高級中等學校組

背景：政府以ICP-MS檢驗海關抽樣中藥材的砷汙染，耗資費時，民眾沒有工具可以預防砷中毒。目的：開發解決砷汙染的快篩和過濾工具。方法: 利用合成生物學技術，將E. coli開發為: (1)產生螢光蛋白的GFP砷汙染感測器、(2)產生肉眼可見藍色沉澱的LacZ’砷汙染感測器、(3)產生金屬硫蛋白(fMT metallothionein)的fMT砷螯合器。對E. coli進行功能測試實驗和系統生物等量性分析，並設計具生物安全性的快篩裝置。結果: GFP和LacZ’砷汙染感測器能在5和15小時內偵測As(V)，前者能偵測岩精含砷，兩種感測器對鉛與銅離子沒有反應，具專一性。ICP-MS測量出fMT砷螯合器在As(V)溶液五小時後的砷螯合量。快篩裝置用的洛神花有抑菌功能。結論：生物感測器可作為砷汙染的快篩器，生物螯合器可發展成過濾器。

本次實驗的目的是以蛋殼作為原料，比較水熱法與直接鍛燒法兩種製造光觸媒(CaTiO3)的方法，探討其在可見光照射下，將CO2還原成甲醇的效率。之後我們找出最佳反應觸媒後，以日光取代實驗室的光源，觀察其將二氧化碳轉換成甲醇反應效率。經由CO2轉換成的甲醇可作為燃料使用，藉此捕捉碳、減緩全球暖化所造成的問題。目前以實驗室的光源照射，我們觸媒將二氧化碳還原成甲醇之效果最大可達650ppm。在日光下的的轉換效率則約可以達到77ppm。我們希望往後透過不同的配方與比例製造觸媒，提高觸媒反應效率，使觸媒除了在實驗室，更實際應用在日常生活中。

時代的演進，空汙一直是現今社會的重大問題，工廠、汽機車所排放的廢氣、二氧化碳，造成嚴重的空汙染，空氣中的懸浮微粒影響至雨水當中，雨水就變成現在俗稱的「酸雨」。酸雨對植物及土壤造成的影響甚大，會對植物造成角質層的破壞，也會造成土壤陽基離子流失。過量的酸性物質會影響植物的正常機能，導致植物枝葉枯萎，降低土壤緩衝能力，影響植物營養吸收及森林的衰退等連鎖反應，並造成湖泊、河流水域環境酸化及重金屬累積，進而危害整個水域生態。但如果能善加利用使用雨水灌溉，豈不是能減下龐大的水資源，有鑑於此，我們討論思考調節雨水酸鹼值，經過濾後成普通用水，供灌溉使用，來節省水資源的浪費。

本研究目的為針對汽車引擎排放廢氣能量損失浪費，建置一個二階段雙渦輪發電系統的裝置，並透過排氣管徑的改變、渦輪功率研究、提升傳動裝置的效能及控制排氣通道回壓降低燃油消耗量的影響，探尋最高效率能量轉換的設計。雙渦輪發電機系統在排氣管路中改裝成為大小渦輪的裝置，利用引擎轉速作適時的改變排氣通道，有效將引擎排放氣體能源再生之裝置。實驗結果顯示，在最不影響引擎燃油消耗量下，讓低引擎轉速小渦輪發電機，能夠在微量排氣能量下電能輸出反應良好；高引擎轉速時，大渦輪發電機增加高排氣能量之充電能量。進一步發現，二階段雙渦輪發電機系統能夠抑制引擎排放廢氣的噪音，也可取代消音器的功能。

本研究利用鑽石刀刻畫與加熱膨脹裂截玻璃杯的方法，製作出實驗所需規格之圓筒狀玻璃杯，以免費的個人電腦聲頻分析軟體，偵測玻璃杯振動所發出聲音的頻率，探討玻璃杯深度、口徑、厚度、水位高度等變因對頻率之影響。研究的結果發現，當玻璃杯深度愈短、口徑愈小、杯壁愈薄、水位高度愈低，敲擊後所產生的聲音頻率愈高，並成功地歸納出玻璃杯振動頻率與各項變因之間的定量關係式。對於不易觀測到之內容液體的容器而言，若能利用本研究的方法與結果，建立起各種內含液體容器或管路振動時所產生聲音頻率關係的資料庫，未來只需偵測其振動聲響之頻率，就可以推斷其結構或內容物的變化，可以作為一種非破壞性的檢測方法。

在資源嚴重耗損的時代，為了找到生長菇類資源消耗最少的最佳方式，我們比較了各種營養源對菌絲體生長的影響。發現菌絲體在固態培養中，氮源上的生長情形為最優，且氮源和其他營養源的生長之間的差距懸殊。我們將此結果運用在自製培養基及自製太空包上。結果顯示，自製培養基中的綠磚及木屑生長情形相似，因此市售太空包跟自製太空包生長情形差異甚小。實驗證實，未來自製太空包足以取代市售的太空包並減少對環境造成損害。

對於一個多邊形，若給定三角形的三內角，且三頂點分別落在此多邊形之三個相異邊上，則稱此三角形為該多邊形之「內接指定內角三角形」。本篇作品主要在探討正多邊形內接指定內角三角形之定點存在性與面積極值。其中我們發現，給定三內角，則所有內接指定內角三角形均具有某個固定點K，而此定點K事實上就是密克定理中的「密克點」。透過定點K的各種漂亮性質，我們自創出一種內接指定內角三角形的作圖法，並推導出定點K之三線性座標。此外，我們以「極限三角形」之觀點來探討內接三角形的存在性，並推導出任意三角形內接指定內角三角形之面積極值公式，最後將結論推廣至正多邊形內接指定內角三角形之情形。

水龍頭讓人們方便、快速、有效率的使用水資源，無處不有，隨著環保意識抬頭，水資源的運用出現了許多的議題。雖無法開源，但能節流。以下是本作品功能: ●運用紅外線感測器偵測距離進行開關水龍頭，自動出水 ●將網頁寫入晶片，無須額外架站就能觀看、統計流量 ●利用流量計進行統計及控制水量，達到精準的水量控制 ●採分散式架構，各個水龍頭都是獨立的系統，不因其中一座故障而影響其它運作 ●將水龍頭分成不同模式，根據不同情境，以達到彈性用水 ●無須更改管線的採包覆式架構，比起常見的感應式水龍頭瑣碎的安裝過程，可直接裝置在傳統水龍頭上，節省安裝過程 ●運用課堂所學物聯網、3D建模、程式設計，發揮學以致用的精神

市售光譜儀已搭配整合電腦分析軟體以及較小型之實驗觀測槽，確實可應用在高中課程上，例如定量未知濃度之溶液濃度以及充當秒錶反應之反應終止判斷依據，而如要測定難溶性鹽類之沉澱速率發現沉澱太快且難定義沉澱速率，但是此裝置仍可以測量沉降速率。而自製幾種光譜儀確實亦都可以拍出各光源之光譜圖，但自製目鏡光譜儀模組更可輕易拍出光譜圖，此實驗測量模組實際應用上只要搭配相機、固定光源以及電腦軟體如Tracker、Excel等，即可成功定量在不同環境下可見光光譜各波長之相對強度，進而應用於環境光譜之監測，讓我們可以盡量避免空氣中細懸浮微粒之危害。

此次研究我們主要針對史坦因豪斯於1963 年出版書中所提到的馬戲團問題進行研究，書中敘述如下： 小孩在草地邊玩耍時，小丑沿著高速公路從森林中向草地前進，小孩希望跑到高速公路來盡可能接近小丑，所有小孩皆以等速前進且小丑速度比他們快。問題如下:(a)畫線來分隔可以碰到小丑者與不能碰到小丑者的區域(b)給予恰可以碰到小丑者跑動路徑來碰到小丑(c) 給予不能碰到小丑者跑動路徑來盡可能接近小丑。