全國中小學科展

第54屆--民國103年

東引卡蹓骨牌風景

在這個研究中,我們想瞭解重力及骨牌間距對骨牌倒下速度的影響。為了減少變因,做坡度變化時統一使用相同木板放置骨牌。在做了間格、上下坡、錯位、改變轉彎半徑實驗後,我們由實驗得出的結論來完成數個東引的骨牌圖案。

因數小子

為了從遊戲中獲得勝利,進行研究的過程中,我們發現:挑戰者的贏牌策略為每張數字牌都比莊家大,除了一定得不到的質數牌外,設法拿到最多張數的數字牌。挑戰者的估計最大張數為(總牌數-位於數字範圍內一半以上的質數牌張數+1)÷2。但實際最大張數為估計最大張數-(拿「雙因牌」次數+「合數牌」張數)×0.5。挑戰者抽牌時應先抽最大質數牌,再抽最大質數平方牌,依序抽因數牌張數較少且與前一張有公因數的牌,以此類推,若最後有剩餘牌,觀察其中是否有合數牌再做試驗。 挑戰者的理想最高分為(最大牌分+1)×總張數÷2-〔(1+實際張數)×實際張數÷2+剩餘牌分+牌分差〕。

寓濁於清

基隆,總是演奏著多雨的篇章,雨水帶來生機,卻也造成影響。在下雨的日子裡,發現原本清澈的瑪陵溪水,水位上漲、溪水汙濁。透過氣象局雨量資料,與我們下雨天進行溪水採樣的結果相比較,發現當雨量增加時,溪水的濁度也同時增加,而溪水中的懸浮物質也呈現增加的現象,證實雨量影響到溪水的濁度與懸浮物質濃度。 河川的整治為降低河川氾濫的發生,但對溪水造成的影響與下雨的情形相雷同,甚至更嚴重,溪水的濁度與懸浮物質濃度的數值遠大於下雨時的數值。對於水生生物而言,無疑是產生緊迫,經實驗發現汙濁溪水影響溪蝦的攝食,甚至產生病灶。透過本研究可提供給相關單位,在維護河川環境、保障人民安全的同時,對自然生物的保育也應須考慮。

戰〝顫〞兢兢-抑制水族箱中顫藻生長之研究

顫藻是全世界分布最廣,種類最多的浮游藻類,雖屬於原核生物界,但具有葉綠素行光合作用;在水族箱中若出現顫藻,會產生異味,並影響水族箱中的清潔與美觀。本研究是藉由改變水族箱中的照光、水蘊草、金屬離子、飼料、溶氧量、二氧化碳、硝化菌和餘氯等環境因子來嘗試抑制顫藻的生長並進行實驗比較。研究結果發現:照強光、水蘊草數量多、飼料少、水中含有銅或鋅等金屬離子、以及增加水中溶氧量都可以有效抑制顫藻生長,但考量對其他水中養殖生物的生存條件維護,建議家中水族箱可以添加照光設備、持續打氣、添加硝化菌、種植足夠數量的水蘊草、並適量餵食飼料,便可減緩顫藻的生長,達到長時間維持清澈水質的功效。

地下工程師-黏液對土壤的影響

蚯蚓是自然界中一種奇妙的生物,牠能將土壤翻鬆,讓植物容易生長與扎根。而資料顯示,蚯蚓在缺水分的環境下,會自行分泌黏液讓體表濕潤,遇到危險時也會大量的分泌黏液來嚇阻敵人。所以我們除了「觀察蚯蚓各部位構造」,並研究「蚯蚓的生態行為」,也針對牠所分泌的黏液進行實驗,利用「自製土壤硬度計」來探究黏液會讓蚯蚓所鑽過的洞穴不易崩塌的原因。我們發現蚯蚓分泌的黏液可有助於挖掘隧道,同時我們也結合生活中地下隧道工程的概念與應用。

悠油的細胞-廚房油煙對肺泡A549細胞影響的探討

油品在高溫下會產生揮發性物質,吸入可能有害肺臟。本實驗探討油煙生成,及油煙對人類肺泡A549細胞生長及細胞內抗氧化能力的影響。 方法是加熱大豆油、橄欖油、葵花油至冒煙點以上,收集油煙。將不同量、不同加熱時間、不同油品之油煙與已知有害物質苯並[a]芘加到A549細胞上,測24與72小時的細胞存活率,及細胞總抗氧化能力和超氧化物歧化酶活性。 結果發現加熱越久,油煙量越多且油的酸價越高。油煙與苯並[a]芘都會影響A549細胞存活率及抗氧化能力,且與油煙量相關。當油煙量夠高時(約> 600µg),A549細胞之存活率及抗氧化能力均明顯變差。 結論是油加熱至超過冒煙點會產生油煙,當油煙量高到一個程度,就有可能對肺泡細胞造成傷害並影響到細胞生長及抗氧化能力。

CAPTCHA行動裝置門禁管制的設計及探討

由於手機電子錢包的發展,可知在手機的辨識成熟度已無庸置疑。如果能以手機內建的無線功能,實現手機鑰匙功能,來取代傳統鑰匙,應該可以輕易勝任,使人們出門不必隨身帶一大串鑰匙,再透過完整的管理程式,提升整體效益。 本次研究是以圖形驗證(CAPTCHA)加上密碼的方式,透過手機APP程式來開啟藍芽電子門鎖;因為在開鎖的同時加入圖形驗證(CAPTCHA),可以加強開鎖時資料的變化性,增加安全性,並針對安全性做分析比較。進一步探討所帶來的便利性及可靠性。 經由分析的結果,進一步導入CAPTCHA行動裝置藍芽門禁管制系統,使得解鎖時獲得絕佳的安全性,亦可透過即時監控增加便利性及防範非正常狀況發生。

滾動奇跡

本研究從第46屆全國科展「滾滾紅成」延伸,以立體圖形為研究方向,試以「立體一筆畫」方式將兩個多面體互繞,將其中一個不動的多面體作為基準多面體,另一個多面體則沿著基準多面體的邊繞行基準多面體的面,最後繞回起始面,且繞行路徑不重複經過基準多面體的同一面,發現正多面體在接觸面相同時可立體一筆畫互繞詳盡證明之。另外,探討其繞法種類,其中正四繞正四面體為6種;正六繞正六面體為32種…等,接著求出環繞後的不同旋轉點其對應之旋轉中心變化、對應旋轉半徑、旋轉軌跡圖形及總旋轉軌跡長,其正m面體繞正n面體旋轉角度公式為360∘-[cos-1(1-(1-cosα)/sin2α)]-[cos-1(1-(1-cosβ)/sin2β)] ,並將研究結果應用至演唱會或KTV中的燈光設計及建築節能省電裝置。

多邊形及中心多邊形自守數的尋找及性質探究

多邊形及中心多邊形自守數是鮮有人研究的課題,將廣為人知的「(中心)多邊形數」與「自守數」綜合起來,形成相當有趣的幾何與數論結合課題。 歷史文獻中僅提出六邊形與中心六邊形(s=6)自守數的想法,亦僅做了不完整的探究:1987年特里格(Trigg, C.)只尋找到小於10000的六邊形自守數,而2003年皮寇弗(Clifford A. Pickover)也只列出八位數以內的六邊形自守數及不完整的數列。 本研究首先討論s=3,4,5,6的情形,透過Bezout's identity確立各位數數量,並利用尾數重複出現的性質,找出各多邊形及中心多邊形自守數衍生的方法;再根據各判別條件,整理出 邊形自守數間的包含關係,以及中心s邊形自守數間的交集。

葉綠素的長生之道

以校園地瓜葉為材料,萃取葉綠素酒精溶液前,先以熱水加熱10分鐘與15分鐘,其葉綠素萃取效果最好。在pH5以上之處理,較能維持住葉綠素之色澤,即便在一週後仍呈現綠色,pH3處理者無法使葉綠素穩定。日照處理較其他LED光質如紅光、藍光、綠光與白光處理者,其葉綠素穩定性最差,且日照48小時比日照24小時處理者,葉綠素劣變明顯;反之,LED藍光處理者色澤穩定度較佳,故建議以藍色作為裝取精力湯容器之顏色。高溫處理組(60℃-65℃)葉綠素保存較室溫(25℃-28℃)與低溫(4℃-5℃)不易。為了保持新鮮地瓜葉汁液的鮮度應避免日光直接曝曬。應用電腦Microsoft Word軟體 RGB三原色(R為紅色、G為藍色、B為綠色)數值,估算其葉綠素含量,達到簡單、快速、易操作等優點。