思源科學創意大賽:嘉義女中讓學生自我實現(中)/ 江淞承、詹宜婷

星期一 , 2, 三月 2015 Leave a comment

思源科學創意大賽:
嘉義女中讓學生自我實現(中)

江淞承1, *詹宜婷1, 2

1國立嘉義女子高級中學
2國立台灣大學藥學系
*cancer_wu@yahoo.com.tw

〔承〈嘉義女中讓學生自我實現(上)〉

n  2014年關卡說明

2014年參加「思源科學創意大賽Plus」作品有四個關卡:第一關卡霧中迷境(化學),第二關卡黑潮來襲(物理),第三關卡:火力全開(化學),第四關卡:光中耀賭(物理),如圖2,關卡設計總圖如圖3所示:

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2:四個關卡名稱

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3:四關關卡設計總圖

A.      主題說明

今年的題目是「Surprise」,於是我們想到了「賭場」。從小到大對於賭場的認識僅限於影集或電影,光彩奪目的賭場神祕且迷幻,充滿了各種驚喜。以下是四個關卡的描述:

第一關霧中迷境(化學)

走入賭場,彷彿走進一個遍佈濃霧的世界,當命運的齒輪開始轉動,幸與不幸就在一個選擇間,有可能轉瞬間你的人生就此陷入黑白,猶如齒輪兩側的溶液由七彩轉為無色。吧台上的雞尾酒,原本只是幾杯普通的酒,經由調酒師依照不同的比例組合,調和出不同的色彩,猶如齒輪上方的溶液由無色轉為七彩。色彩華麗的賭場,就彷彿最上方的溶液能夠將原有的色彩點綴得更加美麗。

第二關黑潮來襲(物理)

液態磁鐵就好像賭場中美麗的水池,隨著音樂展現出美麗的變化,時而上升,時而下降,液態磁鐵沿著螺紋盤旋而上,有如花開花落一般,隨著液態磁鐵的變化,心情也隨之起伏,液態磁鐵代表的不僅僅是賭場中,變化多端的水舞,更充分表達了人們來到賭場時,澎湃激昂、忐忑不安的心境。

第三關:火力全開(化學)

緊接是賭場內的SHOW TIME! 筆芯燈首先出場,細細一條鉛筆芯卻能發出強熾的光輝,令人意想不到。筆芯的高溫點燃火焰,七種不同的焰色透著冰塊的折射閃爍著,原本各自獨立的火焰光芒融合在一起,彩色冰塊,炫爛奪目。冰跟火,看似衝突的兩個元素,卻互相輝映,更顯驚喜。接著中央乾冰包覆的鎂帶燃起,同一時間,外圍的摩天輪啟動旋轉,上方焰色瓶也隨之轉動,外圈7種焰色,內圈絢爛的鎂燈,加上乾冰昇華產生的霧氣,看起來既神秘又令人目不轉睛。

第四關:光中耀賭(物理)

氣球落到木板上時,發出「碰碰碰!」的聲響,賭徒們的心也隨之狂跳著,象徵著賭局進行時七上八下的心情。光纖巴克球內的層流裝置,從原本單調的三點顏料,旋轉後逐漸混濁,反向旋轉後,又回到原點,猶如賭徒在賭場內的遭遇起起落落,似夢境般精采。而光纖做的巴克球,對應著賭場中五光十色的環境,絢麗的光芒不斷反射,呈現一股虛幻又艷麗的氣氛。我們藉由種種的科學原理描繪出腦海中想像的賭場樣子,賭場對我們來說是一個未知的世界,就像我們自己的未來也是一個未知世界,一路上也許跌跌撞撞、困難重重,但同時也充滿了驚奇,參加思源對我們來說也是一個全新的體驗。

B.       化學關卡說明

第一關卡:霧中迷境(化學)(見圖3

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3:「霧中迷境」關卡圖示

1.    A~G玻璃瓶環繞於一圓柱體,瓶內原有各式指示劑和0.1M HCl,皆呈現無色。

2.    當黃色骨牌倒下,壓到微動開關1,帶動垂直於地面的傘形齒輪及兩側的轉軸,使與之相嵌的水平齒輪順時針轉動,而上方的注射器將依次加入0.2 M NaOH。當A~G內的溶液從酸性變為鹼性時,分別呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。這一部分的化學反應為HClNaOH酸鹼中和,其化學反應如式[1]所示:

NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l)    [1]

3.    在傘形齒輪轉動的同時,內圈的H~N亦環繞於一圓柱並跟著齒輪轉動,內圈的玻璃瓶及兩側O~T的玻璃瓶內亦有各式指示劑及0.1 M NaOH。當內圈玻璃瓶轉到固定於後方的傾斜檯子時,玻璃瓶上盛裝乾冰的盆子會延著斜坡上升而將乾冰倒入玻璃瓶內,反應而冒出霧氣。隨著時間的流逝,因CO2溶於水中使瓶內的溶液逐漸轉為酸性,故H~N玻璃瓶內的顏色會逐漸變化,最後亦分別呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫,而兩側玻璃瓶會從七彩轉為無色。這一部分的化學反應為CO2NaOH酸鹼中和,其反應如式[2]所示:

CO2(g) + 2NaOH(aq) Na2CO3(aq) + H2O(l)    [2]

4.    當兩側轉軸轉動時,綁有小球的細繩緩緩下降,一側小球壓到微動開關2,使裝置停止,另一側小球推倒紅色骨牌,第一關結束。

第三關卡:火力全開(化學)(見圖4

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4:「火力全開」關卡圖示

1.    黃骨牌倒下,壓倒微動開關1,使周圍7個焰色瓶中的筆芯燈通電,產生的高溫使(1)~(7)的固態燃料丸燃燒,產生7種不同的焰色,象徵著思源跨過停辦的危機,浴火重生。說明:7個燃料丸的成分及其焰色:(1)醋酸甲乙醇:紅紫色(2)碳酸鈉:藍色(3)硼酸:綠色(4)氯化亞鈷黃色(5)硫酸銅+氯化鈉:青藍色(6)氯化鉀:紫色(7)氯化鋰:深紅色

2.    燃燒若干秒後,3上方的棉線燒斷,重物掉落,撞倒骨牌,開啟微動開關2,使中央乾冰鎂帶燈連接的鉛筆芯通電燃燒,乾冰中鎂帶接著點燃,產生耀眼光芒,成了漂亮的鎂燈,呈現於圖4右上角。,其反應如式[3]所示:

2Mg(s) + CO2(s,dry ice) C(s) + 2MgO(s)    [3]

3.    啟動雷射筆,射出雷射光一一擊破前方的氣球,並出現下垂的字條,字條中為打油詩,藏頭詩表示我們參賽的志向。內容如下:(1)有人才玩思源(2)孩心思創意現(3)佳工藝非等閒(4)手難敵又驚豔(5)冠只在談笑間(6)一歸誰何問焉(7)鳴動地又驚天

4.    同一時間,微動開關2連接的另一端的馬達也隨之開啟,外圍的7個焰色瓶開始旋轉,轉了若干圈後,撞到紅骨牌,關閉微動開關,結束此關。

n  2011年關卡說明

2011年學生組隊參加「思源科學創意大賽」,隊名為「All is well」,設計的四個關卡名稱分別為第一關:出來吧!太陽(物理),第二關:跳躍吧!小孩(化學),第三關:變身吧!王子(化學),第四關:奔月吧!玉兔(物理),如圖5所示。四關關卡總圖,如圖6所示。

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5 四關的關卡名稱

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6:四關的關卡總圖

A.        化學關卡說明

第二關:跳躍吧!小孩化學

「跳躍吧!小孩」的關卡設計圖,如圖7所示。

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7:「跳躍吧!小孩」的關卡設計

1.    黃色骨牌倒下後開啟馬達I開關,小孩上方具有波浪狀鐵絲,馬達I拉動小孩延軌道前進,波浪的高低起伏使小孩呈現跳格子的樣子(呈現本關名稱:跳躍吧!小孩)。小孩體內裝著廣用指示劑,小孩下方放著三個橡膠挖好圖案的格子ABCDABCD分別塗上〔H+〕為103 M106 M109 M1011 M的酸性溶液。當小孩前進到第一個波谷時,擠壓到小孩的裝置,廣用指示劑流出,A格子內出現紅色小孩生氣臉的圖案,到第二個波谷時,B格子出現黃色小孩笑臉圖案,C格子出現綠色小孩鬼臉圖案,D格子出現藍色小孩哭臉圖案。廣用指示劑在不同的pH值下顏色變化,如圖8所示。

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8:廣用指示劑在不同的pH值下顏色變化

2.    當小孩前進到軌道盡頭時,壓到電動車的微動開關,啟動電動車內的渦輪,使電動車開始啟動,電動車緩緩行駛象徵小鴨在水中自由自在的漂浮,電動車在水中行駛到盡頭推倒骨牌開始關卡連結。

3.    骨牌觸動到馬達II,將平躺的書翻起,翻開的封面壓到馬達III,王子騎著馬沿著軌道從書中出現,呈現出小孩聽童話故事想像王子從故事中出現的情形,當王子移動到軌道盡頭時,將沿著另一個軌道隱沒,王子消失不見呈現出王子落難,進而推動紅色骨牌接至下一關。

第三關:變身吧!王子化學

「跳躍吧!小孩」的關卡設計圖,如圖9所示。

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9:「變身吧!王子」的關卡設計

1.    骨牌倒下觸動微動開關1,開啟馬達轉動,使其拉動細繩,帶動軌道上的仙女向前沿軌道移動,而身上包覆著鋁箔青蛙的王子,是以細線懸掛在仙女手上,此時方將一齊移動,當仙女行進至第一個軌道凹槽時,鋁箔青蛙將往下浸泡在A水溶液中(內含2 M NaOH),此時鋁箔會被溶解而產生鋁離子和氫氧根生成的錯離子,化學反應如式[4]所示,王子變青蛙的魔咒遂告解除,露出了王子帥氣的外表!

2Al(s) + 2NaOH(aq) + 6H2O(l) 2NaAl(OH)4(aq) + 3H2(g)    [4]

2.    接著,仙女循著軌道進入第二個軌道凹槽中時,會將王子投入60B熱水槽中,王子底部的密閉氣囊溫度將會上升。依據查理定律,促使氣體體積膨脹,並藉由相連接的管子,壓迫王子體內的密閉紅墨水槽之紅墨水,向上進入王子胸前的心型容器中,塑造出王子因想念公主而怦然心動的景象。查理定律:V = KT(定壓下,定量的氣體,其體積V與絕對溫度T成正比)。

3.    當仙女抵達軌道末端時,會將王子放置在另一軌道上,觸動微動開關2同時關閉馬達並啟動點火槍P而促使火苗升起,因而燒斷王子與仙女連結的細線,王子便會坐上事先準備好的滑板,勇敢地順著軌道下滑,展開了他的冒險旅程。

4.    當王子乘著滑板沿軌道往下滑時,會依序觸動微動開關3456,促使點火槍QRST開啟並點燃焰色槽CDEF(其內各裝著NaNO3CuSO4KNO3Sr(NO3)2),使之依序產生黃、綠、紫、紅之焰色反應,營造出王子為了守護在公主身邊所需突破的種種難關!

5.    最後,王子好不容易克服重重困難,一見到公主便激動地吻上,這時兩人唇上的磁鐵因南北極相吸而甜蜜地相連,而王子親吻公主所造成的衝力,促使公主微微向後退,並順利推動公主後方的骨牌,結束這一關(呈現本關名稱:出現吧!王子)。

 

〔續〈嘉義女中讓學生自我實現(下)〉

 

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