全國中小學科展

第52屆--民國101年

霧望在莒-金門起霧日相關研究

分析金門氣象站2004~2011年的日平均資料,發現二至五月起霧當天的溫度、露點、相對濕度大致比該月的平均值高,風速則是比平均值低,風向為南至西南風、異於氣候平均值的東北至東風。再分析起霧前後五天的變化:氣溫、露點、相對濕度在起霧當天最高,風速則在起霧前一天最低,風向在起霧前以東北至東風為主,起霧前一天及當天則變為南至西南風。由於起霧日時霧的不穩定性難以對天然的霧做實驗,因此藉由造霧器可以人工造霧、類比霧水的情況,我們嘗試改變溶液,進而觀察在相同環境下,霧水可以上升的高度與散去的速率,發現較有揮發性的液體在相同造霧器下可以上升的高度較高,有雜質的溶液霧氣散去的速率會較為緩慢,溼度較高散去速率亦較慢。

調味與抑菌兼具的食材與口腔細菌之探討

本研究目的在探討蒜頭與山葵等日常調理食材對於口腔細菌的生長抑制效果,並嘗試針對這些食材的抑菌效果開發日常應用。研究方法主要是利用紙錠法進行抑菌作用測試。研究發現:(1)對口腔細菌具抑菌效果的食材為蒜頭和咖哩,而咖哩的抑菌效果主要來自薑黃;(2)蒜頭的抑菌效果和蒜汁濃度呈現正相關,薑黃的抑菌效果則無此劑量反應關係;(3)蒜頭和薑黃對轉醣鏈球菌不具抑菌作用,因此應無防治齲齒的效用;(4)以30%的蒜頭汁調製的天然漱口水的抑菌效果明顯優於某一品牌市售漱口水。加入紅棗等食材調味,可能使漱口水的口味更好並同時加強抑菌功效。本研究證實若干食材確有抑制口腔細菌的功效。我們也證實了這些天然食材的抑菌功效可以應用到日常生活。我們期待能進一步探討這些食材抑制細菌的原理,並開發更多有益的日常應用。

『氫』、『銅』、『氣』時代~由自製氣體體積量測系統來探討硫酸銅加速鋅粉與鹽酸反應之機制

為了找出硫酸銅加速鋅與鹽酸反應的機制,本組自製氣體體積量測系統,並設計實驗證實此系統可準確量測氫氣體積,誤差僅有1.76%。實驗發現:在硫酸銅加速鋅與鹽酸的反應中,銅離子並非催化劑,且只有可被鋅還原的金屬離子,才有加速效果。鋅片在本身可解離的條件下,可經由導線將電子傳遞至銅,使銅端產生氫氣。本組推得硫酸銅加速氫氣產生的機制如下:鋅先將銅離子還原,使銅附著在鋅上,電子由鋅傳遞至銅,再由銅傳遞至氫離子,而產生氫氣。後續實驗確認:銅是加速氫氣產生的關鍵,其可加速的原因:一、還原後的銅會附著在鋅上,形成許多孔隙,使反應總表面積增大;二、銅與鋅間只要有電子的傳遞,就可加速反應,銅的角色可能是加速鋅電子的釋放。

薯榔之美

薯榔染是一種美麗且有趣的原住民傳統技藝,一開始的用途是為了防腐、防霉以及將圖騰印製在衣服上。我們利用薯榔來製作染劑,發現把染好的布泡入媒染劑碳酸鈣、氯化鐵、醋酸鋁、醋酸銅後,顏色分別是深紅色、咖啡黃、粉紅色、咖啡色;而且不同的媒染劑防霉效果順序是:醋酸鋁>碳酸鈣>氯化鐡>純薯榔染>醋酸銅>胚布。我們也發現薯榔染劑可以做為酸鹼指示劑,pH值越小的液體,顏色偏橘黃色;pH值越大,顏色偏咖啡色。綜合我們的研究,發現原住民的傳統染布,使用薯榔作染色原料,並以石灰作媒染劑;不但防霉效果好、顏色鮮紅可愛、護色能力中上、成本低,最重要的是天然染劑相較於化學媒染劑,汙染較低,真是最佳的選擇。我們試過很多方法,在布上做圖騰,最後發現,寶麗龍膠最為方便在布上畫出美美的泰雅圖騰。

普降甘霖-區域性焚風防制系統的可行性研究

焚風在台東地區造成果樹表皮焦黑、無法成熟等影響,也讓心苦栽種農產品無法賣出,農損相當大。因此我們想設計出經濟有效的方法,能在焚風到達果樹之前做出預防性的措施。由實驗結果發現,在焚風未達果樹之前可以做數道灑水系統,灑水間隔越密越能降低溫度並增加溼度,加上果園內的灑水系統就能有效降溫。另外也發現,前一個區域經過灑水之後對後一個區域也有降溫的效果。

得不到愛的左翅雄蟀

為了解黃斑黑蟋蟀左翅在上的遺傳性狀是否可以經人擇選種過程加以保留,以此探討其在族群內遺傳特性及其存活的指標。材料來自國家地理紀錄片中介紹的台南新化謝爵安先生的蟋蟀養殖場,在養殖場進行採樣調查,左翅在上比例約佔2%,與李俊康(2009)觀察黃斑黑蟋蟀標本左翅在上2.05%的比例,極為相近。由此可見,不論是標本或是活體,左翅在上且存在族群中的蟋蟀確實為少數,但雌蟲左翅在上比例略多於雄蟲[9比1]。希望透過遺傳及演化上的觀點,來了解此性狀在族群中存在的可能原因,以及為何在蟋蟀族群中左翅在上確實為少數?是否能從發育徵兆中就能看出其羽化後前翅交疊的性狀表現,並且經由人擇的方式育種,建立出左翅在上的品系。

大珠小珠落一盤-出水端水滴體積變化之研究

想了解水滴在出口端體積受到哪些因素影響並分析重力與表面張力兩者關係,研究發現 (一)水滴接近滴下時底部水滴會彈性內縮;毛邊會破壞水的表面張力,輸出體積下降;出口端往水平方向傾斜時,輸出體積大約為垂直時的1/2。 (二)出口端為斜口時水滴的脫離點會往斜長中央點移動;出口端厚度變薄,接觸長度減少,往上總力降低。水流量大會有過量的水被往下帶;出口處疏水性強時,端口邊緣沒有水附著,水滴會較小。 (三)液滴增大時重力與表面張力之垂直向上總力比值會先降後升,表示開始時表面張力大於重力,但隨水量增加時接觸的周長迅速增加使得表面張力在垂直向上的總力大幅提升。隨後因重量持續增加使得比值隨之升高到了接近滴下前比值約為1。

輕鬆健走,綠電自然來

這份科學探究,最早是想要為那些在停電狀況下需要與外界聯繫的人們,趕緊取得電力為手機充電。電力的取得條件是,完全沒有外界能源支持,必須自力生電。我們上網搜尋了好多可用的發電設備,風力、太陽能都有體積大、需要看天候的不利因素。因此我們決定自力研發,設計了這部利用人們走動時的能量,經由傘齒輪輕易轉動發電的「漫步發電機」。它能穩定的送出5V的電力,經過測試,不管是傳統手機或智慧手機都能順利充電。這部發電機以USB介面輸出電力,因此所有以USB為介面的設備都能使用,像是MP3、LED燈甚至3號4號電池都可以應用得上。將來還要將這發電機安裝在滑板車上、嬰兒推車上、買菜推車上,一定可以給人們帶來更多的便利。

「月」來越好玩

分析台灣1912~2011年的百年月球資料,我們以台灣觀察者看月亮時,發現:(一)月球以螺旋式來回繞地球運行,周期約28天(二)月升、月落方位角及過中天高度角的變化量,有相似的循環週期,將每年最大和最小角度差值的變化量繪成曲線,此圖與正弦定律相仿,且變化與沙羅週期雷同(三)出現正東升西落的機率並不大,平均5~6年才出現一次,而且半個月內月升的角度可從偏北的58°移動到偏南的122°,兩者相差64°,月落也是如此(三)面向南方看見月亮的機率為93.6%,遠大於面向北方的機會(四)過中天高度角的分布與四季和月相沒有太大的關連。做簡易的立體模型和電腦動畫,藉此表示月球運動的軌跡,此外,還自製簡易觀測儀量月距,並利用質量法求亮區百分比。

紅茶會「酵」?-紅茶菌生長及其應用性之研究

在偶然的機會裡,我們發現了一種民間飲品¬─紅茶菌,在好奇心的驅使下,決定研究這個神祕的菌體。紅茶菌是一種酵母菌和醋酸菌的共生體,在生長過程中會在表面生成一層我們稱之「菌膜」的纖維素,在培養和觀察的過程中,我們探討了多種因素對於紅茶菌生長的影響,更經由酸鹼與氧化還原的滴定,加以證實紅茶菌的代謝產物中含有乙酸和乙醇。紅茶菌代謝生成的纖維素膜,質地堅韌且緻密,晒乾後則更為堅韌,我們分別就其脫色方法、纖維特性(韌性、孔徑、吸水性)進行探討。這層薄膜不但有防止異物掉落菌液中的功用,如果再加以加工,應可做成環保產品,如面膜、保濕材質、可分解包裝材質等,應用潛力無窮。