全國中小學科展

高級中等學校組

障礙物繞射理論與實驗之探討

本實驗主要探討科學教育月刊第246期中雷射光對細線繞射的現象,論文中分析了造成細線繞射時中央亮帶旁暗線的成因,但在實驗的部分著墨較少。因此本科展主要進行細線繞射的實驗,並利用C++程式語言進行理論模擬,最後進行理論模擬與實驗的比較,研究不同雷射光到細線的距離下,不同細線到屏幕的距離對繞射圖形的變化,解釋細線繞射中,中央亮帶及第一亮帶內細小暗紋的成因,並提出相關解釋說明。經實驗發現,造成此小暗紋的原因是細線旁兩個光源的干涉,而此干涉類似於雙狹縫干涉,但仍與雙狹縫干涉有差異。

告別眼睛酸痛-比色法的探討

本研究是分別以傳統的比色法及以手機應用程式,互相比較其差異,並以分光光度計檢測RGB,來檢視兩者當中是否有一定的關聯。研究中我們有分別嘗試不同的方法以改良實驗,使實驗否更加環保或是讓實驗數值更穩定等,並繪製出檢量線使實驗更加精準。藉此探究各種方法當中,何種方法能使比色法這個更加簡單上手,以其能否對環境更加友善。

雙滾軸間的摩擦振盪

一次生活中的經驗促成了這一次的研究,我們探討了在不同狀況下(如:管重、管長、轉速、動摩擦係數、滾筒間的距離…。) PVC管的運動狀況。進而發現,理論與真實的差距,在真實情況,PVC管並不會是不斷在做S.H.M.,而是逐漸衰減,於是我們順水推舟,開始向PVC管的衰減率進行研究。最後,我們發現,管重、管長、轉速均不會影響PVC管的週期,與其相關的是接觸面間的動摩擦係數及滾筒間的距離。而後,再將結果與模擬進行比較,分析其差異之影響因素。

密克點與心圓的美麗邂逅

本研究是探討一般位置的n條直線(無三線共點且無平行線組),皆會產生圓共點和圓心共圓的現象。在一般位置的四條直線中,四個三角形的外接圓會共點,稱此點為密克點。 同時其圓心也會共圓,稱此圓為心圓。若再添加一條直線,則可以任意的取出四條直線,分別找出它的心圓,而這五個心圓仍然會共點,同時其圓心又會共圓。為了證明此種情況會不斷地延續下去,我們利用數學歸納法以及四點共圓的性質證出一般位置的n(n≥4)線形都會有密克點和心圓。此外,如果考慮退化的情形(共點或平行),也會同時有密克點和心圓。我們還進一步發現四面體也有相對應的密克點和心球,但五面體以上就沒有。

深呼吸--孑孓與搖蚊幼蟲如何在水中呼吸和閉氣

水蟲呼吸主要透過氣管系統,新近發現透過血紅蛋白的機制可在缺氧環境中提高獲氧。戶外調查記錄8種孑孓和1類搖蚊幼蟲,室內錄影觀察發現孑孓和搖蚊幼蟲活動有明顯分層。量測呼吸管、氣管長度和氣泡大小,顯示其與孑孓在水中分布位置沒有顯著差異,但閉氣與氣管長度高度相關。竹生翠蚊、白腹叢蚊幼蟲和搖蚊幼蟲長時間停留水體底層;反觀家蚊、斑蚊則反覆上下移動至水表面呼吸。本研究假設底層活動的孑孓與搖蚊幼蟲具備類似的血紅蛋白呼吸機制以獲得氧氣,顯微鏡下觀察發現白腹叢蚊幼蟲幾丁質外殼內側充滿紅色素點狀物,且隨著調控富氧與缺氧而有色澤變化。現階段已成功增幅6種蚊幼蟲的血紅蛋白基因,未來將釐清血紅蛋白在孑孓呼吸所扮演的角色。

當牛糞銅在一起

本實驗以畜牧業廢物牛糞做為吸附重金屬之材料,並以常見之重金屬銅作為吸附對象。在研究中顯示以氫氧化鈉為處理液純化牛糞纖維效果佳,且能有效提升牛糞吸附重金屬效果,在研究中發現每克經過鹼處理之牛糞對銅離子之吸附量高達1805.3毫克,並能夠將1000ppm 50mL之銅離子溶液中的銅離子幾近完全吸附,吸附率高達99%。此研究結果除大幅減少過去處理牛糞的耗時,並有效提升其吸附效果,使其更具移除重金屬之價值,且能有效減少重金屬汙染及畜牧業廢物汙染的情形。

漫漫上學路--以空間分析探討專車路徑規劃

高中生就學常面臨跨區的通勤問題,學校專車接送幾乎成為各校必備的交通服務之一,但大部分的學校仍採用人工方式規劃專車路線,不符經濟效益,本研究利用高中所學的地理資訊系統,以南部某公立高中109學年度上學期11條專車路線為研究對象,針對該校一、二年級學生回收有效紙本問卷1,003份,調查搭乘專車需求的人數及建議的停站點,運用環域、疊圖等空間分析,評估既有路線調整及新闢路線規劃的可行性。研究結果顯示,重新規劃4條既有路線及新闢1條新路線,預估平均搭載率可從87.5%提升至93%。本研究希望能提供給無專業交通設計背景的學校行政人員,輔以地理資訊系統為工具,以更有效率的方式來規劃專車路線。

休息是為了走更遠—阿拉伯芥之耐熱記憶

阿拉伯芥的長期後天耐熱性(LAT)有如人類的「學習」,如何延長其「記憶」為本研究探討的主要目標。本研究首先以改變熱處理間期之光週期來確立hsp101、hsa32在光照期變短下,LAT處理後的存活率有提高之趨勢,而西方墨點法也發現HSP101之表現量與存活率有相同的趨勢,LAT耐熱記憶的延續與否和HSP101的量息息相關。低溫實驗與光照期變短在存活率、西方墨點法的實驗結果相似,顯示低溫與光照期變短可能皆是透過使阿拉伯芥的代謝減緩,進而減少HSP101的降解,使突變株的存活率提高。未來可應用在農業生物科技,透過低溫或低光照處理來提升較不耐熱品系之花卉水果作物的耐熱性,延續其LAT的耐熱記憶,從而提升其對抗熱逆境的能力。

利用三棘鱟稚鱟鱟殼作為應用材料之評估

目前,三棘鱟已被列為瀕危物種。在美國,藥廠為了保育野外的稚鱟族群,會以商業化模式進行人工飼養和放流復育,以利生物資源的永續。本研究先以DMSO進行稚鱟鱟殼成分的萃取,再進一步探究能否將其應用於抗氧化和抑菌之可能。此外,由於鱟殼能吸附水分,且當中的螢光物質能與銅離子結合,因此,實驗也利用了鱟殼碎片做為吸附汙水中銅離子的濾材。結果顯示,稚鱟鱟殼萃取液具有良好的抗氧化特性、同時也具有抑制大腸桿菌生長的效果。此外,鱟殼也能有效地吸附硫酸銅溶液中的銅離子,並且利用金屬螯合劑(EDTA)溶液清洗後,讓鱟殼可重覆使用淨化水中銅離子。總結,應用稚鱟鱟殼做為生物材料,以人工飼養除能延續物種永續外,還能兼顧商業應用達到雙贏。

好酵—探討毛氈苔黏液的抑制能力與啟動腺毛彎曲的誘發物質

從試驗中得知毛氈苔可以消化分解酵母菌,同時發現不同品種的毛氈苔會有不同的捕食行為:圓葉毛氈苔的外腺毛彎曲將酵母菌移入葉片中心並進行消化;寬葉毛氈苔在彎曲過程中會做一次折返。毛氈苔的黏液皆可抑制酵母菌的發酵,並使用3D列印自製與改良儀器,來量化其抑制酵母菌發酵能力的差異。此抑制能力來自黏液裡的消化酶,發現外腺毛黏液的抑制效果優於內腺毛。利用酵母菌被消化後所釋出成分的模型,將實驗數據逐一歸納出誘發腺毛彎曲的物質是磷酸根、鈉離子、銨根與幾丁質,且以磷酸根為主要物質並會產生彎曲訊息傳遞現象。最後解釋為何寬葉毛氈苔的外腺毛在彎曲過程中會一次折返:不同品種的毛氈苔誘發其腺毛彎曲的物質與所需濃度是有差異的。