全國中小學科展

第56屆--民國105年

蛹結同心

我們透過觀察淡紋青斑蝶幼蟲及蛹的生長環境,並觀察牠們的寄主植物,探討蛹體的顏色會隨周遭環境而變色及蛹的絲墊所能承載的重量,推論幼蟲化蛹時也有省力的科學概念,並驗證絲墊與附著物所夾的角度30°會比所夾的角度90°,能承載大於1倍以上的重量及大自然的抗力。蛹的絲墊黏著力強,抗拉強度大於3M掛勾,經過4個月的風雨侵襲,絲墊仍能保有原來的負荷力。 前蛹期掉落的幼蟲,依舊能靠身體的蠕動而成蛹。即將羽化的蛹,不慎掉落,可藉由蛹體尾部的破洞突破蛹殼及外力的協助,成功羽化。羽化出蛹殼的蝶,尾部被絲墊黏住了,無法及時把體液流到翅脈,翅膀畸形,即失去飛行的能力。

形不行?差很大-形狀及方向對抗彎變形之研究

研究樑柱的形狀、擺放方向及在相似形狀下,樑柱的寬與高對支撐力的影響,再將研究結果用電腦程式模擬驗證,適當的樑柱配置是有助於建築結構的抗震效果。 使用厚紙板製作各式模型體,在相同材質、長度及斷面積等控制變因下,以砝碼吊重,並設計了將微小變形量放大再依比例縮小的間接測量方法,算出微小變形量,經實驗後獲得以下的結果: 1.物體載重力和形狀有關,以W型、工字型和長方形樑較佳。 2.物體載重力和擺放方向有關,相同形狀時長邊的支撐力優於短邊。 3.物體增加寬度的方向如與力的方向平行,可以有效提高支撐力;如與力的方向垂直,也可提高支撐力但效果比較差。 4.利用樑或柱的強邊去補強建築物平面的弱邊,可提高抗震能力。

引賊入「口」---「木賊」潔牙效果之探究

本實驗探究木賊、樹枝牙刷和一般市售牙刷的潔牙效果,並試圖找出木賊最佳的潔牙方式與時機,研究過程中利用BCP試紙觀察以木賊和樹枝牙刷潔牙口腔pH值的變化,發現天然牙刷不同材質的特性的確會影響潔牙後的口腔pH值,再透過牙菌斑顯示劑了解各種牙刷去除牙菌斑的能力,結果歸納出使用中藥行所購買的木賊部泡水進行刷牙40-60下,其潔牙效果較佳。另外,利用總生菌數快檢片測試木賊、市售抗菌牙膏、樹枝牙刷、柳樹枝條對於牙菌斑的抗菌效果,研究發現樹枝牙刷具有抗菌能力,其他皆無。本試驗期待能夠藉由科展的實驗探究,找出最適合人體的潔牙效果,且減少海洋塑膠垃圾,不危害環境、友善大地的潔牙工具和方式。

驚嘆尤拉線群遇到60°與120°

本研究探討在平面上以一定點P切割△,尋找使三子△尤拉線共點之P點。這種點有無限多但有一定排列,我們用代數法求出P點軌跡方程式,且發現非正△中能使尤拉線群共點的P點軌跡分成三部分:1.封閉曲線2.外接圓3.開放曲線。另外發現共點Q軌跡在原△尤拉線上,分成三種:1.整條直線2.直線上下兩部分3.直線上中下三部分。進一步,若原△有一內角為60°或120°,則開放曲線變直線,封閉曲線變圓,且此圓的半徑恰好等於外接圓半徑。尋找使三子△尤拉線平行的切割點「I」,發現非正△都有1個I,且等腰△的I點可用尺規作圖畫出,正△中則有無限多I點呈擺線狀。最後用等腰△來探討P、Q競逐關係及速率的相對變化,非常有趣。

杯中液的濺與不濺

本研究在探討咖啡外溢的原因,並試圖找出不讓咖啡外溢的理想杯子。 研究結果發現液體外溢取決於液面上升的高低與杯口的距離,而上升的高低又與瞬間加速、容器口徑和液面水位高低有關;液面升降的變化過程,則與產生初波後的來回衝撞有關。 研究結果發現設計一個可以簡易拆裝的杯壁阻隔板,能有效減少杯中液體的外溢現象。

點點相應在「格」中-平面與空間中格子圖形之 探討與推廣

格子圖形是具代數特性的幾何圖形,是解析幾何中一環。首先研究發現格子直線數與法里數列及尤拉函數有關,透過遞迴關係導出其一般式。其次探討形成格子圖形的充要條件,得到 (1) 坐標平面上有格子正n邊形的充要條件為n=4 (2) 坐標空間中有格子正n邊形的充要條件為n=3,4或6 (3) 恰有三種格子柏拉圖 最後的主軸是找出五心與九點圓圓心皆為格子點的充分條件,成果如下: (1)畢氏三角形內心及旁心皆為格子點;而Heron三角形在某條件下,內心及旁心也是格子點 (2)畢氏三角形與Heron三角形三邊長滿足在某條件下,五心與九點圓圓心皆為格子點 (3)三角形三邊長為整數比,經伸縮變換後可使五心與九點圓圓心皆為格子點

再探均分問題的動態穩定

本文探究是否能將三堆石頭移動成數量皆相等的狀態(稱之為「穩定狀態」),因為遊戲進行中,石頭的總數不變,故以石頭數量總和進行分類觀察,我們逐步探討得到:數量總和不是6的倍數之非穩定狀態數對無法形成穩定狀態,進而得到形成穩定狀態的充要條件,並且利用二進位表法歸納三堆時的移動次數型態,得到不須二進位即可操作的移動方法。最後,我們將此結果擴展到多堆石頭時,形成穩定狀態的充要條件及移動方法。

花花世界的魔力─花茶抗氧化力之探討

抗氧化力是近年來熱烈討論的議題,所以我們想結合臺東在地盛產的農作物─洛神花,以及生活中常見的花茶(玫瑰花、桂花、洋甘菊、菊花)來探討其抗氧化力,主要採用碘滴定法來測量,進行不同水溫、浸泡時間、濃度,以及糖添加物的實驗比較。實驗結果發現桂花花茶的抗氧化力最佳,其次是洋甘菊花茶,而洛神花的抗氧化力最差;而使用較高的水溫沖泡、增加浸泡時間以及提高花茶濃度,或是選擇適合的糖添加物亦會提升其抗氧化力。 因此,若飲用花茶時,欲要較高的抗氧化力,可以使用較高水溫,至少浸泡15分鐘的高濃度的花茶,此外,洛神可以添加砂糖,桂花則添加蜂蜜以提高其抗氧化力。

黑武士進太空艙~人工飼養黑棘蟻對環境刺激的行為模式探究

黑棘蟻( Polyrhachis dives)為台灣常見的大型蟻種,以背部有棘刺及尾部有 金屬環狀光澤為其特徵。本研究我們採集野地的黑棘蟻加以人工飼養,以太空艙的 概念設計一組包含一個蟻窩筒(天然蟻窩)、一個主艙(人造蟻窩)和六個分艙(環 境控制艙)的飼養環境。在飼養期間發現,1.當在只容下一隻螞蟻的通道中相遇, 從一開始的不知所措,到遠征軍優先(倒退禮讓)進而翻身交錯通行,足見黑棘蟻 存在部分的學習行為。2.在食物選擇實驗中發現,堅硬或過於乾燥、潮濕、油脂成 分高的食物並不受歡迎,如:柑仔糖、蝦米、棗子、巧克力等。但在食物匱乏時會 將唾液分泌在柑仔糖上軟化食用。3.當過多的螞蟻聚集在喜好食物鳳梨酥艙時,由 於二氧化碳濃度過高,螞蟻一旦進入便無力爬出,形成只進不出的死亡陷阱。4.在 環境變遷適應行為實驗,本研究給予光線、震動、二氧化碳、強風、溫度等環境刺 激,發現黑棘蟻對二氧化碳及溫度相當敏感。喜歡溫暖的環境,在低溫時完全降低 其活動力;喜歡藍光環境,且對震動及強風能很快的適應。

人體「發電機」~尿液電池發電功能之探討

本研究以尿液、廢棄電池等生活上的廢物重新利用為主軸,賦予其新的使命價值。第一階段我們使用從廢電池裡取出碳棒、生活中不用的小容器以及人體的排泄物-尿液,組裝成尿液電池;第二階段則以人類身體內部的狀況(例:血緣關係、年齡層、性別及健康狀況)來做為尿液電池實驗的比較;第三階段則是進行與飲食習慣有關的實驗包括:葷素食、飲水量等進行探究比較。結果讓人驚訝!接續的實驗是以保存天數測試尿液的電性,並嘗試利用棉花改變尿液的型態進行測試,結果頗值得後續繼續探討;最後以尿液電池再進一步測試應用,發現只要有一顆尿液電池,便可以讓蜂鳴器、LED燈、小風扇啟動,真是小兵立大功呢!