科展范例本件为37届北市物理科佳作.docx
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科展范例本件为37届北市物理科佳作
科展范例本件为37届北市物理科佳作由黄策 蔡孟珂合作(感谢他们同意提供学弟妹参考!
)
你也可以到图书馆借阅科展制作数据,网站上也有很多相关资料,请记得要实际研究,不可抄袭
项目
壹、 摘要 (市科展才需写)
贰、 研究动机
参、 研究目的
肆、 文献探讨 (市科展才需写)
伍、 研究设备器材
陆、 研究方法与结果
柒、 讨论
捌、 结论
玖、 参考数据及附件
壹拾、 实验照片
壹、 摘要
我们用发光二极管串接3V电池,去量测水溶液是否导电,发现酸性碱性的水溶液,几乎都能导电,可是不容易分辨二极管的亮度,于是利用三用电表的电阻计量测,但因电阻计测值不大稳定,所以改用电流计去量测,最后发现它是一种很好的量测方法。
这样的量测结果,惊讶的发现自来水的导电度,居然每天都不一样,而且成分不同的水溶液,导电度也不一样。
实验结果发现导电度最好的是养乐多和酸奶。
我们将它运用到发电上,效果比蔬果发电更好。
若要找好的蔬果电池,则蕃茄或柠檬是最佳的;选择的金属片组合,则利用铜、锌片最佳;至于插入深度,金属片插深一些最佳;而金属片的距离,相距远一点最佳。
可是和酸奶和养乐多比较蔬果发电还是较差。
贰、研究动机
我们看到自然课本,牛顿版第三单元奇妙的水,提到水溶液的导电性,觉得非常有兴趣。
因为学校是分组实验,很难深入研究,所以就邀同学回家,一起玩这个实验。
在玩的过程中,发现要分辨哪种水溶液的发光二极管较亮,很不容易。
所以引起我们的好奇心,想看看是否有其他替代方法,可以明确知道水溶液和二极管亮度的关系。
在研究找数据过程中,突然在网上看到蔬果可以导电发电,也让我们想进一步验证,到底是哪一种蔬果,哪一种金属片,哪一种距离和深度,是制作蔬果电池最佳选择,所以利用课余时间进行此次研究。
参、研究目的
一、发光二极管的亮度比较
二、找出测试导电度的最佳方式
三、研究水溶液的导电程度
(一)、水
(二)、其他水溶液
(三)、蔬菜
(四)、水果
(五)、水果挤出的汁
四、找出制作蔬果电池的基础
(一)、改变金属片种类,找出发电效果最佳的金属片
(二)、改变蔬果种类,找出发电效果最佳的蔬果
(三)、改变不同深度的金属片,找出最佳插入深度
(四)、改变两金属片的距离,找出最佳金属片距离
肆、文献探讨
1.橘子含有柠檬酸等电解质,插入两根不同金属(线、棒或板)时,它们之间会有电压,这就是橘子电池
(1)。
其实,所有的水果,甚至一般的植物、动物都含有某些电解质,都可以当做电池。
各种水果所含电解质都不相同,因此所显示的电压亦不相同。
2.数位三用电表内藏有1×107Ω之电阻,故它会减小因电流通过电解质溶液时所引起的iR下降至可忽略的程度,得准确电压值。
3.插入金属电极后宜等待1-2分钟,使其电离到达平衡后才测量稳定电压(可测至小数第三位),否则电压会一直增加或减少(即是不安定)。
伍、研究设备与器材
设备
二极管
鳄鱼夹
电池
电线
铜片
铁片
三用电表
塑料杯
天秤
胶带
刀子
量杯
材料
白醋
沙士
葡萄多
葡萄柚
酸奶
奶茶
优沛蕾
养乐多
番石榴多
保存液
洗衣精
舒跑
盐巴
苹果
葡萄柚
柠檬
红萝卜
橙子
蕃茄
马铃薯
橘子
菠菜
葡萄
姜
宝矿力
维大力
陆、研究过程和结果
一、发光二极管的亮度比较
(实验一)1.将电线和二极管连结,两条电线间上用胶带固定,距离为1cm,离电线铁丝尖端为2cm,装上2颗1.5v电池,把设备组装好
2.拿200cc量杯量出150cc的水数杯
3.第一杯是水,作为第二杯的对照杯,从第二杯起加入盐巴1.2.3.4.g(用天秤),第三杯起,以前后杯作为对照
4.分别测试二极管3次,(为了让实验更精确,每做完一次实验,要进行另一次实验时,要先将电线清干净),记录结果
5.改用沙士和糖,重复实验步骤
实验一观察记录表 ★●˙ 表示亮度˙<●<★ 92.9.21
种类
1次
2次
3次
4次
总结
水
★
★
★
★
★
1g盐
★★
★★
★★
★★
★★
2g盐
★★★
★★★
★★★
★★★
★★★
3g盐
★★★★
★★★★
★★★★
★★★★
★★★★
4g盐
★★★★★
★★★★★
★★★★★
★★★★★
★★★★★
10cc沙士
★
●
★
●
★
●
★
●
★
●
20cc
沙士
★
●●
★
●●
★
●●
★
●●
★
●●
30cc沙士
★
●●●
★
●●●
★
●●●
★
●●●
★
●●●
40cc
沙士
★
●●●●
★
●●●●
★
●●●●
★
●●●●
★
●●●●
1g糖
★˙
★˙
★˙
★˙
★˙
2g糖
★˙˙
★˙˙
★˙˙
★˙˙
★˙˙
3g糖
★˙˙˙
★˙˙˙
★˙˙˙
★˙˙˙
★˙˙˙
4g糖
★˙˙˙˙
★˙˙˙˙
★˙˙˙˙
★˙˙˙˙
★˙˙˙˙
研究发现:
1.水和盐水、糖水、沙士都能都能导电,使二极管发亮
2.原来看不见自来水的灯亮,后来关灯后,就可看见微弱灯光,但和加盐后比较,自来水不太亮,盐水较亮,而盐加越多则越亮,表示导电程度越佳
3.自来水和盐水、糖水、沙士做比较,自来水﹤糖水﹤沙士﹤盐水,各种水溶液若成分加越多则越亮,表示导电程度越佳
4.研究中发现有盐水溶液中有泡泡(产生气体),而且在电线周围泡泡较多。
泡泡的多寡和盐的多少,成正比,即盐加越多,泡泡越多。
查了文献后知道,原来是因为电流和水起作用
5.当用卫生纸擦铁丝,二极管居然也会亮,原来是因为卫生纸潮湿,潮湿的纸有溶液,所以也会导电;若换干的卫生纸后,二极管就不亮,可见一点点水溶液就能导电
6.用二极管的亮度,分辨水溶液的导电程度,很费眼力。
而且若享有确实数据,分辨水溶液的二极管谁较亮,就不容易。
可是我们真的很想知道,到底哪种水溶液导电程度最好,所以想找到替代二极管测试的工具。
上网查数据后,发现可使用三用电表,所以我们请师长,先教我们使用三用电表的电阻计、电流计和电压计
二、找出测试导电度的最佳方式
(实验一)1.拿200cc量杯,量出150cc的水数杯
2.第一杯水作为对照杯,第二杯起加入洗衣精2.4.6.cc,盐水1.2.3.4.5.6g,糖水1.2.3g,10.30.150cc舒跑、10.20cc维大力、10.20cc醋、10.20cc柠檬水
3.用三用电表量电阻3次(方法同二极管),每做完一次用卫生纸擦干电线,记录数值最稳定后的结果
实验一 观察记录表 92.10.12(略)
种类
(KΩ)
量电阻
第1次
量电阻
第2次
量电阻
第3次
量电阻
平均
水
2635
2237
2431
2434
加1g盐
1649
1514
1456
1540
加2g盐
1181
1361
1490
1344
加3g盐
1181
1112
1120
1138
加4g盐
1081
1365
1165
1203
加5g盐
1061
1260
1105
1130
加6g盐
882
984
991
952
加1g糖
2372
2963
2546
2627
加2g糖
2783
2943
2873
2866
加3g糖
4260
4080
4120
4150
2cc洗衣精
2433
2498
2490
2470
4cc洗衣精
2425
2416
2231
2357
6cc洗衣精
2205
2275
2729
2403
10c.c舒跑
17.6
15.4
13.2
15.4
30c.c舒跑
23.6
21.4
45
16.5
150c.c.舒跑
10
10.5
16
12.1
10c.c柠檬水
21.2
21.5
22.4
21.7
20c.c柠檬水
24.3
21.5
23.3
23
10c.c醋
22.1
22.4
22
22.1
20c.c醋
26.4
26.1
25.7
26
研究发现:
1.水溶液的导电度,舒跑>柠檬水>醋>维大力>盐>洗衣精>水>糖。
2.糖水的电阻最大,导电度不良,且糖加越多电阻越大,导电度越不良。
和盐水加越多,导电度越好,正好相反,值得进一步探讨
3.由三用电表数据发现,盐越多,电阻越小,导电度越好,其他溶液则无明显差异,但是对于酸性水溶液的导电度,发现较特别,即是一般水溶液,测量三次电阻会上升,而酸性水溶液测量三次,则电阻会下降,至于是什么原因,本次实验并不特别探讨。
4.用三用电表直接量电阻,确实较使用二极管观测亮度容易,且能判断导电度的相对大小,不过因为探棒深入水溶液时,会产生气泡,亦使电阻数值不稳定,并可误差偏大。
5.由于电阻测试不够稳定,所以和师长讨论后,决定改用三用电表中的电流计测试。
我们先实验二种水果,发现电流计效果很好,其纪录如下实验 表格省略
由以上所做实验发现,发现用电流计测量,在4分钟内,第1秒是最不稳定,所以不适宜纪录,而在2分钟后电流即可稳定,验证文献中所言,所以以下实验,决定取用2分钟为测量时间
三、研究水溶液的导电度
(实验一)1.拿出100c.c的自来水1杯
2.把三用电表电流计与3V干电池串接
3.将三用电表中两支金属棒,深入水溶液,深度1.5cm,量出水溶液之导电度(电流),并用石蕊试纸测酸碱性
4.把结果打入计算机,并用计算器平均五次电流
**因为实验中电流突然增大,让我们担心会把三用电表烧坏,所以师长建议我们串联62k奥姆电阻,(师长推算,根据奥姆定律计算如果水溶液的电阻为零,亦即导电度与铜线一样好,则量测的最大电流,约为48.5μA)。
(实验一~1)加入1.2.3.4.5平匙的盐,重复实验一的步骤
(实验一~2)拿出其他水溶液,重复实验一的步骤实验
(实验一~3)1.将三用电表中两支金属棒,深入蔬菜深度1cm,金属距离1cm
2.重复实验一步骤实验
(实验一~4)拿出水果,重复实验一步骤实验
(实验一~5)把水果打成原汁(不加水),重复实验一步骤实验
研究发现﹕自来水的导电度,换一天就不一样,实在令我们惊讶此一发现,除此,不同种类的水导电度也不同 实验 表格省略
研究发现﹕1.用三用电表电流计,测量导电度的数值,较三用电表中电阻计测量,稳定且较能分辨导电度,这可能是串联62k奥姆电阻,降低通过的电流,较不易让深入水溶液的探棒,产生气泡之故。
2.水的实验纪录中,发现水和盐的导电度稳定,2分钟内电流误差5μA以内。
3.由盐的纪录中发现,2分钟时,5匙盐是40.2μA,1匙盐是35μA,盐加越多,电流越大,导电度越佳,而水26.06μA,则明显小于一匙盐35μA。
实验 表格省略
研究发现﹕1.在2分钟内,这些水溶液中,以酸奶42.4μA和养乐多42.09μA的导电度最佳, 很接近理想值48.5μA,其次是碱性溶液眼镜保存液41.6μA,饮料类因为成分不同而有不同的导电度,但成分若类似的,如汽水36.62,沙士37.7、奶茶37.92μA导电度相近,番石榴汁40.2、柳橙汁38.08、葡萄汁40.9μA等导电度较接近
2.并不是酸性溶液导电度会较佳,碱性溶液也会有好的导电度实验 表格省略
研究发现﹕1.实验三种蔬菜,导电度相差不多,马铃薯〉红萝卜〉姜实验 表格省略
研究发现﹕1.水果中以蕃茄33.78μA导电度最佳,柠檬33.32μA其次
2.电流大小排列如下﹕蕃茄〉柠檬〉葡萄柚〉橘子〉苹果〉橙子实验 表格省略
研究发现﹕1.水果挤成汁后,导电度明显增加,原先橙子电流为25.54μA,挤成之后电流为41.92μA, 原先柠檬电流为33.32μA,挤成之后电流为45.02μA,所以蔬果水溶液的导电度优于整颗蔬果实验 表格省略
四、找出制作蔬果电池的基础
(一)、改变金属片种类,找出最佳导电度的金属片
研究发现﹕1.铜、锌片54.26μA组合效果最佳,为其次为铜、锌片49.2μA,铁、锌不理想
2.两种金属片材质相同者,电流偏低,所以不纪录也不予采用实验 表格省略
(二)、改变蔬果种类,找出最佳导电度的蔬果
研究发现﹕1.将铜锌片插入蔬菜时,电流量最高,慢慢减低在2分钟后稳定,和用三用电表金属棒测试时相似,不过,马铃薯有较佳电流表现54.58μA,姜和红萝卜相差不多实验 表格省略
研究发现﹕1.蕃茄电流最高54.26μA,柠檬48.72μA其次,橙子葡萄柚最差,和三用电表金属棒量测试相同,都是蕃茄第一名柠檬第二名
2电流大小排列如下﹕蕃茄〉柠檬〉橘子〉苹果〉橙子〉葡萄柚
3.利用铜、锌片测试电流,明显比用三用电表探棒测试电流,表现较佳实验 表格省略
研究发现﹕1.挤出汁效果比未挤汁的蔬果电流明显增加,橙子是25.32μA挤出汁则为122.6μA,柠檬是48.32μA挤出汁则为108.4μA,葡萄柚是24.8μA挤出汁则为115.6μA,
4.由于用铜锌片量测电流方法与三用电表金属棒相似,且电流较大,所以我们联想到养乐多和酸奶,因此用铜锌片测试 铜锌片测试纪录表 实验 表格省略
研究发现﹕1.养乐多电流高达178.8μA酸奶电流高达127.6μA,比起前面蔬果电流都高,令人振奋,所以继续测试电压,看看是否为更好的电池基础实验 表格省略
研究发现﹕1.养乐多电压相当稳定,一直维持在500μV以上,酸奶稍差一些实验 表格省略
(三)、改变不同深度的金属片,找出最佳插入深度
研究发现﹕1.金属片由0.5cm深入到2.5cm,电流量就由80.4μA增加到199.4μA,效果增加
2.金属片由0.5cm深入到2.5cm,电压维持在510-525mV实验 表格省略
(四)、改变两金属片之间的距离,找出最佳金属片距离
研究发现﹕1.金属片距离由3cm缩小为1cm,电流量由23μA增加25.4μA,发电效果较差,但是差距不大
2.金属片距离由3cm缩小为1cm,电压由441.8mV增加465.4mV,发电效果较差,但是差距也不大
3.对于金属片距离越远,电流量越佳的结果,和我们原先预期越近,反应越多,电流越大的想法相反实验 表格省略
柒、讨论
一、量测中较为特殊的导电度是养乐多、酸奶,是否和它的活菌有关,值得讨论
二、一般水溶液,用发光二极管来量,都微亮,所以都会导电,但是对于酸性水溶液的导电度,发现较特别,即是一般水溶液测量三次,电阻会上升,导电度会下降,而酸性水溶液测量三次,则电阻会下降,导电度上升,是什么原因,值得讨论
三、原先预期铜、锌金属片距离越近,化学反应更佳,实验结果却相反,值得讨论
四、量测糖水的电阻,糖越多电阻越大,导电度越不良,和盐水加越多,导电度越好,正好相反,值得讨论
捌、结论
一、 只要是水溶液大部分都会导电,使发光二极管发亮。
若以溶解物质而言,加越多盐的水溶液,二极管最亮。
但要目视二极管多亮,并不容易
二、 为了更能分辨水溶液的导电程度,本研究尝试三种量测方法:
第一种﹕若要测量类似的水溶液的导电度时,可直接用三用电表的奥姆计,来量测其电阻值,不过在实验中,因为三用电表的金属棒,与水溶液接触的地方,常会产生大量的氢气泡,因而使电阻计显示的数值的变化很大,且常随测量时间增长而增大,有误差极大的现象,因此我们再找出第二种方式
第二种﹕使用三用电表的电流计,连接三伏特干电池,串接62K奥姆,(经过老师的协助倒推,约略得到内电阻值),再串接水溶液,量测其电流,如此一来,三用电表的金属棒周围,不易产生气体,测量值再2分钟后较为稳定
第三种﹕同时使用三用电表的电流表与电压表,量测其微安培值,与毫伏特值,约略估算比值,发现这个数值结果与第二个方法所得数值是相当。
(因蔬果本身含有水份,所以性质很相似于水溶液,量测方法同上)
三、 水溶液的导电程度,以养乐多和酸奶最佳,因为电流计量出的电流量最大;蔬菜方面,
相差不多;水果方面,蕃茄和柠檬电流最好。
四、 制作蔬果电池最好的基础是
(一)铜、锌片
(二)蕃茄,把蔬果挤出汁效果更佳(三)插入深度越深,接触面积越大,则越佳(四)金属片距离越远,则越佳。
(五)蔬果挤出汁效果较佳者为柠檬、葡萄柚、橙子。
五、 用三用电表电流计,测试水溶液发现,随计时时间增加,电流仍然相当稳定,没太大变化,但用铜、锌金属片测试时,随计时时间增加,电流减少,电压却相对增加。
六、这次科学研究,我们借着水溶液的导电度,去探讨蔬果电池。
蔬果里,虽有足够的电压,(约略在一伏特以内),但因为蔬果电池,蔬果的内部,原本具有的电阻很大,所以实验后,得出的数据,都约略为数千奥姆,而量出来的电流也多半都在数十到数百微安培以内,实际上,用蔬果制作的电池是无法提供小灯泡点亮,(需要较大电流才能亮),但对于一般计算器,就足够提供电流,(因为计算器所需的电流在数十到数百微安培以内)。
玖、参考数据
一、期刊论文和网站
1.来电搭桥,谁最行?
水溶液导电情形探讨,中华民国第四十届中小学科学展览,国立台湾科学教育馆
2.郑华生 科学教育月刊 96期 民国76年 (http:
//pck.bio.ncue.edu.tw/pckweb/database/pckchem/fexp4.html)
3.http:
//content.edu.tw/junior/phy_chem/ty_lk/sir/content/cph8/c1001.htm
二、图书单行本
1.左卷健男 生活周遭的100个秘密 一版 台北县 稻田出版社 2001年
2.牧野贤治 有趣的科学实验100 初版 台北县 世茂出版社 2000年
3.陈育仁 新世纪科学百科全书 初版 台北市 猫头鹰出版社1993年
4.吉村利明、泷川洋二 随手可做有趣的科学实验II 初版 台北县世茂出版社 2002年
5.陈润杰 生活的化学 一版 台北市 九章出版社 2002年
6.R.Wood 电与磁 初版 台北市 丰得出版社 1999年
拾、实验照片(略)
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