全國中小學科展

高級中等學校組

探究U型管的液面自由振盪

本實驗最主要探討U型管中液面的振盪行為,並嘗試建立理論模型。為了簡化推導,將流動近似為準穩態,並以阻尼振盪模型近似其運動。經實驗發現,其振盪角頻率和指數衰減率隨各變因改變的趨勢,與理論模型所得的部分結果類似,但其振幅的指數衰減率和振盪角頻率皆大於理論值。推測振盪的過程中可能存在其他的損失機制,導致現有模型不適用。

以地殼均衡理論模擬臺灣地殼模型

本研究利用地殼均衡理論研究臺灣地區合理的大陸地殼組成,以討論造山運動進行中的臺灣是否已達地殼均衡。由地殼均衡理論模擬大陸地殼的組成模型中,顯示以花岡岩、安山岩及玄武岩等三種岩石比例組成之模型最為接近現實中的地形高度。研究結果顯示,大陸地殼的組成以安山岩質為主,而花岡岩質與玄武岩質的相對比例之多寡則與當地的初始岩性為何者有關。臺灣玉山因岩性以板岩、片岩等密度較低的變質岩為主,故其大陸地殼組成比例呈現花岡岩質較玄武岩質高。臺灣由於受到弧陸碰撞的斜碰撞、以及碰撞點由北往南遷移的影響,模擬計算的海拔高度減去現實海拔高度所呈現之結果為該值由北向南增加,顯示受弧陸碰撞影響的造山運動之活躍度正由北往南遞增。

圓圓的變裝秀-馬卡龍肉圓

隨著國人養生的觀念提升,越來越多人注意到攝取蔬果均衡營養的重要性,肉圓是日常生活常見的台灣小吃,本研究希望能結合畜產加工課程中所學到的理論依據及實際操作的技術,運用五行健康蔬果的天然色素將原本透明無色的肉圓添加色彩及營養價值。研究結果發現只要掌握好五行蔬果的特性,添加適當比例蔬果,除保有肉圓原本的特質外,並提升肉圓的接受度及營養價值。

從臺灣中部地區彰化斷層之斷層地形探討其活動特性

臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界處,活躍的板塊運動讓臺灣分布許多活動斷層,而活動斷層錯動時常引發災害型地震。根據歷史文獻記載,西元1848年臺灣中部曾發生一次災害型地震,稱為彰化地震,在中部地區造成嚴重災情。鄭世楠(2015)的研究推論此地震可能為彰化斷層錯動所引起,其震矩規模約為7.2。 本研究分析數值高程模型找出彰化斷層可能出露位置及斷層地形,並實地測量地形高度進而推算斷層一次錯動的抬升量與地震規模。根據測量與計算結果,彰化斷層一次錯動的可能抬升量約0.7公尺,對應震矩規模7.28的地震事件,亦與鄭世楠(2015)推估的震矩規模相似,故可以佐證彰化地震很有可能為彰化斷層錯動產生,該次事件抬升量約為0.7公尺。

孟母三遷—異葉水蓑衣異形葉解剖特徵及浸沒適應實驗

本研究分為異葉水蓑衣葉之觀察、激素處理及浸沒生理測定及軟體模擬四大部分,探討葉形變化對浸沒適應的關聯。葉之觀察方面,羽狀葉及卵形葉無普遍的特徵,浸沒葉及未浸沒葉解剖特徵差異大。激素處理後新生葉形沒有改變。浸沒生理測定方面,發現羽狀植株發展出通氣組織、根部成長率較高,然而其MDA含量較卵形葉植株高;卵形植株未發展出通氣組織,明顯抽高,實驗後兩者的過氧化氫累積及總葉面積成長率無顯著差異。最後,以軟體模擬葉片在流體中所受壓力,羽狀葉鋼體模型在高速水流下所受機械壓力較大。期待增加對於兩棲植物適應水機制的理解,並於日後應用在減少農作物因降雨變化劇烈導致收成受損的情況。

調控奈米普魯士藍顆粒尺寸提升二次電池充放電效率

本實驗以共沉澱法製作普魯士藍奈米顆粒,以調控沉澱溶液的溫度在25、50、70、85℃,分別成功製作出平均直徑為26、32、38、62 nm的Na-FeFe普魯士藍顆粒粉體。以GSAS結構分析程式擬合X光繞射譜圖,指出晶體結構為立方體,且提高共沉殿溶液溫度可以提高Na含量,減少H2O佔據孔洞。由反傅立葉轉換獲得電子分布圖,顯示與與C鍵結Fe的電子密度低約15%,其電子組態為C-FeIII及N-FeII,C-FeIII較容易進行還原反應。組裝成二次電池,顯示32nm及38nm普魯士藍為陰極的電池,C-FeIII及N-FeII,均可以進行氧化還原反應,其電容量較高且充放電衰退率較低。

週期性變化磁場對複合磁體磁浮特性的影響

此研究期望找到穩定磁浮的方法及探討產生磁浮振盪的變因。首先利用吸附上鐵材的磁浮體,觀察其造成的磁浮減震。實驗過程藉由變動磁場,發現週期性變動的磁通量對鐵磁體的磁化及渦電流產生影響,進而改變磁振盪振幅及阻尼係數。研究結果得知磁場的交變頻率越大,會導致磁浮體所受斥力增加且鐵磁體形成的減振效果減緩。另外,複合磁體中受硬磁磁化的鐵磁體在頻率到達一定區間時才能觀察到渦電流的影響,而此區間受複合磁體排列、磁化強度等變因控制。

潛在線-單色N邊形之連線比賽

當學到在圓上畫弦時,試著玩一個遊戲:甲乙兩人分別以藍筆、紅筆,先後在圓上固定點連線段,看誰能最先連出單色三角形為勝。如果改畫四邊形、五邊形,結果又如何? 一、 在單位圓上10個點藍紅兩色連線比賽,探討以下各種情形: (一) 甲先連出一個藍色三角形,或乙先連出一個紅色三角形 (二) 甲先連出一個藍色四邊形,或乙先連出一個紅色四邊形 (三) 甲先連出三個藍色三角形,或乙先連出兩個紅色四邊形 (四) 甲先連出三個藍色四邊形,或乙先連出四個紅色三角形 (五) 甲先連出四個藍色三角形,或乙先連出三個紅色四邊形 (六) 甲先連出一個藍色五邊形,或乙先連出一個紅色五邊形 二、 探討畫n條線段能產生最多的單色N邊形之潛在線數的規律性。

作繭不自縛-以蠶繭為支架的細胞生長研究

蠶絲對人體具有生物相容性,不易引起免疫反應,且其三維結構提供適合細胞生長的立體空間,是作為細胞培養支架良好的材料。相較於天然蠶繭,平面蠶繭除了可省略繁瑣的製備步驟之外,其表面平整結構均勻,使植入的細胞可更為平均地附著於平面蠶繭上。此外,平面蠶繭亦突破天然蠶繭形狀及大小固定的限制,利於配合不同用途改變固定架形狀大小,甚至可以擴大固定架以快速培養大量細胞。本研究結果證明平面蠶繭在細胞培養的應用上較天然蠶繭更適合做為大面積敷料之生醫材料。

迷宮樂園-線,面,立體陣列路徑解

本研究主題是要在一個直線(或平面、立體)陣列中,填入若干數字,找出一條路徑使所有通過的數字總和等於指定值s。我們得到下列結果: 第一部份直線列迷宮 一、路徑的一般解與唯一性。 第二部份平面陣列迷宮 一、目前對總和s 值可以判斷有無解的統計表。 第三部份立體陣列迷宮 一、一條路徑所有通過數字的個數只能是11、15、19。 二、用VLOOKUP指令將序對(a0,a2,a1)組數由40組刪減為28組。 三、計算餘數0、2、1層這三層進出的可能方法數,列出進出組合及對應圖形。 四、計算餘數0~8根這九根的進出組合。 五、將目前找到的路徑解列表,共24個。 另外,這個研究在「身分認證」是可以應用的。