全國中小學科展

高級中等學校組

帶電溶液中的阻尼震盪

本研究旨在探討溶液帶電與否對阻尼震盪的影響。研究使用范氏起電機製造帶電溶液,並以三用電表確認其帶電情形,測量及分析溶液的體積與密度以及阻尼震盪的時間、阻尼係數、能量消耗率等性質之變化。實驗發現帶電與否會影響大部分溶液的體積與密度,且阻尼震盪的震盪能量消耗率亦有所差異,其中以甘油的差異最為顯著。進一步深入探討不同比例的甘油水溶液對阻尼係數的影響,以期提升其經濟效益。經實驗數據分析及考證文獻後推論甘油分子與水分子形成的多面體結構與甘油本身密度的交互作用會影響阻尼係數之變化率,而此種帶電前後阻尼係數變動的特性可作為減少汽車避震器磨損及提升大樓防風防震系統效率之參考。

轉轉轉-脈衝式直流伺服馬達控制

本研究主要在於設計、改良攜帶式直流電風扇,讓原本的風扇更省電與延長充電電池使用時間達成環保的目的。 利用脈衝式的脈波電壓輸出,在最小的轉速衰減情況下,達成單位時間耗電量減少並延長電池的電量與使用時間。 此外,我們也運用了指尖陀螺的裝置概念來延長風扇在無源情況下的轉動時間,配合改變脈衝式電路的驅動時間,達成延長電池使用時間的效果。 本研究計畫具有下列幾項特色: 1. 使用脈衝式電路輸出讓電池延長使用時間。 2. 增加電池充電的循環週期。 3. 以指尖陀螺的原理來延長轉動時間。

錯中有序-部分錯排列的關係與討論

把 個箱子依序編號後排成一排,接著把 顆球也依序編號,這樣一來每個球都有相對應的箱子可以放入。如果今天我們隨意的將球放置在箱子裡,再觀察球跟箱子的編號是否一致,我們可以發現到三種情形: 第一種:每顆球剛好都放進所對應號碼的箱子 第二種:有些球剛好放進所對應號碼的箱子,而有些沒有 第三種:每顆球皆沒有放進所對應號碼的箱子 除了第一種之外,其他兩種有很多種排列的方法數,在考量到排列總數量或是錯誤排列個數這兩個變因後,最後我們得出一個關係式為f(n,t)×Πk=n+x-t-y+1n+xk/Πk=n-t+1nk×Σk=2t+y[(-1)k×1/k!]/Σk=2t[(-1)k×1/k!]=f(n+x, t+y) ,其中n, t, x, y ϵΝ且n≧t>1、n+x≧t+y>1

探討影響海洲骨碎補生長方向的環境因素

植物向性的研究大多以種子植物為研究對象,探討蕨類向性的文獻相當少。本研究將探討海洲骨碎補根狀莖頂端(150微米以內)是否有不對稱生長的現象,並討論生長方向與環境因子關係。利用根狀莖頂端的顯微切片及分析,發現頂端組織會因根側與背根側細胞大小不同而造成根狀莖頂端背離接觸物,而澱粉粒頂端區域及細胞內的分布與重力無關。但葉綠體在頂端組織有分布不均的現象;且根狀莖頂端會受藍光(波長440到450奈米)刺激而偏向藍光光源生長。綜合以上發現我們認為光是使其根狀莖頂端不對稱生長的原因。另外,植株在著生樹幹上並不因莖頂的偏離而大幅度彎曲生長,可能與莖頂的新生不定根的定錨作用有關,且莖頂會受水分所牽引。

纖維素內切酶GsCelA自我斷裂之研究

生質能源製程中,常將植物細胞壁中的纖維素進行水解,此反應在高溫環境中進行較具商業優勢,故開發耐高溫的纖維素酶具重要性。發現自嗜熱菌的纖維素內切酶GsCelA在高溫中具高活性。初步研究發現GsCelA蛋白質序列N端後第315和第316個胺基酸間會發生自我斷裂現象,導致酵素活性及熱穩定性提升。本實驗在GsCelA的N端及C端分別製造定點突變,探討GsCelA自我斷裂性質。實驗結果顯示突變GsCelA自我斷裂速率較低,而EDTA可抑制自我斷裂現象;已斷裂GsCelA可催化自我斷裂發生,而N端突變GsCelA不具此性質;部分實驗可觀察到已斷裂GsCelA具兩種分子量相異之形式。未來我們將設計實驗探討兩種已斷裂GsCelA間的關聯及自我斷裂機制如何用於改良纖維素酶應用價值。

蜂起群泳──基因表現及溫度的關係

文獻顯示隨著氣溫變化,蜜蜂(Apis mellifera)感染真菌性病原(東方蜂微粒子,Nosema ceranae)後,會影響體內的微粒子數量(Chen et al.,2012);因此我們以「溫度」為主軸,用人工餵食東方蜂微粒子的方式進行感染,以探討溫度對死亡率及免疫基因(MyD88)和病原基因(SR22)之間的對應關係。我們採用三種溫度測試,發現在 35°C下,即使感染後之微粒子量最高,其死亡率始終很低;且SR22 基因的表現顯著,顯示SR22的表現與感染後的微粒子數有強烈關係:在測試的溫度下,My88的基因在受感染後第六小時就開始表現明顯,表示寄主很早就啟動免疫反應,且15°C、25°C的MyD88及SR22的表現成反比趨勢。我們由基因表現的證據推測病原感染與寄主免疫途徑表現兩者與環境溫度極有關聯。

一針見共-探討針箍絨泡黏菌與其共生菌間的關係

科展中黏菌的研究屈指可數,關於共生菌的研究更完全沒有,是一個充滿未知的領域。本實驗探討黏菌及其共生菌的關係,我們的實驗對象為針箍絨泡黏菌(Physarellaoblonga)和它的共生菌。其中針箍絨泡黏菌(A)帶有3種共生菌,針箍絨泡黏菌(B)帶1種共生菌。研究結果顯示我們研究的原生質體針箍絨泡黏菌(A)其中一個共生菌Paraburkholderiatropica和國外細胞性盤基網柄菌Dictyosteliumdiscoideum 身上的共生菌同屬,且以不同方式影響黏菌的食物。經過一系列實驗後,發現針箍絨泡黏菌會篩選對生存有利的共生菌,每種被攜帶的共生菌具有不同功能,我們認為針箍絨泡黏菌的共生菌會彼此分工合作,影響黏菌生長。

利用斑馬魚生物模式探討多巴胺神經元再生機轉

研究發現帕金森氏症與多巴胺神經元死亡有高度相關,因此我們利用有多巴胺神經元再生能力的斑馬魚探討多巴胺神經元再生過程機制。我們利用MPTP處理斑馬魚,以運動分析以及原位雜交的結果來協助建立多巴胺神經元死亡的類帕金森氏症生物模式,並用免疫螢光染色標定th1以及BrdU分析多巴胺神經元再生過程,建立斑馬魚再生新多巴胺神經元的時間軸,並以相對定量的qPCR分析可能參與再生過程的Notch Signaling Pathway。我們以2mM濃度的MPTP處理斑馬魚3天建立多巴胺神經元凋亡的生物模式,由結果顯示,透過抑制劑DAPT抑制Notch訊息傳遞路徑可促進多巴胺神經元再生速度,運動能力恢復期由原本的停藥後15天縮短為停藥後7天,因此未來可望利用Notch的抑制劑促進人類多巴胺神經元的再生。

「鐵」定吸引你-探討奈米磁性氧化鐵對重金屬離子的吸附效果

我們採用共沉澱法製造出奈米級磁性氧化鐵(Fe3O4),接著探討此物質對不同重金屬離子的吸附效果,從而確立其應用在吸附並移除重金屬離子的可行性。我們發現奈米級磁性氧化鐵對於銅離子及鉛離子,其每公克最大吸附量分別為5.64×10-4及4.20×10-4莫耳/50分鐘。接著我們使用單寧酸對奈米磁性氧化鐵進行改良,再對銅離子及鉛離子進行吸附,其每公克最大吸附量分別為5.60×10-4莫耳/50分鐘及7.31×10-4莫耳/20分鐘。我們發現改良前後的奈米磁性氧化鐵對於銅離子的吸附效果差異不大;而改良後的奈米磁性氧化鐵對鉛離子的吸附量能達到未改良的2.61倍。最後推論最佳吸附銅離子是使用0.25克的奈米磁性氧化鐵放置50分鐘;而最佳吸附鉛離子是使用單寧酸改良後奈米磁性氧化鐵0.1875克放置20分鐘。

一線生機-智慧安全輪椅

本作品有幾項特點:第一項特點是將行車紀錄器及後視倒車影像加入在輪椅上,如果遇到突發事故,有錄影記錄可以佐證;其次,對於頸部或轉身行動不方便的人,可以利用後視倒車影像瞭解輪椅後方情形。第二項是輪椅結合Arduino設計方向燈,在行進時轉彎,可以有方向燈的功能,能使後方來車瞭解輪椅的動向,避免發生事故。第三項是將按鈕開關結合Arduino與藍芽功能,在發生意外時,可以將求救訊息及位置圖資傳送到指定的聯絡人手機或醫療院所,使指定的聯絡人或醫療院所,能夠知道其目前所在的位置。作品也考慮輪椅族會有需短暫離開輪椅之需求,為此也設計單鍵求援行動APP以供使用者之所需。最後結合綠能概念,在輪椅上方上太陽能板,供電給本作品電路裝置。