第53屆--民國102年

台灣被稱為「蕨類王國」，蕨類資源豐富，蕨類的密度更是世界第一。為明瞭林口台地蕨類的多樣性，選擇桃園縣龜山鄉長庚村作為田野調查地點並進行一年的觀察研究。藉由調查蕨類物種的分佈及數量，來探討蕨類植物的特性與生長棲地條件的相關性，並探究蕨類孢子囊的耐酸性與耐熱性是否是決定優勢種蕨類生長的重要關鍵。實驗發現本區數量最多、分佈最廣、最具代表性的優勢種蕨類為密毛小毛蕨，而不同pH值(pH 8~3)及溫度(20~40℃)對密毛小毛蕨孢子囊無明顯破壞效果，對照組則相反，推測其對生長環境的要求不高，像在有陽光處和陰暗處都可以生長，同時具有極強的耐酸性與耐熱性，適應性強，因此容易繁殖而成為本區的優勢種。

因要轉達消息至全班同學，而開始探討如何有效的將訊息傳達至每一位同學手中，利用圖論中樹的分析架構，轉化為實際的樹狀結構，並訂出最快的處理策略：整合+互補+傳達，找出在m個人中各自擁有一項不同的訊息，每一次對談人數為n個人，則最快讓此m個人擁有所有的訊息的次數為[m-n/n-1]+n+[m-n2/n-1]，其中m≥n2 ，並以此思維架構化簡更為精簡圖形架構模型。

龍捲風是快速熱對流的現象，局部區域的地表溫度過高，導致這個區域的氣流快速上升。氣流快速上升的結果，根據流體力學中白努力定律，這將使得中心地帶成了低壓中心。所以四周的空氣就會往中心集中最後形成渦流，並造成災害性破壞稱為「龍捲風」。金門夏季在空曠平地(如：操場) 會出現一種迷你型的龍捲風，這種熱氣流所引起的地表附近的氣象其實是一種稱為「塵卷」的現象。本研究即是利用簡易的裝置在水中產生了類似龍捲風的現象，創造了「水中龍捲風」，來模擬金門下季會出現的塵卷現象。「水中龍捲風」的形成是利用攪動水產生漩渦，並且讓漩渦將底部的細沙捲起。從燒杯的側邊觀察，被捲起的細沙就像電影中利用電腦所模擬的龍捲風特效一樣。接著，我們探討了影響龍捲風規模的參數，發現不同粗細的攪拌棒、攪拌的位置不同以及攪拌棒的轉速不同都會影響水中龍捲風形成的規模、出現時間和達到穩定的時間。其主要是因為攪拌棒越粗，攪拌棒形成的低壓中心壓力越低並且和四周的壓差更大，所以塵卷的規模也越大。同樣的，轉速越快低壓中心的壓力也越低，結果當然塵卷的規模也較大。而攪拌棒越接近底部細沙的位置，形成壓力差的梯度不同造成塵卷形成即達到穩定的時間不同，但是塵卷的規模卻相同的結果。從製造「水中龍捲風」來模擬塵卷現象的實驗中，我們學習到低壓中心如何產生並且造成劇烈的氣流現象。如果我們持續加熱地球而不能正視人類過度發展的結果，未來面對極端氣候的挑戰時，將會付出更大的代價！

將自然與生活科技的「聲音的探討」單元中所學的知識，應用在日常生活中，使用回收物品與教具的再利用當器材的來源，利用鼓風爐教具當壓吹空氣源（氣壓源），連接不同長短的膠管笛以發出聲音，藉由電腦測音軟體錄製所吹出的聲音，進行頻譜分析量測其音頻，探討不同長短的塑膠管所發出的音高，進而求出想要的音高的管長，使其發出所需的和弦與樂音，以製作能當伴奏或彈奏的膠管樂器，達到自製樂器的樂趣。

將水加熱的過程中，會受到容器大小、容器形狀、水量及火力大小等因素，影響使用能源的多寡。因此將這些種種變因做組合，研究將水加熱時間的變化，並利用實驗找出最節省能源的方法。實驗結果：我們發現一次燒一整鍋的水，會比裝半鍋分兩次燒加起來的燃料還要少。但有時候如果使用小火慢慢燒，會比用大火快燒省下更多的能量。

因好奇目前淪為寵物餌食的櫻桃紅蟑(Blatta lateralis) 的小強本能還有多少?所以我們設計與自製了四格透光紙盒討論櫻桃紅蟑對於不同照度與不同色光的負趨光性表現、自製沙盤紙箱與不同接觸面來探討櫻桃紅蟑趨觸性的機制、自製軟管通道紙箱探討櫻桃紅蟑對各種氣味的喜好、與自製八岔路軟管紙箱測驗其對水分的感知能力等…得到主要結論為櫻桃紅蟑在有人為干擾下趨觸性的表現優先於負趨光性與對食物、水分的需求，於無干擾狀況下櫻桃紅蟑是平均分散於環境中不喜碰觸的、在光照強度約100 lux以下對光的明暗較敏銳、對於氣流的擾動感知大於對震動、水分的吸引力優於對糖、魚飼料等的吸引…我們期許這些結論有助於應用在蟑螂防治的設計。

教室是我們學習的主要場所，卻因為椅子的拉動產生噪音，影響我們的學習。藉由此實驗，了解椅子拉動時所產生的噪音值，由一張椅子的80分貝，到全班產生的100分貝。而椅子拉動的方式不同，包含往前推、往後拉或是翹腳腳拉動，所產生的噪音大小都不同。椅子往前推時所產生的噪音最大，往後拉較小，若椅腳翹起來時，噪音值更小。為了建立更佳的學習環境，因此利用環保材質來包覆椅腳，減少噪音。單層包覆後，以網球的效果最佳，噪音值61.1分貝，布類的效果也很好，比對照組的89.3分貝低很多。在多層包覆中，都可降到60分貝左右，和市售的減噪墊片效果差不多。所以包覆物質愈厚愈柔軟、愈粗糙都能有效減少噪音的產生，且這些都是廢物利用，經濟實用。

本研究主要是探討蟻獅巢穴的數學秘密，經觀察蟻獅建造巢穴的目的有二：(1)做『圓錐巢穴』是為捕食、(2)建造『圓形蛹室』是為成長蛻變。我們計算了十個樣本，發現蟻獅所築圓錐巢穴之坡度大約介於49°~63°之間，利用勾股定理a2+b2=c2算出巢穴斜邊長在1.25～4.85cm間，另外不同大小體長蟻獅建造出來的巢穴底圓半徑、深度、體積與圓錐體曲面面積，相關係數分別是0.62、0.4、0.53、0.56，證實上述項目彼此間有顯著線性相關，而有利於蟻獅捕捉到獵物。在球體蛹室半徑、體積、蛹室的面積等與體長間，相關係數是0.99、0.88、0.95，且有高度線性相關，代表蟻獅幼蟲可以在蛹室內安全無慮下蛻變成長。

本研究探討如何以銅銀電池反應後之硝酸銀廢液進行回收再利用，而在實驗中我們發現對於高中而言，進行銀鏡反應是最可以妥善利用廢液的方法，所以我們設計四種方法：直接過濾法、加入銅片法、NaCl沉澱法和NaOH沉澱法將廢液做再處理，實驗結果發現：以NaOH沉澱法之效果最佳，結果所形成之銀鏡與純的硝酸銀溶液來進行銀鏡反應相比，效果相去不遠。另外也利用NaOH沉澱法討論硝酸銀廢液之回收率。

現代化的國家行車速度越來越快，很多車禍的發生都是因為未保持行車安全距離，所以在一般道路及高速公路上車禍率頻仍。基於這種車禍發生原因，在未保持交通部規定的安全離下，後方駕駛容易緊張而緊急踩煞車，造成更後面的駕駛煞車時間縮短，因而發生車禍，在高速公路上，小小的車禍有可能變成連環車禍，不容小視。所以這次的研究主要針對這類事情來探討，由感測器來感測煞車時的變化量，以不同的閃爍頻率來控制LED剎車燈，將此系統裝置在第三煞車燈，這樣可以讓後面的車輛經由LED的閃爍速度很清楚的 “知道”前方剎車力道預先剎車，而不是 “感覺到”剎車不及撞上前車。此項裝置除了裝在汽車上之外，也能延伸應用在摩托車上或是腳踏車上。