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壁癌,建築學上稱之為白華現象,是生活周遭處處可見的建築體問題,其發生歷史悠久,地域廣泛,至今未有十分完善的解決方法。細究其發生過程雖然複雜,基本的生成原理卻是建材縫隙毛細滲水過程中,水、空氣、鹽質的交互作用下,一種耐人尋味的成分晶體析出現象。本研究將自毛細滲水與離子晶析的觀察角度出發,廣泛取樣生活中實際混凝土材料自製簡易試體,對此現象進行詳細的試體模擬探討,主要分為兩大部分:第一部分將藉由改變材料與滲透水等的各項性質,針對可能影響其滲水現象與晶析環境的諸多變因進行實驗模擬,晶析結果歷經晶析觀察與EDTA滴定分析,配合實驗過程中的監測資料,以求得白華現象與各項因子間的相互關係;第二部份將針對混凝土凝合原理,自行設計微量拌和添加物,以改良材料降低其滲水性,進而達到防癌效果,初步研究發現添加界面活性劑極具成效,以期對壁癌問題能提出具體而有效的結論與建議。
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New Evidences of Behavioral Mechanism for Discrimination and Orientation of the Orb-web Spider, Nepi
由於結網性蜘蛛視覺不靈敏,如何在網上藉振動進行獵捕,這是長久以來頗令科學家困惑的難題,當周遭環境各種振源觸網時,首先會產生不同振盪,蜘蛛是否藉由這些振盪得知獵物資訊?如何迅速準確的定位?又有那些決策條件影響蜘蛛的捕獵行為?更特別的,為何蜘蛛在捕獵過程中會“扯網”?本研究以台灣最大型結網性蜘蛛-人面蜘蛛為研究對象,並設計出一套非接觸式的測量方法,就上述謎題作深入的探討後,成功的解開人面蜘蛛的捕獵機制。簡單來說,其機制分為兩大系統:(1)當獵物擾動不明顯,人面蜘蛛會立即扯網,藉有無產生阻尼振盪,以判斷有無獵物存在;在阻尼振盪產生時,蜘蛛將感知其中具有最大阻尼振盪之放射絲為獵物所在方向,而振盪週期長短,係蜘蛛用以判斷獵物遠近之有效因素。(2)當振源明顯時,蜘蛛直接判斷各種擾動的振幅大小、頻率高低、波形模式、振源質量輕重,決定是否啟動捕獵或逃離反應,並在反應前先行定位,亦即以步足腳勾偵測並比較各放射絲之振盪大小,以振盪最大之放射絲為獵物方向,其次藉由第二對步足之位移所產生之準光角,判斷獵物之遠近。蜘蛛正確的將獵物定位後,會以適當的速度往前衝,一口咬住獵物,以蛛絲重重包裹後,拖往網中央並進行吸食。 Giant wood spider, Nephila pilipes, is the biggest orb web spider in Taiwan. The mature N. pilipes may even grow to exceed 5 cm body length. While waiting for the prey, its giant body hangs quietly on the hub of the web. Owing to its ineffective vision and sense of smell, the spider depends almost on detecting the vibration signal of the struggling of web cause by the struggling prey. When various kinds of sources from the environment contact the web, they will generate various types of vibrations which cause the spider to judge whether they represent danger, prey, or irrelevant signals. Our results suggest that if the disturbance is obvious, through discriminating the amplitude and frequency of the vibration, the spider will make a decision whether to attack or escape immediately. Yet, before any decision is made, it will need to locate the source of vibration. For example, it will locate prey correctly by comparing the vibration transmitted from the radiating strings. The radiating strings that transmitted the largest vibration are where the prey is entangled. The displacement of the second pair of legs will generate a quasi visual angle which enables it to comprehend the distance of prey. When the vibration signal is obscure, it will jerk the radiating string immediately. After jerking it, if there is damping oscillation on the web, then the spider can judge the location of the prey. When there is damping oscillation, the radiating string that transmitted the greatest damping oscillation is where the prey is entangled. Furthermore, the frequency of damping oscillation helps the spider to judge the distance of the prey. After locating the prey correctly, N. pilipes approaches the prey fast, wraps it with silk then drags the prey to the hub to feed.\r
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逛夜市時看到有人在射飛鏢,我們突然想到,如果飛鏢射中每個點的機率都相等,那我們是不是可以由射中圓的機率,及外圍的面積來推知圓周率呢?我們先後進行射飛鏢及擲黑豆的實驗發現,實驗過程都不夠隨機而宣告失敗。於是我們以解析幾何的方式將實驗的樣本空間座標化,然後用EXCEL 試算表的亂數製造隨機點,並判斷隨機點的落點。
我們共製造了109個亂數數對,由所得數據分析π的近似值為3.141607304。
我們並進一步實驗發現當短軸的長度固定時,橢圓的面積與長軸的長度成正比。進而推得橢圓面積為 1/4 ×長軸×短軸×π
透過實驗我們也發現,邊長為2r 的正立方體最大圓柱、球體、圓錐體積比為3:2:1。並進一步推得半徑為r 的球體體積為 4/3 r3π
此外,我們思索幾個可以再深入探討的主題:
1. 三角函數Sinθ 的近似值。
2. 對數表的製作。
3. 無理數逼近速度及準確性的探討。
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本實驗在探討彈力常數較小的彈簧(即彈簧鉛直懸掛時,受重力影響即可伸長的彈簧)鉛直懸掛,待其靜止後使其落下,彈簧底部的暫時性靜止的現象猶如地心引力消失一般。利用攝影技術,將彈簧落下過程合成為一張合成圖以利觀察。我們由合成圖中發現:(1)彈簧鉛直落下過程中彈簧底部有暫時性靜止的現象;(2)彈簧頂端落下過程為近似等速度運動的現象;(3)當底部開始運動之後,整體彈簧質心受重力作用作等加速度運動,但彈簧頂端部分瞬間速度有減緩(相較(2)之速度)現象。因此我們進一步設計一連串的實驗,研究彈簧基本物理量與此現象間的關係,但其關係並不明顯,最後將彈簧落下過程的運動模式加以模擬、討論。
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有氧運動-由自製反應器探討過氧化氫分解速率
一、利用了國中所學的原理,來製作定量式排水集氣法的儀器,用簡單的材料製作出可測量過氧化氫分解反應速率的儀器。二、利用改變過氧化氫水溶液的濃度測定過氧化氫水溶液分解的反應速率並推求反應速率定律式及反應級數。三、利用改變二氧化錳的量測定過氧化氫水溶液分解的反應速率,進而推得非勻相的催化反應與接觸總表面積有關。四、利用改變溫度高低測定過氧化氫水溶液分解的反應速率,發現溫度越高反應速率越快,但溫度太高雙氧水分解速率變化量有緩和趨勢。
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在高中化學上冊中,有一可見光譜的圖片,期為白光通過三稜鏡發生色散而成的。我不禁想到:若稜鏡改用三片薄玻璃,內裝不同溶液,不知其光譜是否有所改變,乃印啓我們探討溶液濃度、顏色、酸鹼度、及溫度四項便因對光譜的色散折射角及吸收色光的影響。
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贏在起跑點,領先到永遠 ----- 螞蟻的溝通、學習及防衛行為研究
校園中常見的螞蟻只有幾種,以小黑蟻(簡稱小黑)、熱帶大頭家蟻(簡稱大頭)和黑頭慌蟻(簡稱小慌)最多。小黑行動力最快,愛吃肉,喜獨自搬運食物,較具有方向感;小慌體型最嬌小,偏愛甜食;大頭個子大、最團結,各種食物都喜愛。三種螞蟻都會先搬位點低、距離近的食物。三種螞蟻都喜歡走進紅色和粉紅色的通道去覓食。小黑和大頭都能舉起 5 倍體重的食物,也能獨自拖得動 50 倍體重以下的食物。將蟻后從蟻群中移開,會引起蟻群的慌亂,再次將蟻后放入時,蟻群也會先小心的檢查蟻后,才安心。不同族群之間的溝通行為主要是攻擊的準備動作。從走迷宮的實驗結果得知,螞蟻也有記憶學習的能力。外來威脅干擾族群時,螞蟻大多會逃出洞穴,而小黑似乎很怕黑影。
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高中生物學上、下冊均提到植物細胞與動物細胞的異同,同學們對於這二類細胞,在實驗室裡用顯微鏡觀察比較,他們都看到植物細胞和動物細胞的外形有很大的差別,植物細胞因為有細胞壁,故不呈圓形,觀察植物細胞的細胞質萎縮(Pl- asmolysi )時,好幾位同學問我:沒有細胞壁的植物細胞像什麼樣子?植物細胞去掉細胞壁以後還會活嗎?用什麼方法可以把細胞壁”剝”掉?為了回答同學們的問題,乃著手收集一些分離原生質體的方法,並進行實驗,研究植物細胞及細菌細胞原生質體的特性,以作為將來指導學生親自試驗分離原生質體。
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本專題的目的是研究以任意實數 a1 、 a2 、 a3 為起始的M&m Sequences 之穩定性質。我們主要關心的問題是:(1) 是否任給定三數a1 、 a2 、 a3 為起始的M&m 數列皆會穩定?(2) 若上述的M&m 數列穩定,則其穩定的長度與a1 、 a2 、 a3的關係為何?(3) 其穩定的值與a1 、 a2 、 a3的關係為何?我們研究的主要步驟及結果如下︰1. 當1 2 3 a 1) 為起始的M&m 數列。3. 我們證明了下列性質:(1) 若M&m 數列中前n 項所成數列的中位數為n m ,則下式成立: (2) 當存在 k > 4 , k ? N ,使得 ?1 ?2 = k k m m 成立時,則此數列穩定,且穩定長度p 滿足:min{ | 4 } ?1 ?2 = > = k k p k k 且m m ,其中p 必為奇數。(3) { n m }為單調遞增且, 5 1 ? ? ? a m n n n4. 如果x ? 41.625,則{?x,1, x}為起始的M&m 數列,其對應的數列有相同的大小次序且此M&m 數列會穩定,穩定值為41.625,且穩定長度為73。5. 我們觀察發現:如果x 1). 3. We prove the following properties: (1) If the median of the former n numbers of the M&m sequence is n m , we obtain (2) There exist k > 4 , k ? N such that ?1 ?2 = k k m m , then the sequence is stable and the stable length min{ | 4 }?1 ?2 = > = k k p k k and m m , where p must be an odd number. (3) { n m } is monotone increasing and , 5 1 ? ? ? a m n n n . 4. Suppose x ? 41.625, then the all M&m Sequences beginning with –x , 1 , x are the same, and the sequences will be stable, the stable value is 41.625 and the stable length is 73. 5. By the computer experiments, we observe that if x is any positive real number less than 41.625, the M&m Sequence starting with –x, 1, x, will be also stable but does not appear to follow any clearly discernible pattern of behavior. However, the stable lengths are much variant and exist some unknown relation with point format of x. Moreover, we have the following properties: (1)If x is a node, then the stable value is x and the stable length equals to the index of median of the node + 2; (2)Near the branch of 41.625, the stable length is almost a constant except at the edge area,the stable length of (-x,1,x) as x around branch 1 is chaos; (3)If x near the node (K= 3, 5, 7, …, 67, 69), then the stable length is l(K)+K?1 where the positive integral l(K) is determined by Prop1 (see Table 6 and 7).
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蒐集科展資料時,發現化學鐘擺很有趣,反應過程溶液顏色會有規律變化,引發我們想做做看,並瞭解其中各反應物的角色,同時也研究反應物加入順序、濃度及溫度變化等因素對反應週期的影響。我們先以眼睛及碼錶,觀察並記錄顏色變化週期,發現不易測量精確的週期。後改用LED光源通過反應溶液後照射在光敏電阻,同時將光敏電阻串聯電池及數位安培計,藉著溶液顏色變化,透過光線的強弱來改變光敏電阻大小而影響通過安培計電流大小,來測量反應週期,結果也因人無法即時記錄而效果不佳。最後,改用光敏電阻串聯另一電阻與電源接成一通路,以示波器測量光敏電阻所分得之分電壓大小隨溶液顏色變化而改變之情形,來測量反應週期,發現較能精確測量反應的週期。
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有一天陳同學捉了好幾隻不同花紋的小甲蟲到學校來,因為太可愛了,大家爭著要看;可是我們都不知道牠們的名字和習性,只好請教指導少年科學研習的楊老帥。老師說那是「瓢蟲」你們可似去研究牠啊!很有趣呢。於是我們組成了「瓢蟲研究隊」,開始觀察和研究可愛的小瓢蟲。
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在電子學實習以及基本電學的實習課程中,常常會有同學無法完成課本上的工作內容,在仔細觀察後,發現大部分同學都是因為對儀器的不熟析,才會遇到困難,其中又以示波器的各種問題最為普遍,雖然老師都有一項一項講解儀器上各個旋鈕以及按鈕的使用方式,但同學都沒有注意聽,因為大家都覺得這部份的課程很無聊,卻都沒有想到這對接下來的課程有著極大的影響。購買一台示波器的費用頗高,一般學生當然不會為了練習而買示波器,學生對儀器的使用方法一知半解,在實習工作的過程中會量測到錯誤的數值,或記錄下錯誤的波形,如果能夠讓學生回家之後也可以練習,勢必可以提高大家對於儀器使用的熟練度。
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