全國中小學科展

第51屆--民國100年

翻滾吧!小水滴—超疏水表面製備及應用

為了研究超疏水的應用價值,我們首先運用溶膠凝膠法製備超疏水溶液,並利用浸潤的方式將基材表面進行改質。透過控制各項變因觀察其超疏水效果與耐酸鹼程度,結果發現超疏水溶液的製備條件以攪拌20小時、乾燥1.5小時效果最佳。以此配製條件下將超疏水溶液應用於鐵釘的防鏽,實驗結果發現鐵釘表面塗佈超疏水溶液後有助防止其生鏽。另外,為了增加基材表面塗佈超疏水溶液後的實用性,我們利用不同溶劑將超疏水溶液稀釋以期增加基材透光度,實驗結果發現若選用丙酮做為稀釋液則透光度效果最佳。

騰雲駕霧

雲霧是一種很奇妙的東西,在自然界中總是變化萬千,給人一種神秘感。而為了揭開雲霧的神秘面紗,我們設計製作了一個可調整氣壓的寶特瓶,使用打氣筒將氣體打入瓶內至一定壓力後再釋放,模擬水蒸氣升到高空,壓力下降而產生「絕熱膨脹」現象。此時瓶內氣體對外界做功,當溫度降到「露點」時,便可從瓶內看到霧氣產生。我們想藉此實驗來了解雲霧的形成,並探討當寶特瓶內外壓力差改變時,溫度會如何變化?所形成的雲霧有何不同?寶特瓶體積大小、放氣速度快慢、瓶內水氣多寡或其他揮發性液體,又會對雲霧造成什麼影響?經過一連串實驗後,讓我們了解了絕熱膨脹、露點溫度及飽和蒸氣壓等概念,也對自然界中變幻莫測的雲霧,有了更深一層的體認。

愛『拼』才會『轉』

智慧拼圖現在已是一種處處可見的益智遊戲。在本研究中我們利用矩陣去定義智慧拼圖的位置,實際去操作a11與其他位置互換的狀況。我們將矩陣分成長方形與正方形兩部分來討論,並且在兩種不同形狀的矩陣中找出基本變換型,並且定義出一些固定走法,讓我們推導出不管是m×n矩陣或是n階方陣我們一樣可按照固定走法配合基本變換型進行a11 與aij的最短路徑的位置互換。最後我們嘗試點對稱的倒轉,也就是將矩陣內所有aij與a(m+1-i)(n+1-j)對調,去找出倒轉的可行性及步法規則,並且利用遞迴數列推導出在我們的固定走法下的步數通式。

正多邊形的圓舞曲

上數學課時,我們從五上第七單元【三角形與扇形】學到了如何求出三角形的內角角度及扇形角度,第九單元【表面積】扉頁說明認識了正多面體。我們在一次偶然機會,將課本上已分成四等分的圓形圓周上與半徑相交的點相連,發現可以連成一個正方形,經由老師的說明才知道原來這是「圓內接正四邊形」,於是我們想進一步深入研究圓內接正多邊形。我們利用半徑六公分的圓製作各種圓內接正多邊形,將對摺、平分、倍數等觀念,成功摺出圓內接正偶數邊圖形;利用半徑等分,也成功摺出圓內接正三、五、七、九、十一邊形;我們更將摺出的圖形組合成各種正多面體及正三角形多面體;最後再試著利用一張圓內接正多邊形做成角錐。由平面到立體,讓我們在研究與實作的過程充滿驚喜,真的是太有趣了!

Compsition Ⅷ

阿波羅尼奧斯問題(Apollonius' Problem)是古希臘數學家阿波羅尼奧斯(Apollonius of Perga)提出討論的幾何作圖問題:設有3個圓,要如何做出一個圓,使其與已知三圓相切?另外,如果將題目中的圓以線或點帶入,則總共十種的題目,要如何做?阿波羅尼斯按已知條件將問題分成10種:點點點、線線線、點點線、點線線、點點圓、點圓圓、線線圓、線圓圓、點線圓、圓圓圓。對於阿波羅尼奧斯所提出的問題,我們嘗試利用了國民中學第五冊尺規作圖的概念與邏輯思考來證明。

蟬聯冠軍之蟬聲特性分析研究

蟬聲的頻率及時間特性雖有部分重疊,但仍有許多特性可相互區別。而從雄蟬發音構造中也發現,其共鳴腔體積、鳴膜及腹瓣面積都會影響到蟬的鳴唱音量,但以共鳴腔體積與鳴膜面積影響較大,而鳴膜除了影響音量外,鳴膜厚度還會影響音頻高低,且摺皺數愈多,蟬聲的音調變化愈多,而腹瓣則還有保護發音構造的功能。另外,我們也可以確認蟬具有多樣的聲音,且引起發音的情境也不同,雖然目前無法明確指出其功能,但不論同種或異種蟬的召喚音都能引起蟬的群鳴,但同種比異種的召喚音更能引起群鳴。棲地與活動時間重疊的蟬,其聲音的變化性愈高。從這些特性分析中發現親緣關係愈接近的蟬,其蟬聲特性愈相似,其聲音親緣樹枝圖大致上也符合蟬的親緣關係。

「蒸」蒸「日」上

我們想利用太陽能來製造蒸餾水,其實原理很簡單,就是利用水的蒸發與凝結。實驗中發現裝水容器的『開口大小』、『顏色』與『材質』都會影響水的蒸發,但是要怎麼多收集一點太陽能、提升水蒸發的效果,是我們要努力的地方。我們自製了第一代、第二代與第三代太陽能蒸餾水器,不斷改良,增加製造蒸餾水的量。我們更利用溫室概念,使用太陽能板與燈泡增加內部溫度,也用可調整式反光片增加外部溫度。經過了實地測量,確實可以將泥水轉換成乾淨的蒸餾水。希望我們研究的概念與結果,將來能夠成為一股清流。

扶搖直上—探討平原菟絲子的生活習性

平原菟絲子寄生植株以莖的部位最多,佔全部寄生質量的72%。平原菟絲子無法在純水中成長,以不同濃度的蔗糖水來進行測試,在2%的糖水中生長長度較其他濃度佳。平原菟絲子的果實內含有1~3顆種子,且2顆種子佔72%,種子在純水環境中的萌芽長度極限為7.2公分;3%醋酸水溶液會抑制種子發芽;在0.01M小蘇打水溶液鹼性環境中,生長極限為12.0公分。平原菟絲子同時具有向光性、背地性及向觸性,但無向溼性。捲曲莖內具有類似彈簧的彈性物質且成分為蛋白質;莖與寄主橫向剖面實驗中,發現吸器纏繞在寄主莖上,平均橫徑約1.3微米,部分吸器末端侵入寄主後會延伸出特殊組織,平均長度約1.3微米,但並非在每個吸器皆有此構造。平原菟絲子對植株皮層酸鹼具選擇性。

平原菟絲子(Cuscuta campestris)的適應性早熟?

本研究主要探討平原菟絲子產生適應性早熟的原因,發現當平原菟絲子處在不穩定或養份不足的環境中,吸器的生成個數會明顯減少,並加速開花結果的速率。不同於其他植物的早熟,平原菟絲子結空穗機率明顯較低,顯示其對於不穩定環境的耐受度提高,並提升子代存活機率。平原菟絲子適應性早熟現象發生時,常伴隨著產生自我寄生。相對於一般寄生,自我寄生吸器生成時間較一般寄生長,吸器大小並無顯著差異,然而吸器數量較少,且較為深入宿主。起初推論自我寄生為演化中的缺陷,這樣造成其無節制的寄生,對生存有害。但是經過長期的觀察之後,發現其生長狀況並無受到影響,而是週遭環境不穩定,所促使暫時分解自體本身的養分,以度過考驗。

走訪「八掌溪觸口斷層現象之地層位態變化與牽引褶皺」之研究

科學中心舉辦一次戶外地質探訪,在教授帶領下,我們走訪黎明國小和攔砂壩的河床。我們發現河床被河水侵蝕產生各種景觀,透過現場調查,我們瞭解到這些都是因為地勢高低差引起不同的位能變化造成,在此地區有下切行水區、圓弧磨蝕面、湍流、壺穴、漩渦等。老師也指導我們觀察此露頭複雜的斷層現象,並協助我們以一公尺為單位拍攝60 公尺的照片。回來後,我們將照片拼貼,在老師指導下標出照片上地層褶曲、斷層及壓力方向,藉由這些照片和符號,我們深入探討這一段雜亂的斷層現象,發現和中央地質調查所的地質圖標示的觸口斷層位置不同,所以我們由河水兩岸礫石層研判此溪為一斷層,而在此段受強力或持續擠壓造成大轉彎。