全國中小學科展

第一名

台北區著名瀑布成因及其分類研究

台潤地區環境特殊,面積雖小,地形卻多姿多釆,各種自然景觀亦美不勝收。時至今日,由於工商急速的發展,人口遽增,都市空間高度集約利用的結果,城居的人們已經失去了許多接近大自然,體會鄉野情趣的機會;但是由於科技的進步,生活水準的提高,人們為了找尋最佳的生活環境,開始為保存人白然而奮鬥,因此自然景觀的維護遂受社會大眾的重視與關懷。瀑布為河流地形之一,理論上,具有灌溉、發電、給水、觀光等多方面的功能,本研究的目的,係藉簡單可行的科學方法,抽樣選出台北縣、市共八處濕布,分別探討其成因,並加以概要分類,期藉此研究的結果,引起人們在玩賞、遊憩之際,能對濕布有更進一步的認識,並激發同學對地球科學的興趣,進而培養其科學研究的精神。

大風吹… … 吹什麼?

每次上學的途中,都會經過雄偉的世貿大樓,小妹總是大叫:我的裙子呀!而我,幸好長得夠壯,否則,在後座的我,恐怕也會被吹走。 我只是世貿大樓的過客,不知住在大樓旁的住戶,是否有“大風吹”的困擾。為此,我們相約到世貿大樓附近測量風力。風向變化的情形,也給媽媽一個良心的:風太大的時候,不要強行通過,可以繞道而行。這種風,只在特定區域才會大。

國王的海巿蜃樓

當豔陽高照時,走在柏油路面上,觀察遠方柏油路面上的人、車的景物,經常會因為空氣的折射,而晃動地十分厲害,就好像我們觀察火爐上方的影像一般。甚者,遠方的柏油路面偶爾會出現類似積水的現象,積水中甚至會出現人、車的倒影,但此時的柏油路面不僅沒有積水,更是熱得發燙。由於我們總是在炎熱的天氣中,看見柏油路面上的假積水現象及倒影,因此多數的人均認為,柏油路面上的假積水現象及倒影僅會出現於溫度高的白天。而主要的成因,是因為空氣層之間的溫差不同,使得遠處射向柏油路面的光,不斷地折射,在接近地面時發生全反射,而產生倒影。許多書本皆認為此現象和沙漠中幻影的成因相同,皆可稱為「海市蜃樓」。南一版的基礎物理課本寫道:「遠處物體所發出的光線,經過空氣層間的折射和底層的反射後,不是沿直線進入我們的眼睛,而是如圖中所示的曲線,使我們以為是從路面下的倒影所發出。」但我們觀察發現,地面與上層空氣的溫差,並非柏油路面上假積水現象及倒影出現的必要條件;反而和入射光的角度、路面的平坦程度及路面的性質有關。因此我們認為假積水現象及倒影主要的成因是「柏油路面的單向反射」而非「空氣的折射與全反射」。我們提出了粗糙面在入射光的入射角接近90度時,可發生單向反射的模型。在雲嘉區科展中,我們提出了兩個現象來說明假積水現象及倒影主要的成因是「柏油路面的單向反射」而非「空氣的折射與全反射」。一、在強風中(飛砂石亂走),假積水區及倒影仍存在。二、夜晚地面已和氣溫相同時,強光源亦可出現倒影等等。但評審老師認為,我們所持的僅是間接證據,況且,我們可能發現了柏油路面上產生倒影的另一個機制,但並不能駁斥在豔陽高照時,會因為折射和全反射造成倒影的可能性。我們在區賽後再接再厲,終以改變地面性質使積水現象消失,駁斥「因為折射和全反射造成柏油路面假積水現象和倒影」的傳統論述。揭穿了這個「國王的海市蜃樓」。

活力再現

主要是研究使用橡皮筋彈力器驅動潛行車廂體進入隧道後,產生的活塞效應與引流效應做為主題,探討潛行車廂 (斜面、平面車頭造型)對隧道內各個垂直圓周角度(@15°)與水平@18cm的氣流速度變化。結果發現在隧道活塞效應與引流效應最大的為垂直圓周角60°位置,再針對隧道圓周角60°水平向之B- 4、E- 4、H- 4、K- 4等孔位開設直徑4cm的通風口,測試驗證開設通風口後能有效降低活塞效應,使引流效應趨緩。潛行車廂行駛隧道所引發的最大活塞效應與最大引流效應之位置所得數值,建議於活塞效應與引流效應最大位置區可設置通風口或減壓井,甚至利用空氣流速效應設置發電機組提供隧道內之照明,使隧道成為綠隧道。

雨後天晴─水滴透鏡對植物生長的影響

有一天下雨後剛出太陽我遠望一片菜園更加青翠茁壯是植物受雨水和陽光的影響嗎?我們都知道植物生長要靠光和水行光合作用,但是有沒有辦法加速它的速度呢?透鏡有些可以聚光能把它拿來利用嗎?和雨後初晴綠意盎然的現象有關嗎?於是我們去請教老師,在老師指導下進行實驗研究。

論平行電板間肥皂泡之變形現象

觀察肥皂泡置於平行電板中時產生變形,本研究探討此現象並提出相關解釋。經由實驗發現肥皂泡在電場下的形狀是橢球的一部份;肥皂泡在施加電場前後的高度比與寬度比是兩電極板間電壓的二次曲線,且離心率與電壓成正比關係。透過觀察肥皂膜的光學性質、分析皂膜受力以推測其電學特性,確定系統之電荷與電位分布,進而提出理論模型計算系統能量,解釋平行電板間肥皂泡之變形現象。

兩色正十二面體

五年級在數學資源教室我用百力智慧片進行正多面體的研究,發現正多面體共有 5 種。後來,在「趣味數學謎題的 20 種解法」,這本書中的問題 52 : 〔 想用紅藍 2 種顏色塗立方體的 6 個面,會有 10 種塗法,但滾動時會成為同顏色的只算是 1 種。 〕 這問題引發了我用兩種顏色塗其他正多面體的興趣。在老師的鼓勵下,校內科展時,我發表了用兩種顏色塗正八面體的方法,我發現共有 23 種類型。接下來,我則進一步探討兩色正十二面體的問題。

「膠」響樂 - 熱塑水晶混合各種膠類效果之研究

熱塑水晶是一種熱塑性塑膠,它在低溫(60度↑)就能軟化重新塑形,無毒可分解能重複回收使用。我們以各種物質和熱塑水晶混合,自製量化檢測工具進行檢測。經實驗得到以下結論: 1. 便宜的蠟筆可取代色母,幫熱塑水晶進行染色(熱塑水晶:蠟筆 = 10:1)。 2. 清潔劑混合熱塑水晶,不能改變性質,但能直接處理沾手問題。 3. 不同膠類混合熱塑水晶,會產生不同變化,我們研發出幾種較具特色的產品,進行應用。 (1) 保麗龍膠熱塑水晶 以1:1比例混合,熱縮快,熱縮量達60%,在乾掉前拉過,甚至可達80%以上。 (2) 矽膠熱塑水晶 以1:0.05比例混合,延展性佳、乾掉速度慢、產生的絲有極佳的韌性。 (3) 熱熔膠熱塑水晶,增加原有熱塑水晶的沾黏效果。可以黏住金屬、玻璃產品。

探測原子—α粒子散射的模擬實驗

天地萬物形狀各異,色彩繽紛,或輕如雲絮,或巨如天體,各式各樣。但是其基本的構造均是由原子堆砌而成的。對於這半徑只不過是 10 -8cm 大小的原子,由於我們目不能及、手不能觸,因此只好隔著一層薄紗般地去臆測、去揣度、去求證。究竟原子的結構如何?是否有什麼奧秘之處?吾人心裏實在充滿著許許多多的問號自二十世紀以來,已有許多物理學家提出了各種關於原子模型的理論與研究,我們遂選擇目前最被接受的原子模型,設計模擬實驗,希望藉此實驗來驗證吾人所學。

石之覓

對於自由中國之高中科學教育而言,七十三學年度實是教育史上嶄新的轉捩點。我們除了由衷感佩政府為科學教育之紮根所做的一切努力外,更有感於高中新科學課程教學之任重道遠,故針對地球科學中「岩石」單元之教學,從事鄉土資源之尋覓與探討活動,並加以研究,製作成一系列礦物岩石標本,實物幻燈片及相片等的「視、觸」教具,冀能運用於實驗教學活動中,正確導引升學主義衝擊下之學子認清生長的環境,進而去適應、喜愛、並運用環境,使課內知識與現實生活密切融合,充分發揮新科學課程之精神。