全國中小學科展

第56屆--民國105年

多方塊組成之深入探討與研究

在本研究中,我們探討n個小方塊可組成多少種一排至三排的多方塊。多方塊是一些將數個單位正方形以邊相連接而成的幾何形狀。而其中一項至今還未有人提出通式之性質、同時也為最重要的多方塊之數目,卻少人深入研究,或是以錯誤的方法求之。基於此原因,我們想探討和前人方法不同的多方塊組成求法:先由單排多方塊開始探討組合,再由組合公式、歸納法、賦值法、填補法、費氏數列等基本數學概念推導2、3排的多方塊組合。研究結果顯示多方塊組成確實可用組合及費氏數列表示,並由此方法探尋出每一排方塊的通式。我們希望不單只是探尋出通式、一般化多方塊組合數目,並由此更深入探討離散數學之概念。另外透過探討過程中,深入了解一些組合恆等式。

雙棋互動-在m×n的棋盤中,任意放入兩個不相鄰棋子放法之最大值

本研究探討在m×n的棋盤中,任意放入兩個不相鄰棋子放法之最大值。我們透過觀察、尋找關係、猜測、檢驗、證明以及公式的探究過程而得到計數公式,得到研究結論如下: 一、在不同大小的棋盤中,要尋找放入2個不相鄰棋子的放法之最大值時,發現圖形樣式法比階差法較快速,且可以由觀察圖形樣式的變化,而明顯的觀察到數量的變化。 二、在3×6~3×9、4×6~4×9、5×6~5×9、6×6~6×9的棋盤中,找到放入2個不相鄰棋子的放法之最大值,如表6-1-1、表6-1-2、表6-1-3、表6-1-4。 三、在不同大小的棋盤中,找到放入2個不相鄰棋子的放法之最大值與邊長的關係,其關係如陸-二-(一)與陸-二-(二)。 四、在m×n的棋盤中,找到任意放入兩個不相鄰棋子放法之最大值的計數公式,如表6-3-1,且加以證明。

「鯊」馳「電」掣 ---- 鯊魚感電能力之影響因素分析

斑鯊透過羅倫氏壺腹細胞感應周圍環境電場,以提升偵測附近獵物的能力。過去針對斑鯊電感能力的研究,多著重於生物行為表現,量化分析較不足。本研究首先透過外界電場刺激非活體斑鯊,分析斑鯊腦部負責處理電感之區域,並探討電流在斑鯊體內的流通路徑;接著以銅片、碳棒等素材模擬斑鯊及周圍環境,量化分析斑鯊身體構造因素(如鯊體長度)、環境因素(如水之深淺)、獵物因素(如周圍魚群多寡)及斑鯊活動因素(如鯊魚頭部擺動)等因子對於斑鯊電感之影響。實驗結果顯示大腦前端為電覺反應處理區,有訊息交叉現象;軀幹部電阻大,有阻隔電流發散的導流效應。本研究提供發明一套估算池內魚隻數儀器的概念,及利用電流測得神經傳導路徑的方法。

棋盤中的美好「缺」憾

本研究首先發現在n×n棋盤的所有和平排列(每行每列各放一個棋子)中,皆可找到不包含棋子的k×k正方形,同時得到n和k的關係:k的最大值為⌊√(n-1)⌋。 接著延伸這個題目,從找k×k正方形變成找(k×k-m×m)的缺角正方形。並在程式的輔助下,除了得到fa(k,m)和fb(k,m)的值,也可以知道n=fa(k,m)和fb(k,m)時放不下缺角正方形的和平排列,而基本上,報告的整體架構就分為兩個部分,證明每個(n+1)×(n+1)的和平排列都找的到,以及構造n×n的和平排列找不到(缺角)正方形。 f(k,0)=k2 fα (k,1)=k2–k fβ (k,1)=k2-1 fβ (k,k-1)=2k-1 fα (k,k/2)=k2/2

EGCG與NGF對PC12細胞株生長型態的影響

探討綠茶多酚 ( EGCG ) 與神經生長因子 ( NGF ) 加入含PC12細胞株 ( 鼠腎上腺髓質嗜鉻細胞瘤細胞 ) 的培養液後,對其生長型態之影響。 我們使用定量 ( 細胞計數器估計,約10000個 / mL ) 的PC12細胞株,以不同濃度的藥物處理並在細胞培養箱中生長5天後,用10% Paraformaldehyde固定觀察。研究結果顯示,EGCG對未加入NGF的細胞沒有明顯的效果;加入NGF的細胞當中,添加EGCG可使其細胞本體面積、突起數量較未加入EGCG的組別更大、更多,但只要NGF的濃度足夠,兩組細胞皆有明顯的生長情形。 在後續的實驗中,我們發現EGCG對PC12之突起長度的影響在NGF為原濃度的0.2倍 ( 即10μg / L ) 時更加明顯,因此推測其對未完全分化的神經細胞之影響較顯著。未來會使用胞內鈣離子偵測探討EGCG對PC12細胞株的功能性影響。

奈米金應用於潛指紋檢測之研究

指紋檢測技術為現今偵辦犯罪事件中一項重要的工具,傳統上以粉末法檢測指紋中的水分為主要方法,然而水分易隨著採樣時間拉長而消失,粉末法就難以派上用場。為解決此難題,本實驗利用奈米金可吸附油脂的特性以及具「表面電漿子偶極共振」效應,比較奈米金、奈米金團簇、四氯金酸三者於檢測指紋效果的優劣。研究發現三者之中,以指紋復現明顯程度來看,奈米金團簇的效果最佳,因其可以照射紫外光之後顯現出螢光,而四氯金酸耗時最久,因其須先還原成金原子,故整個過程長達兩小時。本研究亦嘗試在奈米金團簇上,修飾K他命抗體,以達到更加專一的指紋檢測。

生物分解新主張,污水處理有一套

本研究以自行設計的滴濾池培養厭氧污泥,提供厭氧菌硝酸鹽將其脫氮氨後,再回流至上流式厭氧污泥床(UASB),結合三相分離器,利用回收沼氣,增加污泥浮除效果,並結合喜氧設備與生物膜分解方式,改善污水出流 COD、BOD 、TKN(總凱氏氮)、氨氮等問題。本研究實驗分兩階段,探討不同種類污水對系統之影響。第一段實驗配置廢水主要添加丙烯晴當氨氮及有機氮來源,因具有生物毒性,在未經丙烯晴馴化的厭氧污泥處理時,COD去除能力只維持20-21%,第二段實驗配製廢水主要添加尿素當氨氮及有機氮來源,因尿素為生物營養源,對生物增生具有加值效果,經馴化後UASB槽出流COD為420-400PPM去除率已達60%-62%,經固定床處理後廢水COD明顯下降80PPM以下系統COD總去除率92-95%,TKN(總凱氏氮)去除率74%。

凡走過必留下痕跡

本研究認定竹山地區低位河階共9階,高位河階6階,總河階數共74個,高位河階最大面積為坪頂埔LT3面,總面積達1.9平方公里,應為濁水溪與東埔蚋溪聯合沖積形成;最高位河階為LT6分別為坪頂與第一公墓-1,原屬觸口台地東側不對稱背斜,經清水溪切割而分離;低位河階最大面積為竹山面FT2面,成因較為複雜可能先後受濁水溪與清水溪作用所致;河階剖面顯示,受活動構造通過的階面皆出現撓曲現象,竹山地區東側活動斷層構造明顯,西側則多為背斜與盲斷層,有潛在性危險,若能定時監測與調查必能降低災害發生。

結合綠能的魚菜共生

一、魚菜共生,對於都市中的人們來說,有著莫名的吸引力,因為聽到以魚的排泄物來種菜,這是一個很好的概念了,我們只要給魚吃飼料,魚的排泄物就可以透過硝化轉換成蔬菜要的硝酸鹽,可以魚菜兩收,又可以省水愛地球,還有收成時的心靈滿足,以及療癒的功效,真的是一件好事可以多面豐收,何樂而不為! 二、一般而言,1公斤的魚可種植50公斤的蔬菜。另根據英國魚菜共生協會(Aquaponics UK)提供的數據,養1公斤的魚,生產至少50公斤蔬菜和0.8公斤魚肉。「魚菜共生」有機農耕,是利用水裡的魚釋放養分給菜,菜再吸收養分淨化水的一種有機耕作法。

駕著手機 乘著光 飛向類3D的世界

本研究探討「浮空投影」相關原理,並比較浮空投影器效果之影響因素,含不同斜面角度的四角錐、相同材料製作三、四、五角錐、不同厚度的透明清玻璃與PVC片及壓克力、相同厚度的黑半透明壓克力與透明壓克力、半反射綠玻璃與透明清玻璃之投影清晰度,以及貼上同廠牌三種不同隔熱紙對強光下投影之改善情形。並針對浮空投影器媒體螢幕影響因素進行探究,含不同螢幕亮度、對比度、濾藍光量、環境照度之投影清晰度。 結果顯示1mm透明壓克力製作的45度四角錐在成本、製作與使用效果上有最佳表現,輕便投影器以市售2或2.5mm A4 PVC膠片製作較優;螢幕則以高對比、高亮度、不濾藍光、亮度高於環境等條件可以達到最佳的投影效果,最後將結果應用在虛實互動浮空投影器及類3D立體投影電話。