第60屆--民國109年

我們發現可以改變方向旋轉的迴旋棒（rattleback），感到很驚奇。我們想探討它產生迴轉的變化與原理。我們以（1）文獻探討法（2）調查法（3）數位成型法（4）灌模法（5）實驗法（控制材質、大小、形狀、底面粗細、旋轉力量、施力點、施力方法、施力方向等變因）(6)TRACKER軟體分析法進行研究，探討迴旋棒產生反轉的現象、原理及變化。我們發現：迴旋棒的反轉現象會受形狀、材質、重心位置、受力位置、受力大小的影響，我們應用迴旋棒X、Y、Z軸的關係及重心結構原理，對於這種發現我們十分興奮，希望繼續探討實作新型迴旋棒，擴展研究成果。

近年來海洋受到人為垃圾污染日益嚴重，其中又以塑膠污染最甚。為了減少海洋垃圾並為環境盡份心力，我們製作海洋吸塵器，經過第一、二代海洋吸塵器改良，研發第三代海洋吸塵器，其特點為使用壓克力板做為機構材料，並在吸水口旁裝上濾網，垃圾不會隨著海浪漂出。然而機構內水排出後變輕而浮於水面，造成排水的水流打擊到水面產生壓力，進而產收吸塵器下沉等問題，最後決定採用固定式。 將海洋吸塵器搭載固定式太陽能板進行發電時，當太陽入射角度改變，可能會造成日照不足而無法發電的問題。為了改善此問題，我們決定將太陽能系統改為追日式，使用ardublockly編寫Arduino的程式，並加入光源感測器，讓太陽能板保持與太陽入射角度垂直，使其發電效率達到最高。

據Guarini騎士交換難題，我們設計出156個瘋狂騎士棋盤，並以對應之節點圖形特徵決定騎士擺放位置、最多騎士對與最少交換步數規則。 一、騎士對交錯擺放有利於找到最少交換步數。 二、單一節點圖最多騎士對得到最少步數關係如下： 1.「環圖」與騎士對關係為「騎士對數量」×2+1 2.「非環圖」與騎士對關係為「騎士對數量」×3 3.當Vf=2且Vt=2，則 nPmm=3n 4.當V_f=1且V_t=2，則 nPmm=2n+1 三、臨時停駐點決定環上點數與騎士對的關係如下： (一)若點環上有臨時停駐點，則最大環點數與騎士對關係為 2n 。 (二)若點環上無臨時停駐點，則最大環點數與騎士對關係為 2n+2。 四、度序列可作為判斷同構圖的有效工具，但需參考節點圖特徵將分岔點與臨時停駐點的距離予以比對確認。

本研究在探討姬胡麻斑捲葉象鼻蟲建造巢室的方式與後代成長間的關係。結果一認識象鼻蟲與食物：象鼻蟲體型是雌大雄小，平均體長在0.63±0.023cm～0.475±0.023cm，以朴樹的葉片為食物。結果二做巢室的策略：會找尋葉長5.25±0.88cm做巢室，並在葉面上進行切割作記號、葉背中肋戳洞，使葉柄與中肋的角度從141.85°±9.96°降到78.3ﾟ±3.91°，葉片因此軟化，足部以2.3×10-3±4.7×10-4N對葉片施力，平均花費44.88±4.55min建造一個2.00± 0.45cm大小的巢室。結果三巢室對後代的重要性：卵的大小0.779±0.159mm，相對濕度在79％～99％間都能順利孵化。幼蟲待在0.33±0.13 mm狹小巢室內啃食4320.78±2286.48 mm2葉片面積。以10.4±0.33min完成化蛹進入蛹期。經過一連串研究證實，象鼻蟲建造巢室是有利於後代順利成長。

在球場缺乏的小學校園中，我們常看到許多同學在戶外打羽球，但打著打著，卻會因風力的因素使得球偏移難打。為此我們想研究，什麼造形的羽球與塑膠球能有較低的風阻，打起來比較不會受影響呢？我們嘗試了剪出各種造型的羽球與塑膠球，在室內營造出逆風、順風及側風的環境，測量它們受風後的位移程度，來瞭解什麼樣的球比較不怕風吹，並且在垂直風洞中驗證我們的實驗結果。我們得到的結論是，若想降低羽球的風阻，可以朝將球的重量加重、然後採對稱的剪法減少大部份羽毛面積這個方向去嘗試，未來還可加入改變羽翼直徑的做法來發展新型的羽球。

食安與環境問題是地球永續發展的重要議題，我們以無塑材料幾丁聚醣(CS)與海藻酸鈉(SAL)來製造保鮮膜，研究結果發現：1. 幾丁聚醣(CS)加酸水解後可成膜但不防水，加鹼中和後可防水但非常皺。2 .2%CS和2%SAL 無法直接製成混合膜，須以複合成膜方式製膜。3. 2%SAL交聯反應後，可與CS製成膜性較好的複合膜。4.添加天然增塑劑(甘油、蜂蠟、橄欖油)可增加CS-SAL複合膜韌性(拉力)、可塑性及防水性，而添加明膠後，雖然韌性降低，但卻大大增加形變率，可以製成適合包覆食材的保鮮膜。5.加入添加劑後的保鮮膜在防止麵包發霉與香蕉變黑都有不錯效果，但沒有辦法明顯防止蘋果褐變。6.自製保鮮膜在泡過酸鹼後，仍具包覆效果，而加入添加物的保鮮膜具有透氣性。

市售棉心式白板筆是以毛細現象將墨水儲存於棉心，當墨水過量會有漏墨問題或無法將墨水以毛細現象完全導出。本創新直液式白板筆是類似鋼筆方式儲水，其物理原理與舊型棉心式完全不同，它是以內外壓自然平衡來導引墨水，實驗中以棉心吸水效率、墨水損失率與色彩分析相關的實驗驗證下，其可改善舊式白板筆的缺點。但新式白板筆仍會受環境溫度與壓力變化而有漏水狀況。本組以自製測試設備輔助下，模擬了溫度對應壓力的變化、墨管內空氣與墨水膨脹率不同產生漏墨與高山大氣壓力降低導致墨水溢出的實驗。根據實驗結果本組進一步設計以針筒活塞來調整壓力的新式白板筆，完全解決了漏墨的缺點，且此環保可重複使用的設計是值得持續研究與推廣。

本作品旨在研究一道塗色問題:在一個m×n的棋盤中對任意格子塗上黑色，相鄰方格(有共同邊)不同時塗色的所有方法數。過程中，我們運用二維的城堡多項式的概念來進行研究。首先，我們推出1×n、2×n 單色及1×n多色的方法數及公式。再來，我們嘗試估計m×n 單色及多色著色方法數的上界及下界。接著，我們針對它的一些性質做討論。最後，我們用程式跑出答案，並印證我們的推論。

我們以BR振盪反應為這一次的研究主題，並自製振盪觀測儀器。我們利用自製振盪觀測儀器探討改變各反應物濃度與溫度對BR反應之影響，並比較不同濃度BR與BZ兩種振盪反應之振盪時間，我們發現兩種振盪反應的第一次振盪時間明顯較長。BR振盪反應中碘酸鉀與雙氧水濃度愈高，振盪總時間愈大，但硫酸與丙二酸濃度愈高，振盪總時間愈小，改變錳離子濃度影響不太明顯，[KIO3]=0.2M、[MA]=0.375M、[Mn2+]=0.025M和[H2SO4]=0.225M時會有最多的振盪次數，當改變溫度時，溫度越高，其反應速率越快，所需的時間越短，出現振盪週期越短，溫度越低出現振盪週期越長，可見溫度與反應振盪週期呈正相關。

尋找高紅移的超大質量黑洞，有助於天文學界了解宇宙再電離時期。雖然黑洞的數量稀少，但相較於星系，存在於某些星系中的超大質量黑洞較亮，且存在時間比伽瑪射線爆久，因此，它們的吸收光譜可以協助天文學家最有效率地探索星系間物質及再電離時期與光的反應。本報告交叉比對昴星團望遠鏡 (Subaru Telescope) 的Hyper Suprime-Cam (HSC) 和廣域紅外線巡天探測衛星 (Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE) 的觀測數據，以尋找可能的高紅移超大質量黑洞。本研究根據光度測定 (photometric observation) 和宇宙紅移 (cosmological redshift) 的原理，從雙色圖中較紅的區域挑選了46個候選星體，並逐一透過天文望遠鏡照攝的影像確認是否有可能是超大質量黑洞。最後，選出三個可能的高紅移超大質量黑洞，可用於向大型天文望遠鏡 (如昴星團望遠鏡 (Subaru Telescope) ) 申請光譜分析。