全國中小學科展

高級中等學校組

尋找z>7的超大質量黑洞

尋找高紅移的超大質量黑洞,有助於天文學界了解宇宙再電離時期。雖然黑洞的數量稀少,但相較於星系,存在於某些星系中的超大質量黑洞較亮,且存在時間比伽瑪射線爆久,因此,它們的吸收光譜可以協助天文學家最有效率地探索星系間物質及再電離時期與光的反應。本報告交叉比對昴星團望遠鏡 (Subaru Telescope) 的Hyper Suprime-Cam (HSC) 和廣域紅外線巡天探測衛星 (Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE) 的觀測數據,以尋找可能的高紅移超大質量黑洞。本研究根據光度測定 (photometric observation) 和宇宙紅移 (cosmological redshift) 的原理,從雙色圖中較紅的區域挑選了46個候選星體,並逐一透過天文望遠鏡照攝的影像確認是否有可能是超大質量黑洞。最後,選出三個可能的高紅移超大質量黑洞,可用於向大型天文望遠鏡 (如昴星團望遠鏡 (Subaru Telescope) ) 申請光譜分析。

十全十美---銳角三角形內特殊點分割三角形面積比

本文以不等邊的銳角三角形出發,運用中學時代已論及的三角形外心、重心、內心、 垂心為基礎,進而探討其他銳角三角形內的特殊點:九點圓圓心(Ninepo int),布洛卡兒點(Brocard),費馬點(Femat),熱爾崗點(Gergonne),奈格爾點(Nagel),斯俾克點(Spie ker),等連接三頂點分割三角形的面積比。

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。

共振下竟然不會振----探討反共振的成因

藉由我們自行設計的主振動系統與吸收器,來探討兩者頻率一樣時,在外加驅動力下,是否外加頻率等於主系統原先的自然頻率時,會出現主系統不振動,因為我們實驗的驅動力並不是直接作用在主系統上,造成我們的實驗結果與預期有差異,而且這個反共振頻率的偏移量與兩者之間的質量比值有密切的關係,主系統與吸收器的質量差距越大,反共振頻率越會接近原先的自然頻率。又由於原先是單一自然頻率,變成兩個物體的系統此時自然頻率由原先的一個變成兩個,而且兩者頻率的間距也與兩者的質量比有密切關係,兩者質量比(吸收器m1與主系統質量m2比),μ=m2/m1 比值若越大,兩個自然頻率離得更遠。

-明「茶」秋毫—應用亞甲基藍溶液吸光度變化率測定方法探討水果、茶及水果茶抗氧化力之研究

本研究應用創新方法:亞甲基藍溶液在特定波長(665nm)吸光度變化率測定物質的抗氧化力,有效減少人為誤差,提高實驗信度與效度;透過維他命C濃度與吸光度檢量線,將待測物抗氧化力換算成相當維他命C濃度進行比較。同溫下比較檸檬、奇異果、蘋果時,以檸檬抗氧化力最佳。同溫比較下綠茶、烏龍茶、紅茶時,抗氧化力以綠茶抗氧化力最佳。混合成水果茶後以15℃奇異果烏龍茶最具抗氧化力(61.07%)。最後在模擬水果茶中特定抗氧化物質相互混合對抗氧化力影響的實驗中,推論出抗氧化力與維他命C、葡萄糖及EGCG濃度、溫度及[H+]等相關,不但符合水果茶抗氧化力之實驗結果,也建立抗氧化力的數學函數逼近公式,以計算出抗氧化物不同混合比例抗氧化力高低。

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

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。

醜小「壓」發電-壓電材料發電之探討

本研究利用壓電材料─鋯鈦酸鉛來模擬並找出最佳的發電條件。當施予壓電片應力時,會由於形變而產生電極化的現象,進而產生電。 實驗中首先探討低落高度與液體種類對壓電片因形變產生電壓之影響,經數據顯示,當液體落下產生的表面積越大時,所產生的電壓越大。在滴定液體時發現數據的標準差很大,改用螺旋測微器測量(固定施力位置與大小)後,得到施力位置的不同也會影響電壓大小的結果。 我們試著研究出能夠改變下壓頻率的裝置,檢測連續給予應力能否使壓電材質產生的電有加成的效果,再利用數種不同方法實驗後得到結果,於實驗五中,發現馬達轉速在52 rev/s及54 rev/s時產生的電最多,表示在此頻率時,下壓頻率與壓電材料伸縮的頻率相同。

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%。

可撓式指叉電極的製備與應用

本實驗先以銀墨水筆在相紙上繪出能感測鹽水濃度的指叉電極,當指叉數目愈多時,偵測靈敏度也隨之提高。接著,以點膠機將銀膠塗佈於可撓的投影膠片上,並用交流電測量不同水溶液之電容變化(葡萄糖、蔗糖、氯化鈉和L-麩胺酸鈉)。對不解離的非電解質而言,濃度並不影響測量結果,但電解質溶液中,濃度與電容在對數關係下呈線性正相關(R2 > 0.95)。偵測極限受指叉排列緊密度所囿,最低可至0.1mM,但若偵測物質為質量較大的L-麩胺酸鈉時,會不及感應高頻交流電,使偵測極限變成約1mM。若要擴大偵測範圍,建議以低交流電頻來偵測。此外,物質所具有之靈敏度不一,可當作其特有的偵測「指紋」,使指叉電極達到辨識不同生物物質的可能,成為有效的生物檢測工具。