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探究精神獎

繞遠路的螞蟻

本研究探討螞蟻在一個無向簡單圖上,由原點出發沿著邊移動。當抵達某一點時,螞蟻會選擇和此點相鄰的某一點前進,作為下一步移動,但不能往回走,若螞蟻回到原點便不再移動。已知圖上各點的度皆大於等於 2,試問螞蟻在數次移動後回到原點時,移動次數的期望值為多少? 我們最初是藉由觀察螞蟻經移動後回到原點的機率,推測每次回到原點時的機率之規律,但此方法難以在較為複雜的圖形上得到結果。接著使用了矩陣來研究,以矩陣乘法表示一次移動。有了矩陣,我們便能透過矩陣運算得到螞蟻在數次移動後抵達各點的機率,也能更方便的求出期望值。

耦合振盪器於磁場內的運動與理論模型探討

此研究針對磁力耦合振盪器進行理論建構與實驗設計,在理論建構中,我們先以彈力作為外力並推導公式,與實驗數據擬合後發現擬合參數極具參考價值。將磁力引入系統並推導公式,發現其與實驗數值擬合效果也極好。融合上述公式與參數後推廣出能描述振盪器運動模式之運動方程式,以Python數值模擬發現,此方程式與數據十分吻合且能產生波包與頻率下降等真實情況,故推論該運動方程式是有一定價值的。在傅立葉分析中發現了簡正模之應用,且當磁鐵初始距離越短或磁力強度越大時,振盪頻率都會有所提升,而初始位移不會造成影響。而本研究的成果將可透過一已知磁性量值之磁鐵求出另一板簧上物質之磁性量值,進而應用到新型機械式磁性雙板簧的懸臂磁力計設計。

用心良苦的單親媽媽─日本藍泥蜂(Chalybion japonicum punctatum)雌蜂築巢行為探究

本研究探究日本藍泥蜂 (Chalybion japonicum punctatum)雌蜂築巢行為,從2023年7月至2024年6月,觀察與記錄人工巢18巢,自然巢78巢,共96巢。研究發現:巢位選擇部分,雌蜂築巢無樓層、方位及棲地材質偏好,人工巢位第1、2圈平均築巢率53.3%,具聚集性;借坑性築巢特性部分,巢洞1cm以下最多,巢室1間最多,巢室尺寸2.77cm最多,封口與洞口距離多為0cm;雌蜂獵捕蜘蛛育幼,獵物2科4種,每巢約 14-20隻;羽化後殘骸1節以下佔62.01%,幼蟲攝食方式為啃食;完成雌蜂築巢行為譜,雌蜂有競爭、築假巢等護幼行為;白門平均有0.864669mg/g氨氮值,尿酸濃度為比壁虎排遺低、氨濃度與壁虎排遺相當,約400~600uml/L;pH值平均6.11,弱酸性;水份平均281秒滲入白門,具透氣性;較其他蜂巢門滲入時間長,較具防水性。

生物除草劑初探

本研究以五節芒為研究對象,以水為萃取溶劑,取五節芒葉、莖、根、根部土圈等不同部位進行萃取,區分新鮮植株、乾燥植株、割除後生長五天之新鮮植株、割除後生長五天之植株經乾燥處理等四大實驗,合計112個小實驗,以陸生雜草大花咸豐草和水生雜草稗草為受測對象。研究發現將五節芒割除後生長五天之新鮮植株和乾燥植株,葉、莖的水萃取液對大花咸豐草和稗草的種子發芽、植株生長、根部生長有強烈抑制作用。可取五節芒新鮮葉子加水(重量比,葉:水= 1: 2 ),以果汁機打碎研磨萃取,獲得的水提取物,即為【生物除草劑】,可用於田間,進行雜草控制。

音叉迴旋曲—探討石英音叉作為感測器的可行性

石英音叉是一種高精密的壓電震盪器,本研究欲利用其高靈敏度(高品質係數),探討其作為表面感測器之可行性。將音叉調整在最佳的驅動震盪狀態,並將待測物固定在三維旋轉台上,藉由調節輪控制待測物的移動方向,使其緩慢移動並與探針接觸。當音叉受到表面凸起之微擾時,其靈敏的性質將使其失去共振,可藉此得知待測物表面之起伏。在本研究中,我們得到的結論是以石英音叉作為表面感測器是可行的,此外,石英音叉探針黏著點、使用的黏著劑、探針的材質以及探測方法會對感測器靈敏度產生影響。

凍析電解-以果凍取代電解液探討電荷流動方向

本研究利用蝶豆花果凍進行電解。透過將電解質水溶液製作成果凍的方式,使溶液具有固定的形狀,不會隨意流動,且利用蝶豆花作為酸鹼指示劑,方便觀察電解時電極處所產生的酸性物質和鹼性物質,而酸性和鹼性物質讓指示劑顏色改變,藉此觀察果凍膠體內部離子的移動情形。透過電解蝶豆花果凍,能在電解實驗中觀察果凍明顯的變色,使人更加了解離子的流動方向,也能觀察電解實驗在電壓大小、電阻不同、路徑長短不同、同時有不同高低電壓在同一果凍時,離子的流動情形。我們發現電壓愈大,會使電解的速率加快,但是不會影響反應途徑。而在不同電壓中電解,離子會選擇往最高電壓方向移動。

塑戰塑決!「菌」然讓蟲把塑膠吃了!

塑膠對環境危害甚深,雖已有研究證實部分昆蟲可降解塑膠類的聚苯乙烯(PS),但關於聚丙烯(PP)的生物降解研究很少,也沒有進一步透過腸道菌相分析,鑑定出負責降解的菌種。因此我們希望利用麵包蟲進行生物降解PP,透過16S rRNA定序分析,找出可降解PP的潛力菌種,來解決塑膠垃圾對環境造成的傷害。 我們的實驗結果顯示,麵包蟲能攝食PP並生長,且加入濕料及利用糞便移植腸道菌相能增加麵包蟲對PP的消耗量,證明麵包蟲能攝食PP與腸道菌相有關。利用次世代基因定序分析腸道菌相,發現麵包蟲攝食PP後,腸道菌相有極為顯著的變化,其中腸道菌Pseudomonas stutzeri顯著增多,經實驗證實此菌確實可降解PP,且在中性環境的降解效果較佳。

「富」二代的秘密─探討鋁箔紙排列方式對富蘭克林馬達的影響

我們研究的內容,主要探討如何提升富蘭克林馬達轉速的組合,並深入探討多樣實驗項目。而我們也將部份實驗的數據繪製成趨勢圖,一來可看出我們的數據是否合理,二來還可看出我們是否真的有找到最高轉速組合。在實驗八,我們就也因此找到了更高轉速的電刷型式,經轉速測量後發現,與原先的趨勢推估幾乎吻合!這更是確定了我們實驗數據的真實正確性與合理性,也讓我們研究結果更完整。總結實驗發現,塑膠杯上鋁箔紙的大小、長度、寬度等,及電刷的寬度、高度、鋸齒數等都會影響轉速,因此我們從實驗結果歸納出轉速最佳的設計,成功設計出穩定且高轉速的富蘭克林馬達。期望在未來掌握富蘭克林馬達重要設計要素之後,能夠更深入探討其更多的應用。

觀音火山熔岩與其礦物比例分析

本研究透過親手磨製岩石薄片及數據化的礦物比例資料,探討觀音火山熔岩的差異與其分化關係。根據相關前人研究得知觀音火山經過五次噴發,共有七種不同的火山岩,比對地質圖於各地層分佈區域尋找新的出露地點共17處,進行田野調查記錄與空拍、採集標本,並磨製岩石薄片共14片,進行岩相觀察與礦物面積比例計算。 本研究觀察到觀音山熔岩有漸變關係,從普通輝石橄欖石玄武岩→普通輝石玄武岩→普通輝石安山岩→兩輝石安山岩→紫蘇輝石安山岩→黑雲母角閃石安山岩,符合鮑氏反應序列。並依據新的田野調查資料,修正觀音山圖資;建立火山噴發歷程模擬動畫;製作立體地形模型以瞭解地質地貌關係,皆可做為日後觀音山地球科學教育的參考。

天然花青素光交聯複合水凝膠支架之3D列印研究

本研究利用天然花青素作為光交聯劑,成功製作出低毒性的光交聯水凝膠,並可利用3D 列印技術,應用於生醫領域三維支架。 於不同比例的甲基丙烯酸明膠及甲基丙烯酸透明質酸中分別加人花青素或光起始劑 Irgacure2959,並使用365 nm波長紫外光作為交聯光源以製備複合水凝膠支架。 利用NMR、FTIR、SEM及溶脹性、降解性、攀附情形測試,確認分子結構及材料特性分析。體外試驗進行細胞相容性測試,結果顯示加入花青素的光交聯水凝膠對細胞的毒性遠低於添加I-2959的。最後使用3D列印機將花青素光交聯水凝膠堆疊列印成三維支架。本研究顯示花青素光交聯水凝膠未來可成為生物3D列印的原料,應用於組織工程領域。