113-學測-自然

$~~~~$黃鐵礦（$\ce{FeS2}$）是地表上主要礦物之一，通常與他種岩石的硫化物或氧化物伴生。地質學家為了解黃鐵礦成分，進行以下的實驗。其實驗步驟如下：
步驟1：將黃鐵礦實驗樣品磨成粉末，於 $3$ 個錐形瓶（標號$1$～$3$）中分別放置 $0.35$ 克樣品，並加入 $\ce{50 mL}$ 的酸性溶液。
步驟2：將 $3$ 個錐形瓶置放在室溫，但不同氧氣分壓下。
步驟3：經過一天後，取出 $\ce{20 mL}$ 上層澄清液，測量溶液中含鐵總濃度（$\ce{[Fe_{total}]}$，包含 $\ce{Fe(Ⅱ}$ 與 $\ce{Fe(Ⅲ)}$）、$\ce{SO_4^{2-}}$ 濃度（$\ce{[SO_4^{2-}]}$）及含硫總濃度（$\ce{[S_{total}]}$，包含 $\ce{[SO_4^{2-}]}$ 與其它含硫物質濃度）。
上述含硫總濃度是先用化學方法，將溶液中所有硫化物氧化成 $\ce{SO_4^{2-}}$ 後，再加以測量，實驗結果列於表1。

$~~~~$海水去鹽淡化，可讓水資源再利用。某實驗室發現咖啡渣可作為水純化的材料。首先將咖啡渣在極高溫下碳化成奈米材料，再混以具油脂特性的無色透明矽烷，均勻地灑在一杯海水的表面上，然後放置在一具有斜度上蓋的透明容器（如圖5所示），經在太陽光照射之下，底部漸漸發現有經過凝結後的純水。
$~~~~$研究人員針對四種情況，分別是（甲）未照光、（乙）照光、（丙）照光並灑上碳化咖啡粉，以及（丁）照光並灑上混有矽烷的碳化咖啡粉，且後兩種情況使用同樣重量的咖啡粉。在同樣的時間內，測量水杯重量的減少程度，並將實驗結果繪製成圖6。

$~~~~$高能的粒子束或 $\ce{X}$ 光束可用於治療惡性腫瘤（癌症）。每單位質量的人體組織所吸收的射束能量稱為吸收劑量。射束通常對準腫瘤照射，癌細胞與正常細胞吸收射束的能量後，$\ce{DNA}$ 會遭到破壞，而癌細胞死亡的機率較正常細胞為高。
$~~~~$圖8顯示的是電子、質子、和兩個能量不同的 $\ce{X}$ 光等四種射束之吸收劑量隨進入表皮深度的變化。圖中各射束名稱下，註明該射束中單一粒子或光子入射人體時的能量，其中 $\ce{1.0~MeV}$ 約為 $\ce{1.6\times 10^{-13} J}$。

$~~~~$電冰箱的操作原理是利用低溫的冷媒來冷卻冰箱裡的食物，再用壓縮機壓縮吸收熱能後的冷媒，提高其溫度，以利於其後之散熱過程。冷媒經散熱片把熱能釋放到周遭空氣中後，經過降溫、降壓又可以用來冷卻冰箱裡的食物，如此構成冷卻的循環，而循環過程會消耗電能。

$~~~~$汽車的安全系統判斷車身受到撞擊而急遽減速時，裝在方向盤裡的安全氣囊即會充氣彈出，透過內部氣體的緩衝，配合安全帶的作用，來降低駕駛人受到的衝擊力。
$~~~~$圖9為一款汽車安全氣囊的充氣壓力與充氣時間的關係圖（$100 \ce{~kPa}$ 大約為 $1$ 大氣壓）。在駕駛人撞擊到安全氣囊前，必須要有足夠的時間讓安全氣囊至少充氣達飽和壓力的一半以上，才能藉由緩衝達到保護駕駛人的效果。依據上述文字與圖9，回答第26～27題。

$~~~~$媽媽去購物商場買烤全雞，聽老闆說這些雞只需要約 $40$ 天就達到上市的尺寸。近數十年，高產肉雞育種選拔計畫有著重要的突破，在持續的選拔下，以 $56$ 日齡雞隻為例，可從 $1957$ 年的 $905$ 克/隻提升到 $2005$ 年時的$4202$ 克/隻（如圖14所示）。此外，為降低飼養成本，育種過程也會參考肉雞的飼料轉化率，即肉雞每單位肉重所需的飼料重量（如圖15）。

$~~~~$捕蠅草捕蟲的趣事是生物適應的現象之一。捕蠅草生長在養分及礦物質缺乏的溼地，為了生存，它演化出肉食性的特質。它的葉片特化成捕器，是可以吸引、捕抓及消化小型節肢動物的器官。捕器閉合的物理機制源自於葉片細胞的膨脹與收縮。當水分從內層細胞流入外層細胞時，內層細胞收縮、外層細胞膨脹，因而造成葉片彎曲而閉合（圖17）。 $~~~~$捕器葉片的內側有焮毛，可感應獵物的觸動。每次觸發焮毛會產生一個電位。研究顯示，產生第一次電位時，葉片仍會保持張開，並記憶第一次的觸發。若在 $20$ 秒內發生第二次觸發，葉片才會快速閉合困住獵物。科學家在葉子中肋和葉片分別插入電極進行充電，以模擬焮毛被觸發時產生電位的現象，他們發現無論是分段充電，還是連續充電，充電電量都要達到 $14~\mu \mathrm{C}$，葉片才會在大約 $0.5$ 秒內快速閉合。然而，若將捕蠅草的土壤浸潤在 $\ce{pH}$ 值高於 $4.5$ 的溶液中，就算觸發焮毛產生電位，也無法讓葉子閉合。

$~~~~$如圖18所示，一金屬導線製成的線圈迴路固定不動，迴路中有一電阻。迴路左側環圈甲的正上方有一下端為S極的細長磁鐵棒。假設磁鐵棒的磁力線僅穿過環圈甲，且迴路中金屬導線的電阻可忽略。

$~~~~$利用電化學催化方法將二氧化碳轉變為具有經濟價值的含碳化合物是永續發展的方法之一，然二氧化碳還原反應會因反應條件與催化劑不同，而生成多種產物，表4列出形成不同產物所需電子數的半反應式。

$~~~~$在寒武紀以前的地層中，可找到由氧化鐵與二氧化矽細粒反覆堆疊形成的「縞狀（帶狀）鐵礦床」，是重要的鐵礦來源。約24億年前的地層中，更普遍地出露厚層的縞狀鐵礦床。縞狀鐵礦床形成原因的假設模型，是由亞鐵離子（$\ce{Fe^{2+}}$）與氧氣作用生成氧化鐵（ $\ce{Fe2O3}$ 及 $\ce{Fe3O4}$ ）沉澱所致。而 $\ce{Fe^{2+}}$ 是由海底岩漿噴發所形成，氧則是由藍綠菌行光合作用所產生。
$~~~~$圖20彙整了一些地球歷史事件，包括化石紀錄、縞狀鐵礦形成時段與相對含量，以及大氣中氧氣含量相對於現今濃度的變化。

$~~~~$做為實證科學之一，天文學的發展仰賴大量的觀測結果。近百年以來，天文觀測的手段也早就由可見光延伸到電磁波的其他波段，甚至是電磁波以外的觀測手段。這些突破性的觀測成果，更讓科學家們發現宇宙當中前人所未知的領域。