全國中小學科展

第57屆--民國106年

立即瘋解的情形探討

「立即瘋」遊戲,是由四塊立方體(正六面體)組成,每塊立方體分別有紅、白、藍、綠四種顏色,但每塊立方體顏色的分佈並不相同。而玩這種遊戲的目標是把四塊立方體疊成柱形(四塊立方體的順序沒有限制),一個疊在一個上面,使柱子的四個側面,都恰有紅、白、藍、綠四種顏色。我們定義:若在同一個方塊的六個面中,存在一個顏色出現三個面時,我們以S表示,則4S表示四個方塊均為S;若在同一個方塊的六個面中,存在兩個顏色各出現兩個面時,我們以T表示,則4T表示四個方塊均為T。而本次作品主要是透過點線圖來研究:在「立即瘋」遊戲的規則下,針對紅、白、藍、綠四種顏色的分佈為4S及4T的情形,探討是否有其對應解。

別蚤了,我在這—水蚤染色實驗之探究

水蚤是一體型透明的實驗動物,本研究首次發想以食用色素對水蚤進行染色標記。首先,建立簡易的染色方法,水蚤染色24小時後,藍、紅色色素仍存留於消化道內。其次,此色素不影響其生理(心搏、存活率),並利用水蚤被染色後利於影像追蹤之特點,自製運動行為分析裝置,發現染色後對水蚤的運動功能亦無影響。 確立安全且穩定的染色法後,設計以下實驗發展其應用性: (一)探討甲醇對染色水蚤的生理和運動功能之影響,結果顯示甲醇處理會引起水蚤運動障礙和心搏上升。藉此研究期能應用於發展水蚤作為研究甲醇中毒之動物模式。 (二)應用染色水蚤發展生物族群估算-捉放法,本研究首次利用水蚤取代非活體材料進行操作,以增進學生對學習生物之興趣!

媽媽看得見那道光嗎? -探討光線對台灣鋏蠓雌蟲產卵之影響

台灣鋏蠓(Forcipomyia taiwana)俗稱小黑蚊,為蠓科吸血性昆蟲,雌蟲吸食人血約兩天後產卵。本研究主要探討台灣鋏蠓雌蟲吸血後,選擇產卵處時對光強度與波長的偏好;我們利用太陽光模擬器探討其對光強度的選擇時,發現雌蟲偏好產卵於光亮處;其次利用五種不同波長的LED燈測試,發現其偏好產卵於紫外光及綠光環境。此外,UV光於200 Lux照射強度下對雌蟲產卵有較高的吸引力。而在分析雌蟲在飼養盒中產卵位置時,亦發現雌蟲產卵位置偏向邊緣。本研究成果將可運用於設計一個誘引台灣鋏蠓雌蟲產卵並捕殺的裝置,當懷卵雌蟲被捕殺後,可有效防止台灣鋏蠓繁衍,進而控制其整體族群量,並輔助目前台灣鋏蠓防治上的缺憾。

「量點」中的「亮點」---自製螢光光譜儀研究量子點之螢光性質

量子點以水熱法合成,反應物是檸檬酸與乙二胺,反應條件為150℃、2.5小時,經透析膜純化後,得黑褐色液體。有廷得耳效應,紫外光可見光譜最大吸收波長340奈米,而在紫外燈下,會發出藍色螢光,且螢光放射波長460奈米,是以碳為主要組成原子的量子點。利用牙膏盒、空白DVD片、數位相機、積木與紫外燈,結合電腦軟體Image J分析影像與Excel,自製螢光光譜儀,可測得量子點螢光放射波長450奈米,非常接近實際值。再以自製螢光光譜儀研究,發現量子點在含酒精或離子強度強的鹽類水溶液,如氯化鋇、氯化鈣,螢光強度會增強;水溶液pH值小於5或大於9或在硫酸銅溶液螢光會降低,故需調整溶液pH值在7附近,使螢光恢復。

接二「連」三

在我們的研究中,先探討給定一個無向圖(undirected graph)並能使圖形必定connected的線段數E的條件,再以此得到圖形connected的機率範圍。我們接著引用已知整數數列A001187(參見參考資料[1])類似的方法來解決隨機圖(Random Graph)的根本問題:給定一個圖G(n, E),假定任兩個點連接的機率是常數p,求出該圖能形成connected的機率。接著我們將前述結論做推廣,假設該圖有兩子圖(subgraph),其中各子圖中的邊,相連的機率分別為p及p1,求出該圖能形成connected的機率。在這個過程中,在限制G(n, E)中最大連通子集的頂點數目下,我們也對於圖形不連通的機率做了許多研究。

語音辨識之忠狗

作品為一隻電腦上虛擬的「狗」,牠會聰明的聽懂主人的話,陌生人則不然。其主要的技術是利用錄製的語音訊號,擷取其梅爾倒頻譜係數( Mel-Frequency Cepstrum Coefficient , MFCC )、音高(Pitch)以及週期性聲波等三種特徵值來作為語音模型之建立,並以最少誤差來進行語者辨識。本實驗有20位語者,錄製語料共207個句子作測試。實驗結果顯示,自我語者之正確平均辨識率為96.62%,而其他語者之平均辨識率為99.62%,兩者之總平均為99.47%。整體而言,本作品除了高準確度外亦含有高應用性之實測作品。

一「藻」一世界─新月梨甲藻的發光與生長

生物螢光(bioluminescence)相關概念性產品已引起熱潮,本研究嘗試多種培養條件對螢光藻生長的影響,並了解影響螢光藻螢光亮度的因子。 依本研究得到結果,當環境中缺乏鐵、銅和鋅營養鹽時,會減緩螢光藻的增殖並降低螢光亮度。當營養鹽中的CuSO4添加過多時,新月梨甲藻(Pyrocystis lunula)會受其毒性影響而大量死亡並大幅度降低螢光亮度。而以螯合劑配合硫酸銅添加時,可減少對新月梨甲藻的毒性,但並不能降低銅對其生物螢光的破壞。在長期黑暗中,螢光藻的族群密度和螢光亮度皆會下降。

Oh!「葉」 ~利用手機光譜儀探討市售植物油在可見光雷射照射下發光之行為

本研究主要探討市售植物油受綠光及藍紫光照射後的發光行為。為了分析油品的發光情形,使用簡易手機光譜儀並輔以ImageJ來解析發光的波譜分布。 實驗發現綠光照射沙拉油及橄欖油皆會發出紅光,但前者是拉曼散射所致,而後者則是螢光效應所致,兩者強弱不同;以藍紫光照射,沙拉油發出連續光譜,而橄欖油只發出紅光。另外,葵花油、苦茶油、葡萄籽油受綠光及藍紫光照射後,分別發出波長較長的連續光譜,此乃油品以壓榨法製作,保留天然成份所致。 最後,將桑葉粉溶入沙拉油中,在藍紫光照射下隨濃度增加,會發出較強紅色螢光,並在濃度較高時會有螢光自體吸收情形;而在綠光照射下,除了發出紅色螢光外,也同樣發出波長較長的連續光譜。

藤壺藤壺開哪壺

藤壺是會附著在固體上共生的生物,外型似小火山而引起我們好奇,我們詢問專家且親自採集化石進行測量與分辨和觀察。我們從鯨藤壺化石驗證牛埔在上新世的地形是沙洲(出海口有鯨魚擱淺),玉井在近海環境。龜藤壺、多肋藤壺化石驗證大岡山當時的地形是海底,紅巨藤壺化石驗證四溝當時的地形在潟湖至河口灣、潮間帶並由伴生化石與地層做確認。從外觀顏色判別紅巨藤壺化石;外觀特徵判別多肋藤壺化石;從面積可判別鯨藤壺化石及龜藤壺化石。鯨藤壺和紅巨藤壺所受水壓不同,而演化出不同的盾板結構。我們發現海拔高度與地質年代無關,兩個同一地質年代的板塊,斷層活動越劇烈海拔高度越高。灰鯨活動於台灣西南部,所以在牛埔、玉井挖到鯨藤壺化石。

POP 蹦!!!

本實驗利用玉米粒加熱會爆開變成爆米花的原理來測試,因為加熱會使玉米粒內的水分、氣體膨脹,當玉米粒的外殼承受不住時玉米粒就會爆炸成爆米花。實驗中發現,以白沙(加蓋)加熱是最快的,因為白沙受熱較平均,比熱較低使得加熱速度較快、且具有足夠空隙供熱對流,導致玉米粒較快爆炸。最終發現以鋁箔紙包覆玉米粒的方式會讓爆米花的形成較大顆,原因是因為將鋁箔紙包住玉米粒加熱時,其中約占玉米粒2成質量的水氣與部份物質將蒸散衝出,造成鋁箔紙內的壓力變大,也因此使得爆開時爆米花會變得比較大顆。