下圖)今由 S 走到 T 之捷徑中所走路線恰平分這區域之走法共有幾種?解法:等於求滿足 x1+x2+x3+x4=10且0≦x1≦x2≦x3≦x4≦5之整數解 ,今列老師課堂上之分析如下圖,故得12種

螞蟻奇觀

被科學界認為可能具有智慧的昆蟲--螞蟻,我在國中時已研究三年,並且提出了報告,當時自認為對螞蟻有很深的見解,但現在回想起來,以前對這具體而微的昆蟲之認識,是有限的,我應該繼續研究,不可半途而廢。

集葉成球~n球公切球之研究與探討

本研究旨在探討「任意給定n球,存在多少個公切球?」。起初,在二維平面上找出圓錐曲線性質作圖法和圓錐曲線方程式作圖法;接著利用旋轉的概念將平面上的雙曲線以貫軸所在直線為旋轉軸旋轉,得到三維空間的雙曲面,即公切球球心所在軌跡圖形,以之推算平面上三截圓雙曲線的標準式,再進一步推導三球雙曲面的標準式,並解出其交線方程式,證明一般情況下相異三球存在無限個公切球。另外,我們找出了構成n球公切球最佳解(非無限多個的最多情形)的充分條件──n等球球心構成最多組環形,並利用畢氏定理計算公切球半徑,可推得n球公切球的個數,如下表。最後,我們以極限的觀點來觀察n球公切球的存在情形,再次驗證三球和四球中公切球的存在狀況。

花豆子菜對其幼苗初期生長的研究