第53屆--民國102年

本實驗運用法拉第電磁感應原理（Electromagnetic induction），設計無線感應電動模型車。利用電源供應器、訊號產生器、訊號放大器等工具，輸入特定頻率的電壓、電流產生方形波後，可成功使模型車高速前進。第一代模型車因車體線圈匝數多、車體重、軌道線圈纏繞技術欠佳、圓形軌道不平整，雖成功展示了無線充電技術的實用性，但跟我們玩四驅車時車速相差太多，於是著手改良第二代機，希望再提高傳電效率、減少車體重量及避免能源消耗。實驗結果發現系統條件改變時，僅在某一狀態出現電感電容共振現象，因此不宜盲目增加線圈數量。本研究建議，將來設計此類感電系統時，不論微型化或大型應用上，均應注意最佳共振效率的表現，以免造成材料或能源浪費。

在校園中採集黃槿(Hibiscus tiliaceus)葉片上的蟲癭(insect-induced gall)，進行解剖觀察蟲癭內部結構，發現有許多白色蠕動的小蟲寄生，經查資料確認為黃槿刺子節蜱(Aculodes hisbisci)。有蟲癭寄生葉片較無蟲癭寄生葉片小，蟲癭數量會隨時間增加，有蟲癭的黃槿葉片質量較重保水性佳不易凋謝。葉柄維管束切片發現，相同生長時間，無蟲癭寄生者維管束分化快、木質多且環狀排列在外圍。經由葉肉蟲癭切片染色得知癭最內層為韌皮部，由葉下表皮增生包圍，由韌皮部增生營養層，可提供葡萄糖供應至內部纖維，蟲體藉羽爪攀附粗長的內部纖維取食。一個蟲癭橫徑越大，內部蟲體越多，癭橫徑最大可達0.6cm，其內部的黃槿刺子節蜱可多達400隻，但蟲癭隔間內黃槿刺子節蜱數愈多，內部的突變纖維密集度愈低。

我們想探討小紫斑蝶(1)、斯氏紫斑蝶(2)、圓翅紫斑蝶(3)、端紫斑蝶(4)四種紫斑蝶翅膀的結構、特性與長程飛行的相關性，從研究結果發現：一、翅膀面積依序是：(3) > (4) > (2) > (1)。二、展弦比值是：(4) > (2) > (3) > (1)。三、定點飛行距離比較依序是：(4) > (3) > (2) > (1)。四、四種紫斑蝶在風洞實驗中(紙板坡度20∘)時高度並無明顯差異，但隨著角度升高，上升的高度漸漸產生差異，上升高度比較依序是：(4) > (3) > (2) = (1)。五、上反角較低時紫斑蝶飛行距離較遠。六、後翅在針對縱向平衡方面有較顯著的影響，尤其是後翅的後緣下降對紫斑蝶模型造成直接下墜的影響。七、生態保育應用：以擋板模擬護網比紗網的效果來的好，其中檔板上端的角度在60度時，可達到最佳的飛行效果，且可以避免紗網造成的沉降現象，達到保育的目的。

西北太平洋是最多颱風生成的海域，而不同的海洋與大氣狀況，則是影響颱風強度的主要因素。本實驗透過分析1993-2011年，7-10月在120-170°E，10-19°N與19-26°N兩海域間增強的category1-5颱風，將颱風強度與其行經路徑的海表面溫度、海溫26℃等深線、海面高度差異、上層海水熱含量和海面下100公尺海水平均溫度等不同參數做比較，觀察颱風經過的海洋狀況對其增強的影響。比較後發現，長期以來西北太平洋北部海域(19-26°N)的海洋熱力條件有變暖的趨勢，但個案平均強度卻減小。因此我們以颱風個案的垂直風切代表大氣條件，希望觀察颱風強度與風切間的關係。結果顯示，北部海域颱風的增強受風切影響較大，且強度越大颱風的增強與海洋渦漩關連越大；而南部海域颱風的增強則受海洋熱力條件影響較大。

鑒於氨氮會消耗水中溶氧，造成水質惡化、危害水域生態，且政府將逐步管制廢水的氨氮含量，處理氨氮的技術日益重要。去除氨氮的方法有物理、化學及生物法，但物理、化學法成本高且有二次汙染的風險，因此本實驗希望找到能有效分解廢水中氨氮之菌種。採取可口可樂工廠的七池汙水，以高氨氮培養基篩出七種細菌(RW、ST、ET、BA、BS、SR、CA)，並挑選出三種氨氮分解效率最佳的細菌(RW、ST、ET)。進一步發現其能有效降低廢水中氨氮，並減少氨氮廢水對水中動植物的危害。因此，我們認為RW、ST、ET能有效處理廢水中的氨氮並減緩氨氮對於環境的危害。

從2002年TRML思考賽試題出發，研究正三角形與正方形繞轉 矩形外圍的旋轉弧度、內部任意點P的移動路徑總長、橫掃區域面積等問題，再將其延伸成正s邊形去繞轉矩形外圍，發現m,n,s彼此間都有連帶的關係，成功地寫出一般化通式。之後改成繞轉mxn矩形內圍，只研究正三角形與正方形，觀察其與繞轉矩形外圍的差異性，發現在頂角處需做細部分解，修改通式、歸納分類。最後，設計了創新的『階梯問題』，設計攀爬t階層樓梯與(x+y)階層樓梯，在其過程中於頂角處需整合外轉與內轉的通式，於直線部分需仔細思索其少轉的數量，才得以寫出完備的通式。

相信很多人出門時都會忘記帶鑰匙，或是鑰匙在路上掉了，只好等外面還沒回來的家人回來幫忙開門，雖然現今市面上的鎖琳瑯滿目，但每種鎖均有美中不足之處，如有鑰匙孔的喇叭鎖，熟練的人輕易就可打開，遙控鎖雖然安全實用，且市面上已經有許多可破解、盜拷遙控器的設備了，但是現在有了手機與門鎖的結合，以數位科技替代傳統機械以鎖，就可以輕鬆的出門只要帶手機就可以，就不需要再帶一串笨重的鑰匙，也使出門的方便度增加不少。

陽燧足是一種生活在低潮帶的棘皮類動物，有五隻帶有硬棘的腕足，以生物的屍體、殘渣和有機物為食。平常都是躲在石縫、石洞中，會露出兩、三隻腕足在水中隨意撈動，讓牠們不用出縫也可以覓食，但在嗅到腥味重的食物時，就會爬出石縫。對較大的食物，會用腕足勾進口器；較小的食物，則用腕足底下的管足吸附、運送。陽燧足雖有再生能力，但僅在腕足橫切面上會再生，身體的部分只能癒合，無法再生，斷裂部分的腕足只會變粗，不會增長，而再生的腕足成長速度會較正常腕足快，讓五隻腕足最後還是能呈現接近等長狀態。雖然陽燧足是一種很常見的生物，但卻可以在潮間帶中擔任清潔者的工作，也是一種我們容易親近並了解的生物，值得大家去觀察與認識。

在將莫利定理一般化的過程中，本研究發現在不同條件下，圖形有不同的規律。如平面圖形中除三角形外，其他多邊形的莫利圖形不一定是正多邊形，但有「自我相似」的特殊關係。另外四邊形中更有許多組「對偶關係」。本研究接著將圖形坐標化，並引入「線性變換」的概念，試圖解釋並發現新的自我相似或對偶性質。立體方面則發現許多和平面圖型相似之處，例如正多面體的莫利圖形皆為其「對偶多面體」，有很強的對偶性質。而其中正四面體對應正四面體，也是一個自我相似的例子。其他不規則圖形與其莫利圖形間，沒有明顯規律，針對此，平面部分導出了算交點坐標的公式，立體則建立判斷焦點存在與位置的方法。

我們歸納了繩波波速的經驗公式和理論公式做一的對照。以簡易版的光電計時系統設計出兩種測量繩波波速的方法。第一種：固定繩線兩端點，測量它的振動頻率計算出波速。第二種：以固定的繩波傳遞距離除以測到的繩波傳遞時間而得到波速。這兩種測量方法對一條粗細均勻的繩子或不同粗細串接在一起的組合繩線，測量結果都非常吻合。若繩子只是粗細有變化，可以用固定繩的振動頻率求得波速，也可以由粗繩細繩分別測得的頻率去計算組合繩的頻率以求得波速，這是很方便的做法。但是根據我們的檢驗，繩上黏附物體的繩子不能這樣簡化處理，第一種方法有明顯的錯誤，只能靠第二種測量法這種硬功夫。