第55屆--民國104年

在我們的生活中所見到很多圓的應用，車輪、硬幣、井蓋……，似乎無處不在，大有不可替代之勢，但早在19世紀德國的一位科學家勒洛的出現，從此打破了這個一成不變的傳說。因為勒洛三角形滾動時可以實現上下區間高度一致，這與圓在直線上滾動時是完全一樣的，因此本活動以小學的複合圖形面積為根基，拓展到圓和勒洛三角形在多邊形或變軌曲線圖形外滾動的區域面積，藉由剪拼及尺規作圖分解不規則的區域面積，看似複雜的問題竟然變簡單了，並且找到面積求解的一般式，不但讓我們學會如何把未知的問題轉化為已知的問題來進行解決，還能進一步將我們的研究轉化成好玩且具挑戰性的軌道拼圖，由長方形、扇形、環形扇組合出多種不同的軌道，並反推出原型。

本研究水族缸裡的三尾扁蟲(Convolutriloba)經外型描述、無性生殖等證據，證明本種是台灣地區的新紀錄屬或是新種。由於至今尚無報告指出野生棲地，而本研究首次探討其自然環境，並自墾丁外海發現野生三尾扁蟲多棲息於礁石洞口。Shannon, et al, 2009指出三尾扁蟲具有光避性與光聚性，但未探討其原因，我們設計模擬棲地使其在黑暗與光照交替的環境下生存，確認扁蟲的自然分布乃是光避性(photophobia)與光聚性(photoaccumulation)彼此調節的結果。比較扁蟲以及其體內共生藻(Zoochlorellae)在不同色光下的生理現象後，發現共生藻紅光下光反應效率高，而在其他色光下光反應效率低，此項發現說明了扁蟲在紅光下不具光避性，而在其他色光下扁蟲有明顯光避性的原因。此結論也同時說明了扁蟲野生棲息地位於礁石洞口的原因。

本實驗以衣魚食物多為纖維素的特性探討其腸道內是否有可分解纖維素之微生物。首先利用剛果紅染色原理證明該微生物的存在，並抽取其DNA進行聚合酶連鎖反應將結果定序檢驗微生物物種及找尋其功能性基因。其次以不同生化方法測試該微生物反應，並測定其分解纖維素之效率。本實驗已確定衣魚腸道內有Bacillus amyloliquefaciens以及Paenibacillus woosongensis兩種菌種，並參考文獻找出Bacillus amyloliquefaciens以及Paenibacillus woosongensis的功能性基因引子，兩種細菌的分解纖維素效率分別達1.786 U/ml以及 1.682 U/ml，往後將抽取其酵素，改變環境測試其效率，及測試分解不同纖維素物質之效率，例如:稻稈、玉米葉莖、廢紙…等，以應用於分解堆肥及製造纖維酒精。

船舶行經海面、運動選手游過泳池時，總會在移動中散發出幾道狀似翼形的波動。 這種波在學術上被稱為「開爾文船波(Kelvin Wake)」，英文上可簡稱為wake。對於wake至今已有不少相關研究成果，但是就我們所查詢到的資料中很少有文獻是針對尺度較小的船尾波做探討的。於是我們自製簡易器材模擬低尺度下環境(低船速、低水位、觀察範圍小)的物體在水面移動產生wake的型態，再使用相機拍攝後以Tracker、GeoGebra程式測量速度及分析波紋細節，並以GeoGebra將理論的結果圖形化，和實驗照片進行比較。我們發現低尺度下的wake和Kelvin的大尺度模型有所不同，因此我們將Kelvin模型修正後提出新的「波峰直線Kelvin理論」來解釋wake在低尺度下的型態，並由修正的過程中來探尋wake的波動來源。

台灣登革熱防治方法大多以在排水溝蓋裝設紗網為最普遍，落葉與細砂土常阻塞孔隙，雨勢稍大，排水功能降低，有時甚至喪失。且R.C施作的5cm~8cm圓孔水溝為增加排水，卻未裝設紗網或遺漏，如此防疫措施豈不成虛設。經研究觀察，病媒蚊能輕易地竄出破損、脆化的紗網或竄出竄入紗網，又易遭破壞需經常更換。 本研究利用實習課的廢磚碎成不同大小顆粒，運用混凝土骨材級配原理製作非線性排水孔隙廢磚級配，搭配PVC與壓克力製作現有水溝蓋防蚊排水容器，實驗證實不同型式排水溝蓋加入不同流水截面積容器，與廢磚級配粒料之排水實驗，排水功能僅有3%左右受影響；蚊蟲竄出防堵實驗則達100%防阻，有效防止病媒蚊孳生與確保排水功能，更讓廢磚有資源再利用的新生命。

在蟻科(Formicidae)中的山蟻亞科(Formicinae)這個類群，終齡幼蟲會用絲腺分泌的獨特絲質纖維將本體包裹，形成蟲繭(cocoon)，這本來是很容易讓人理解的，但是，棘山蟻屬(Polyrhachis)的工蟻卻能操控幼蟲使其將奈米纖維狀(nano fibors)的蟻絲蛋白塗布蟻巢內部形成膜狀物，這種由工蟻調控幼蟲改變棲息微環境的進化情形更甚南美洲的織工蟻，而且罕有人研究。本研究嘗試水解蟻絲蛋白進行各項試驗，另發展大量取得乾淨蟻絲蛋白膜的人工養殖技術，同時詳述黑棘蟻幼蟲吐絲的習性，以及利用工蟻來調整控制蟻絲蛋白膜的生成和成品的功效，讓蟻絲蛋白的研究，奠定發展的基礎。

本研究目的旨在分析翻轉卡片、正立方體翻轉盒及三角形翻轉盒，並進一步設計出展開圖，應用電腦軟體切割照片貼在展開圖上，列印後再組裝成翻轉卡片或翻轉盒，可透過翻轉動作一直變換不同照片，成為展示照片的有趣商品。結果發現，翻轉卡片可展示四面照片，本研究設計出A4尺寸正反面的展開圖；而正立方體翻轉盒由8個方塊組合而成，連接線位置不同共產生8種翻轉類型，其中以「型2-1-1」可出現六面為最多，而且操作翻轉易回第一面，以座標位移、旋轉方位及動用到的連接線三種方式證明「型2-1-1」類型可以回到第一面；此外，也分析單一正立方體的11種展開圖及三角柱的23種展開圖，挑選出適合的展開圖，設計出正立方體翻轉盒及三角形翻轉盒的平面展開圖。

經過實驗我們發現：磁場作用下溶液的流動方向符合安培右手定則判定溶液的流動方向，而且磁鐵越靠近電極會造成的磁作用較大，溶液流動越快，造成的磁場擾動會影響反應的進行。電解水產氫不同濃度的溶液使用適當強度的磁場，可以提昇產氫的速率。探討磁場對於產氫速率的影響，以粒子碰撞學說模型，「燃燒煽風供氧」比喻加以說明，必須同時思考溶液的「離子濃度效應」和「磁場擾動效應」才能達到最佳值。加入磁鐵作用下實驗結果，可有效減省電能，本實驗在10V電解0.5MNaOH將磁鐵放置負極下方、N極向上產生30毫升的氫氣，產氫速率增加20.9％，並可有效減省24.8％的電能。

本研究為期約兩年。研究以室內飼養觀察杜鵑三節葉蜂為主，野外觀察為輔，研究牠的生活史四個階段：幼蟲、繭（蛹）、成蟲、卵的有趣現象、行為，並建立生活史的基本資料，供往後生物教學及杜鵑蟲害防治使用。所得重要成果如下：1.老熟的幼蟲會在變黃結繭前有體長縮短的現象。2.老熟的幼蟲具趨暗性，在溼度高的環境所結的繭偏咖啡色。3.根據各月分蛹期變化資料，顯示有世代重疊的現象。4.確定會行產雄孤雌生殖。5.成蟲偏愛在嫩葉且邊緣不捲曲的葉片上產卵。6.成蟲喝蜜水利於存活及產卵。7.卵會隨時間變大，使得卵所在位置的杜鵑葉表皮日益明顯凸起。8.在春夏季生長期較短，在冬季的生長期最長。9.北台灣一年約有5個世代（5化）。

本實驗發現有效的水質淨化劑：薑黃素。過去薑黃素常被中醫用來治療牛皮癬等細菌引起的皮膚疾病，並且照光時效果越好，根據本實驗我們發現了薑黃素的光降解現象。 薑黃素的光降解作用在酸性環境下效果有限，在鹼性環境下光降解效果顯著。在高溫沸水中薑黃素不易分解，但在充足氧氣與光源下有較佳的光降解效果，並且也發現日光燈有比紫外燈(短波：254nm)更好的分解效果，供應越多氧氣光降解越顯著。薑黃素也有良好金屬螯合作用，可與金屬形成穩定錯合物，達到水質淨化的目的。 本實驗找到具有可以殺菌、吸附金屬與對環境無害的水質淨化劑，並且我們也將其製作成有用的產品，希望可以提供人們在金屬光觸媒選擇外，另一種較安全、無害的方式。