第57屆--民國106年

電力生活的「人為電磁汙染」使環境常達到德國健康住宅電磁波規範的極強干擾等級，其一影響是使人體與地表產生交流電位差。根據文獻，人體接地後對電場有屏蔽作用，地表的自由電子易在人體轉移，使人體電位和大地相同，產生「接地氣」的療效。 本研究探討如何精準測量人體電位（以地表為零電位）？調查生活環境中人體電位的實際情況，並廣泛探討在家用交流電下，人體、電器、接地等變因對人體電位的影響。研究結果能提供日常生活中人體接地的建議，以減少人體的生物電功能受到干擾。 本研究也深入探討實驗過程中新奇或難解的現象。發現人體晃動能產生電位差；人體電位和電線距離的平方成反比；影響人體電位的主因是低頻電場而非電流，破除常見誤解。

本作品從解決科學研習月刊中的一道題目著手：《八隻青蛙》，給出了「有幾片荷葉有青蛙」與落點的一般式。而且我更延伸原題，定義出新的「停車場問題」，不但找到Cycle的一般式和落點的快速演算法，還發現了原題與新題分別欲求的解答，兩者之間存在數種對射。最重要是發現了停車場問題Cycle和巴斯卡三角形的關係!

本研究以簡易微波法，開發出製備碳量子點並用於檢測細菌的新方法。將檸檬酸等含碳物微波製成碳量子點，加入精胺酸、甘露糖、高分子PEI等藥品微波，進行碳量子點的修飾，也以乾燒、兩步驟等方式製造碳量子點，並以螢光光譜儀等儀器測量其螢光強度與計算量子產率。利用碳量子點與細菌結合後離心可沉澱的特性，觀察沉澱物受UV照射後是否發螢光，來判定兩者是否結合，並測量其螢光強度，達到偵測與定量細菌的目的。由實驗得知，乾燒的碳量子點量子產率較水溶液微波高。檸檬酸銨加甘露糖之量子點可成功與大腸桿菌結合，但不與金黃色葡萄球菌結合。高分子PEI修飾的碳量子點與上述兩種細菌都能結合，最低可偵測1／250 mg（0.25 mL）的細菌。

台北101大樓單擺式的調質阻尼器，透過質量塊與結構體反向擺動的現象，讓主結構上的能量藉由調質阻尼器擺動而消耗，但是約需4層樓高的空間來安裝整個阻尼器。我們想有沒有其他阻尼方式也可以達到相同效果，如流體阻尼器。因此，我們設計實驗探討流體阻尼器的可行性，並試著找出最佳流體與最佳減震方式。經過模擬實驗，我們發現水槽具有不錯的減震效果；而介於液體與固體之間的凝膠狀流體減震效果更明顯。適當的黏稠度(密度約為1.135 g/cm3的太白粉凝膠液)減震效果最好，大約可以減震21％；若加細網隔間，則可以減震超過27％。因此建議一般大樓可以在約85％樓高的位置放一個適當大小、裝適當黏稠度的凝膠液槽或游泳池，將有不錯的減震效果。

本研究探討動摩擦力對物體在二維平面運動的影響，透過實驗設計，可以精確觀測紀錄物體在斜面上二維運動之位置、速度與加速度，推算出二維平面運動摩擦力的方向，並解出物體在粗造斜面的二維運動的微分方程式，得到六個函數關係式，透過這些函數關係式的轉換，可以模擬出物體的運動的軌跡以及其位置、速度、加速度隨時間變化的情形，與實驗量測的結果相當符合。本研究也探討初速度、斜面傾角、摩擦係數等變因，對斜面二維運動的影響，推導出運動歷時、停止位置與其初速度的關係式，並由實驗量測結果得到印證，進一步發現測量動摩擦係數的新方法，此方法只需測量物體在斜面上運動停止位置與傾角，就可推算出動摩擦係數。

為更深入瞭解光與熱等環境因素，對葉下珠植物上舉運動的影響。運用3D列印技術提高自製顯微鏡的品質，並製作控溫箱來操控溫度變因。發現葉面上“光受器” 區域分布不均、特定波長範圍的光源和溫度升高皆可因發上舉運動。同時間照射不同波長的光對上舉程度有加成性，光與熱的刺激也會產生加成性。本研究提出光、熱和上舉運動三者之間的關係模型，運用這兩種加成性來解釋陽光照射時所產生的上舉程度，這不是單一光波長或熱能所造成的結果；並藉以探討膨壓所產生相關機械能的使用性。

本研究作品主要在探討「平面上各種曲線內關於相鄰等角割線段的新的不變量」與「空間中特殊圓錐曲面的特殊等角割線段的新的不變量」。 若圓錐曲線、蚶線等曲線中有相鄰等角的n條割線段，則這n條割線段之m次方和為定值。在圓錐曲線中這些割線段的交點可以是焦點、曲線內任意點，在蚶線中則為基點。甚至經由反演，還能將此性質推廣至直線上。 研究最後擴及至空間，先考慮橢圓、拋物、雙曲球面，其一焦點為F，將正N面體VN之重心G與F重合，使得VN以F為旋轉中心任意旋轉， 此時由F對VN之各頂點做射線交圓錐曲面於Pu，則FPu之倒數m次方和為定值，其中u=1, …, n，N=4, 6, 8,12, 20 。

本研究探討美食奧螻蛄蝦(蝦猴)如何在沙層下穴居，利用自製海水循環系統模擬環境，以透明夾層進行實驗和觀察，並嘗試人工飼養及繁殖，發現： 1.相同採集點雄雌數量有明顯差異，隔離飼養可讓蝦猴順利脫殼生長。 2.蝦猴螯掌被拉扯會觸發攻擊行為，頭部受刺激會向後彈射3至4.4倍體長的距離。 3.蝦猴築穴分探索期、半穴期、第二探索期和成穴期，巢穴形狀呈Y字型，雄雌挖穴率有明顯差異，並利用潮汐及洞穴結構造成水流覓食。 4.室內實驗證實蝦猴能以水流為媒介尋找異性，雄雌巢穴有共用出入水孔或挖聯絡道相通的情形；蝦卵孵化後幼體有漂浮期和沉降期，沉降後會挖穴進入沙層。 我們揭開蝦猴在沙層裡的神秘面紗，也希望大家正視潮間帶生物逐漸消失的問題。

當我們看見許多小黃家蟻忙著搬運餅乾碎屑，排著隊，很有順序的往巢穴走；在無意中看見小黃家蟻的路上有一小段空隙，很多小黃家蟻聚集在一起，有點亂，有的不敢過去，走回起點；有些小黃家蟻很勇敢，一次一次的堆在一起，於是我們設計空隙實驗，觀察小黃家蟻會怎樣行動。 首先從觀察小黃家蟻頭部的觸角和胸部的前、中、後腳的構造，來探索和運動築橋功能的相關性。 其次觀察小黃家蟻遇到路上的間隙不同及路面角度不同時，如何築橋回家。 結果發現：小黃家蟻走在木片的間隙時是非常小心的，牠們會利用身體的構造去適應路上的環境，而且利用巧妙的方法，合作的方式，以身體為橋，溝通間隙之間的道路，最後使全部的小黃家蟻都能通過有間隙的橋梁。

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。