全國中小學科展

第二名

簡易方法測定溶液蒸發壓

在高中化學第一冊第五章,我們首次接觸到「溶液蒸氣壓」,它立刻挑起了我們濃厚的興趣,但實驗課本中沒有任何一個有關溶液蒸氣壓的實驗,於是我們找了一些測量蒸氣壓的方法,如下圖(一)、(二): \r \r 但方法(一)中,需使用真空幫浦,成本較高。方法(二)中,水銀裝置暴露於空氣中,因此我們測量蒸氣壓對溫度的關係時,水銀蒸氣容易逸出而造成汞蒸氣污染。因此我們想出一種既簡便又安全的方法來測量溶液的蒸氣壓。

雪花飄!飄!飄!─塗料附著強度之探討

「媽!天花板的油漆又掉下來了!」姊姊在房間裡大聲嚷嚷。\r 在春節前,爸爸特別請工人將室內粉刷過一次,事隔才四個多月,天花板上的油漆已開始剝離,有時就像雪花般地飄落下來,使得原來亮麗的壁面,又變得凹凸不平。\r 我想了又想,為什麼會掉呢?是油漆本身的問題?還是塗刷的方法錯誤呢?此些引起我對塗料的附著性產生莫大的研究興趣;於是,便約同兩位同學協助,並請老師指導,開油漆始著手加以探討。

化『錐』為『球』

正多面體有五種,而阿基米德多面體有 21 種之多,其中有些阿基米德多面體可以由正多面體切除「角」而產生;亦即把正多面體的每稜邊取中點後連線,然後去除各頂點的角。 以正四面體開始,截角可以得到正八面體,再截角可得 3,3,4,4 多面體。如果繼續截角,當步驟趨近於無限大時,會得到何種立體圖形?是球嗎? 本研究先觀察此系列多面體的特性,以計算體積法、導出頂點之坐標來求得其極限值,但因體積變化無規律、頂點坐標有多餘解而無法直接求得結果。進而將此系列多面體投影於xy平面上,發現其具有4×2 k 邊形的投影形狀,並且上下左右對稱。故將此投影形狀坐標化後,可求出各點之坐標,代入二次曲線一般式中,得拋物線,即極限之形狀並不是球。

精密光學鎖

鎖的設計方式種類繁多,有機械鎖、磁性鎖、電子鎖、指紋鎖等方式,一般傳統的機械鎖容易被撬開,而電子式的密碼鎖則可以利用嚐試錯誤的方式來破解,傳統上的鎖較少利用光學方式來設計製作。物理老師在上課時有提過全像光學鎖的設計,它是利用雷射的干涉現象來製作的鎖,運用光的二元隨機相位來編碼,就很難被破解。學校物理課程有上過幾何光學,光線具有反射與折射的性質,因此我們想設計一個利用光學控制的鎖,初步的構想是利用光敏電阻來感測光的存在,利用一個圓柱型的導光壓克力棒,在圓棒上的特定位置上加工有刻痕孔洞,由於光線在圓棒內傳導時,有全反射的現象,當光線射到加工刻痕時,因為入射角度關係,光線會經由刻痕透出,再經光敏電阻感應後透過邏輯電路計算達到開鎖的功能。我們先設計光敏電阻感應光線的實驗裝置,了解光線經由不同位置孔洞洩漏出來的程度,及可能互相干擾的情況,最後根據實驗的結果,修改光敏電阻的排列方式,並搭配邏輯電路的設計製作,完成一組光學感應鎖。

竹林地區十年來氣象觀測成果分析研究

本校於民國六十年一月一日設立兒童氣象觀測教學園地,至今已滿十週年了,十年來老師每天教導我們自己動手去觀測、記錄氣象,並以不同的方法整理分析所獲得的資料,建立了我們對自然科學的研究方法 ─ 實驗重於空想的正確觀念 ─ 在此我們將十年來的觀測資料作一有系統的整理,對於本地區氣候影響最大之氣壓、溫度、雨量、風向等要素,以尋求其週期性波動,貢獻以農為生的社區農民,儘量減少農作物損失增加農作物收穫,並為校區的氣候現象作一註解。

媽媽的絕招

端午節的時候,媽媽把一大把的白色紛末,放入糯米包的粽子中,煮出來的粽子,不但色澤黃裡透亮,而且又 Q又好吃。當天下午媽媽又用湯匙裝了一小匙,放入魷魚盆中浸泡魷魚,沒出來的魷魚不但魚體變得很大,而且煮出來的魷魚,又脆又 Q,我覺得好奇妙囉!這粉末是什麼呢?這塵神奇!它下到食物裡,我們吃了是否有害呢?我就去問老師,老師說它叫硼砂,吃下身體後,是否阻礙生長,危害健康?我們一起來研究吧!

「聚」「金」「費」神

目前工業中使用之費頓法分解物質後,通常會留下大量鐵汙泥需待處理汙染,為了避免這個情形發生,故我們搜索一些能夠吸附鐵離子材質,如PAA、PVA、γ-PGA等三種市面上常見的金屬吸附劑,期望藉由吸附材質與金屬離子之螫合反應,能達到重複利用,解決鐵汙泥之問題。本實驗首先將這三種藥品初步試驗,發現PAA及γ-PGA吸附鐵離子後對於亞甲藍的褪色效果良好。我們便逐步篩選出反應速率最佳之條件。結果顯示:現針對單一吸附材料而言,PAA在濃度10-1M的Fe2+與10-3M HCl中能有最高的效率;而對r-PGA而言,在濃度10-2M的Fe3+與10-3M HCl中能有最高的效率。相較於使用單一種吸附材料,我們發現PAA對Fe2+及r-PGA對Fe3+有相當好的吸附能力,而且費頓反應在進行時,也會進行Fe2+及Fe3+離子的轉換。因此,我們透過兩者依不同比例混合後,發現能更有效的吸附兩種金屬離子,使其反應會更加迅速,其中以PAA:γ-PGA=7:3的比例效果最佳。

五分之ㄧ的真象

在上自然課時,老師帶領我們做有關空氣中氧含量有多少的實驗,我們利用蠟燭燃燒時會消耗氧氣的原理,用玻璃長筒罩住燃燒的蠟燭,蠟燭熄滅後,水會因玻璃長筒內的氧氣被消耗而上升,驗證出空氣中有五分之一的氧氣。但是我們每一組所得的結果,都不太一樣,有的水位上升超過五分之ㄧ,有的不到五分之ㄧ,幾乎都沒剛好上升五分之ㄧ的,於是在討論時,到底有那些因素會影響到水位的上昇,老師認為這是一個很好的問題,值得去研究,於是我們就展開了這次的實驗。

不同形狀的行星狀星雲的分布

行星狀星雲呈現多樣的外型,有的如星空中的魔戒,有的呈現美麗的雙極(蝴蝶)狀。什麼因素使得行星狀星雲的形狀不同?前人研究指出行星狀星雲的外形和中央星質量有關。本研究針對不同形狀的光譜譜線強度,配合其在本銀河系的緯度分布,探討行星狀星雲外形和質量的相關性。一般而言,質量較大的恆星表面溫度較高,分布的位置集中在在本銀河系盤面上。本研究以[He II]、 [Ca V]及[O III]三條譜線的強度做為中央星的溫度計,分析各行星狀星雲的光譜資料可得知其中央恆星溫度,進而推論其中央星質量大小的相對關係;而從其銀河緯度的座標可大略比較其到銀河盤面距離的大小。本研究綜合以上兩方面所得的結果,發現譜線強度較高、中央星溫度高的行星狀星雲、代表其中央星質量大,這一類星雲較集中在低緯區,其外型多呈雙極狀及不規則狀;而譜線強度較弱、代表質量低、中央星表面溫度較冷的行星狀星雲,廣佈由高到低的不同緯度區域,其外型較多圓狀及橢圓狀的行星狀星雲。

風兒多可愛!\n─探討空氣流動的現象─

在自然課堂上,進行──「空氣的流動」單元活動時,老師要我們全班同學試說:哪裡有空氣?同學們都愣住了。忽然老師拿出幾枝線香,點燃後不久,滿室生香。老師說:「空氣是實在的東西,而且會流動啊!」。我和同學們引起了好奇心,想探討出氣體流動的現象。