全國中小學科展

第55屆--民國104年

「蛆」之若悟-探討蠅蛆對於豬糞之除臭作用

隨著人類農牧環境的演變,目前的畜牧業大都採取高密度養殖,雖然高密度養殖帶來更高的經濟效益,但卻是製造更多的環境汙染,例如:豬糞帶來的空氣與水的污染。本研究中,研究者設計以自製之蒼蠅養殖器具培養蒼蠅,從蒼蠅的蛆、蛹、羽化、卵,又循環至蛆,尋找出最適宜培養蠅蛆的方式。本組接著嘗試以蠅蛆分解豬糞中的揮發性有機化合物分子(VOCs)。研究結果指出:蠅蛆可以有效降低豬糞中VOCs的濃度,能比對照組大幅降低3倍的VOCs分子,而分解能力也隨著加入的蠅蛆數量增加而提高。此外蠅蛆也能夠縮短豬糞腐熟的時間,使用蠅蛆替豬糞除臭是件可行的模式,而分解過後的殘餘物質,可再做為肥料,真是一舉數得。

黏而不膩-鄒族傳統蜂膠的應用

蜂膠對一般人的印象而言是一種保健食品,這次研究的蜂膠卻是鄒族傳統的黏著劑。我們藉著實驗的安排與驗證,了解蒼蠅蜂的蜂膠在各種環境變因下其黏性的表現,進而發現蒼蠅蜂的蜂膠不僅黏性強,而且穩定性高。這也讓我們體會到以前族人在山林中的生活智慧。

黏葉大討讚

許多環保製紙是利用回收材料再生新製用紙或利用當地特產等長纖維植物製紙。但常見的花、草和樹葉卻因纖維短而無法製紙。是以本研究一改以往必須挑選合適植物製紙之限,開發可黏合容易取得的短纖維植物製紙技術,使更多植物可做為製紙之原物料,達成不需砍一棵樹,不需紙張,不需化學物質也能自己造紙的目標。如此更具有綠色環保與永續的概念。 本研究採實驗研究,首先選出五種含膠植物(蘆薈、白木耳、馬鈴薯、蓮藕、海帶),短纖維植物以學校常見的榕樹葉子當對象,研究榕樹葉子跟何種含膠植物組合可以製出可用紙張。研究結果發現:用40g海帶+5g水藻+10g榕樹葉,使用陰乾或吹乾的方式,即可製出可反覆折、可書寫、可列印之類似影印紙效果的紙張。

探討自製有機-無機混合型太陽能電池在不同光強度及波長下的特性

本研究利用低成本的製程,將含有石墨烯量子點之3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)塗佈在Si金字塔微結構,組成有機-無機混合型太陽能電池,以達到在大角度入射的弱光環境下,依然具有高光電轉換效率。此微結構具有優異的光捕捉效果,且可以與PEDOT:PSS形成更多異質接面,因此大幅改善有機-無機混合型太陽能電池的短路電流、填充因子與光電轉換效率。在各種入射角度與各種光強度下,摻雜石墨烯量子點之混合型太陽能電池的效率因石墨烯量子點具有超高載子遷移率及降頻轉換效率,使其效能比一般矽基太陽能電池好。這個研究將開創一個低成本、高效率、全方位入射角且弱光環境之太陽能電池的新應用。

「藻汁」如此,「再生」一次!

在水族館中購買的毬藻(Aegagropila linnaei)發現從藻絲成長快可能具備促進細胞再生能力。在不同毬藻汁濃度下,對完整渦蟲的成長並無顯著差異(成長率為5%~ 10%),但受切割渦蟲在0.5%毬藻汁的處理下,再生能力表現最佳,可見低濃度毬藻汁可提升組織修復能力,而高濃度的毬藻汁會妨提高死亡率。將渦蟲切割後照射紫外光,結果指出紫外光的確造成細胞傷害,使再生能力減緩,而以0.5%毬藻汁處理後,渦蟲再生率明顯提升約15%。另僅以0.5%毬藻汁處理傷口24小時,其再生率更加提高約10%,可見毬藻汁中的再生因子短時間即可進入體中發揮作用,且前兩天為再生的關鍵期。

螺旋?棒旋?傻傻分不清楚

我們在從眾多星系中選取了M81 與M109 兩個具有相似的傾斜角、且M81的核球占其盤面的比例與M109 之棒狀結構占其盤面的比例相近的星系來進行研究。接著我們利用Mathematica 程式將CLEAN 演算法寫成程式碼,進而使用這個程式來將M81 與M109 放至不同的距離來觀察其影像的變化。我們發現把一個如M109 大小(直徑約15 萬光年)之星系置於約1340Mpc 遠時其棒狀結構將會難以辨識而易誤判為單純的螺旋星系。

超越障礙的勝利之路

本研究是想尋找並建立一個數學模式,來探討兩物之間障礙物數量與通過率的關係的問題。我們可以將每個正方形看成一個小單元,因為我們都知道所有東西都可以分割成最小單位。而且也有數學家曾說:當我們做過越多次試驗,則我們所得到的數值會更接近機率。所以,如果有很多樣本通過此方格陣列,則我們可以將此數值看做通過率。再由古典機率的性質,我們反轉先求出路徑的走法數。 而若我們導出這個公式後,我們可以運用在不只是路徑走法的成功率、更能用在電子流動的機率,更可以運用在抽象的事物上,像政府的決策成功率等等。

波形密碼--黑繩示波器的波形探討

「波形密碼」中的“波”,是黑繩示波器上白線反射的光線被黑繩擋住而形成影點,因視覺暫留而殘留並連成波線。首先,發現圓筒曲面經幾何投影會造成波長呈現「短-長-短」的歪像畫狀況,砂帶機則不會;黑繩的擺幅會限制波形振幅,黑棍則不會。第二部分,推導出相位差公式:相位差=(波數×360°)/半面白線步數=(360°)/(半面白線步數×轉速比),且當相位差為360°的整數倍時,波線會完全重合。以及波數公式:波數=1/轉速比=(相位差×半面白線步數)/(360°)。第三部分,從經拆解的A、B、C組函數關係式開始,最後推出D組(圓筒+黑繩)的函數關係式: y=kcos⁡(f×tan(ωx)+b)×cos(ax)或y=kcos(ω×|x|m+b)×cos(ax)。

醉芙蓉真的喝醉了嗎?

在觀察活動中,我們發現醉芙蓉花瓣會隨著時間改變顏色。早上時是白色的,中午變成粉紅色,下午又變成紅色。我們想要知道醉芙蓉的變色原因,於是展開研究。我們透過不同操縱變因的實驗,如陽光多寡、不同燈光、色光、水溶液、溫度、氣體等,並利用自製色卡判別花瓣顏色,作為實驗結果。我們發現二氧化碳和低溫會明顯的減緩醉芙蓉的花瓣變色速度;而紫色光則能加速花瓣變色。我們也在實體顯微鏡下觀察花瓣變色狀態,發現存在花瓣上的色素類似指示劑,分泌後接觸到花瓣上的酸性物質使花朵變紅。

高黏度流體繩捲效應探討

利用黏滯度和蜂蜜及麥芽糖相近的矽油,研究高黏滯度流體繩捲效應。經實驗發現,隨著矽油滴落高度距離液面的改變,繩捲區的盤繞角頻率、盤繞圓直徑及流體柱截面半徑的變化,在不同盤繞模式下會有所差異。此外,藉由改變溫度,改變矽油的黏滯度,隨黏滯度的改變,也會影響繩捲區的盤繞角頻率、盤繞圓直徑及流體柱截面半徑。此外,流量及黏滯度會影響各模式出現的高度;流量的影響較黏滯度大。