全國中小學科展

第57屆--民國106年

蟋望無限-蟋蟀打鬥行為與勝負經驗之相關探討

本研究主要以探討蟋蟀打鬥行為和勝負經驗之關聯為主。我們選用的物種為黃斑黑蟋蟀(Gryllus bimaculatus),是一般民間鬥蟋蟀活動的主角。 我們挑選大量的雄性蟋蟀進行打鬥試驗,記錄了有不同經驗蟋蟀的行為模式,同時安排了不同的勝負經驗及體長關係的打鬥組合並記錄其結果。結果有勝利經驗的蟋蟀受刺激時將會較快發起打鬥行為,而經驗對打鬥的結果也能有一定程度的影響:若體長差距未達0.4公分,則蟋蟀面對體型比較大的對手時,具有勝利經驗可以使獲勝機率提高。本研究尤其針對鬥敗的蟋蟀歸納出所謂行為模式上的敗者效應,結果顯示體型較小蟋蟀,敗者效應越明顯,此外,當蟋蟀敗給比自身體型為小的對手時,會顯著延長敗者效應持續時間。

藍色大軍

本次研究主題是以香山濕地的短指和尚蟹為研究對象,研究短指和尚蟹的構造、適合生存的環境、生活方式、最佳觀察時機為乾潮前後二個小時、探討洞穴形狀及深度、在沙地上進食及隧道式的進食方式、出沒沙地的特殊行為、遇危急時除了順時針和逆時針鑽地封洞行為,亦會呈現假死現象。 我們測試短指和尚蟹對視覺及嗅覺的感官反應、對鑽地封洞的方向是否有特別偏好、鑽地封洞的時間、改變沙土的角度、施予沙土平面的作用力,觀察不同土質對其鑽地封洞行為的影響。 我們製作簡易旋轉器幫短指和尚蟹轉圈,發現和尚蟹在每分鐘轉20圈及每分鐘轉10圈的速度下,能正常的旋轉封洞,但比起自身旋轉多了3~6秒的時間,並比較濕地上弧邊招潮蟹封洞行為的不同之處。

收放自如~實驗探討線軸展開或捲縮的條件

生活中發現線軸會因拉線角度的不同而收放自如,此現象激起了想探究的決心。我們初步發現線軸在不同變因下會有一個特定的臨界角θc而改變其滾動方向,因此本組選擇了拉力大小、線軸重量、線軸內外徑比值及不同接觸面性質(靜摩擦係數)作為實驗的四種變因,並設計了「線軸收放儀器」來進行實驗探討。為了精確測量臨界角,實驗時儀器中的粗調裝置是利用螺帽固定螺旋桿以大範圍調整定滑輪的升降高度,微調則利用指針帶動螺旋桿轉動角度來微調定滑輪的升降,將實驗過程攝影記錄,並再利用Tracker分析物體改變滾動方向時的臨界角。實驗顯示,影響線軸滾動方向的臨界角大小,和線軸之拉力大小、線軸重量及接觸面性質皆無關,只和線軸內外徑的比值有關,即cos ⁡ θc=r/R。

磁懸浮

本研究探討如何讓磁鐵穩定懸浮,分別藉由光二極體與霍爾感測器偵測懸浮體位置變化,由Arduino內部計時器計時並計算懸浮體移動速度,藉由位置偏移量與移動速度來動態調整電磁鐵輸出的磁力大小。實驗中我們發現,使用光二極體來偵測懸浮體位置變化較使用霍爾感測器時訊號的穩定性較高可達穩定懸浮,但可偵測之間距較窄,僅在雷射光的直徑(約3mm)間;使用霍爾感應器時可藉由運算放大器將訊號放大,並藉由濾波法處理訊號達到穩定懸浮,其調整間距較寬可達 5mm以上;其中我們發現算術平均濾波法的雜訊抑制效果較中位數濾波法的效果更適合磁懸浮。

走「磺」入「膜」

市面上中小型風力發電機的蓄電池使用鉛酸電池,此電池兩極浸在同一電解液中,不斷充放電之後會有再結晶問題,使電池壽命縮短而不環保。為求「環保」,我們發現了可以改善此問題的電池──逆釩流電池。 此電池現用的質子交換膜多由Nafion®公司製作,雖廣為使用,卻因釩離子滲透率高而效率不佳,而萌生一種想法:可否找到更好的膜呢? 參閱文獻後,發現以聚醚碸樹脂(PES)、磺酸化聚醚醚酮(sPEEK)為材料的膜很有潛力。前人研究兩種材料比例差異,未以其他因素進行實驗。此報告主要以不同帶電程度──磺酸化程度的sPEEK製膜改良並探討。 在製作並測量各膜的物理性質後,因為膜的帶電性,配合其差異穿透的特性,進而提出將此膜用於更環保的電池──海水濃差電池。

低調也行-應用電磁感應原理探討低頻無線傳輸及無線充電之效能

無線充電是近年科技發展趨勢,其效能問題仍待提升。實驗一(線圈200匝,直徑4cm,粗細0.37mm),在不同發射頻率都可測得感應電壓及感應電流,證明可行。實驗二,發射端(線圈200匝,直徑5cm,粗細0.37mm)與高斯計距離0至5cm內,磁場強度在5000Hz出現最高點,且距離線圈2cm時最強。實驗三,方波平均功率達正弦波的5.85倍。實驗四,我們最後採用20000Hz、線圈匝數組合200:100,轉換效率15%。實驗五,利用實驗四的結果,找出線圈直徑4cm:7cm、粗細0.37mm,轉換功率達42%。實驗七,1對1與1對2的線圈組合皆可進行傳輸。實驗八,對充電電池進行五小時充電,電池電流可達到160mA。

衣服BBQ

本研究探討各種布料燃燒的情形,並研究適用於各種布料的化學阻燃劑。將天然纖維、人造纖維及混紡等三類紡織布,共七種布料,分別噴上四種類別,共十種化學藥劑後,在自製燃燒箱內燃燒。利用水平燃燒、垂直燃燒、皮膚模擬、煙阻照度等方法,分別測量反應時間、燒毀長度、豬皮升溫、生煙量等,以判定化學藥劑的阻燃效果。以受熱起反應時間慢、延燒速度慢、溫度低、生煙量少為標準,層層篩選出效果最佳的阻燃劑。結果發現,不同布料在燃點、續燒性、氣味、融化、炭化等方面有所不同。也發現每一種布料適用的阻燃劑有些差異,其中以矽酸鈉的適用性最廣。若考慮酸鹼值和生煙量則以氯化銨作為布料的阻燃劑最佳。

缺氧幹細胞對高血壓心臟保護作用之探討

高血壓導致許多併發症,更造成心血管疾病。因此預防和治療高血壓是國際醫療關注的議題。研究指出幹細胞能促進身體機能修復但是治療的分子機轉尚未表明。發現短期缺氧(6小時)可提高脂肪幹細胞(ADSC)的細胞生存蛋白p-Akt和歸巢效應蛋白CXCR4表現,接著利用ADSC和缺氧預處理的脂肪幹細胞(hADSC)治療原發性高血壓大鼠的心臟,發現ADSC和hADSC能維持心臟功能,降低高血壓造成的心臟肥大蛋白GATA4、BNP表現,提高長壽基因訊息路徑來達到心臟保護的效果;更發現幹細胞透過改變心臟能量代謝途徑,降低GLUT4對葡萄糖的消耗而提高脂肪利用率來提高心臟細胞的能量獲取,且強化後的hADSC保護的效果更好。這些結果證明幹細胞能保護高血壓對心臟的傷害,也證明適當的缺氧能夠強化ADSC。

以「管」窺天–探討扭轉圓筒所產生之自發性摺痕及其應用

本次研究探討圓筒經扭轉自發產生摺痕的物理,發現摺痕數和偏斜角在圓筒長度小於直徑時是規律的,並研究它們與其他參數之關係。同時解釋為何對於長圓筒此規律會消失,並發出多個聲音。 從幾何和能量推導之理論能解釋實驗結果,並藉拉力秤測量,釐清扭轉過程的動態行為,歸納出力矩和扭角滿足虎克定律。 我們主張並提供初步的研究成果支持這些性質可應用在(1)環保:有效回收鐵鋁罐;(2)居家:節省收納空間;(3)工業:機械零件伸縮。並在學術上推廣到(1)地球科學:解釋盤古大陸如何分裂;(2)生物物理:比對β筒狀蛋白特性;(3)醫學物理:骨骼受扭力的形變和斷裂;(4)軟凝體物理:幾何挫折如何影響擰紙和其它新穎材料,如負折射率超材料。

柵變集團-光柵板的變圖與成像探討

實驗中我們發現,光柵板的校準線對於整個實驗有很重要的影響因素,包含校準的底圖線寬、校正距離,底圖太寬或太細都會影響圖形的大小以及可視角,校正距離我們認為比較像焦距,校正距離決定了這張底圖最適合觀賞的距離,另外光柵板的厚薄更影響著這張光柵板適合製作變圖還是3D效果、連續動畫等因素,厚板變圖快、圖數多適合連續動畫與3D;也可以增加底圖的數量,把底圖由雙圖改成五圖,則可以增加圖形的出現數量,更適合製作動畫,我們還發現不同的合圖法可以控制圖形出現的順序。