第61屆--民國110年

以仿生魚尾鰭做為船隻推進裝置，探究對船隻運動的影響。用自製船體拍攝其運動影片加以分析，依各實驗探究目的比較其平均速度、波峰加速度平均值、平均或最大推力。仿金槍魚與仿石斑魚尾鰭各在適當的軟硬材質、擺動幅度及頻率下可得最大推力。考慮船舶使用情境的多元性，故選用形狀介於兩者間的中間型尾鰭，配合渦流觀察，進行後續探究，結果發現：以1/2前翼展2.5公分、中軸長4公分的尾鰭，加裝12公分木籤作為連桿，可有效提升船隻的平均速度及最大推力。比對渦流運動得知尾鰭推力與渦流完整度，噴流效果相關。加裝適當破阻裝置能有效降低阻力，使前進合力顯著提升。由雙尾鰭實驗得知兩尾鰭相反位相擺動可同時提升船隻平穩度及推力。

本研究探討「a平方－h是b的倍數，b平方－h是a的倍數」→「a平方＋h是b的倍數，b平方＋h是a的倍數」，發現若將前者的首項設為h－1，第二項為首項的平方－h，則其正整數解(a，b)會構成一數列且滿足遞迴式「第n＋2項=(h－2)*第n＋1項－第n項 」；若將後者的首項設為1，第二項為h＋1，則其正整數解(a，b)會構成一數列且滿足遞迴式「第n＋2項=(h＋2)*第n＋1項－第n項」。在探討「a平方±nh是b的倍數，b平方±nh是a的倍數」時，發現其解數列也滿足遞迴式「第n＋2項=(h±2)*第n＋1項－第n項」，其中新第n項=(n的正平方根)*原第n項。

莫比烏斯環是一種只有一個面和一條邊的曲面，可透過紙條自轉半圈製作出來，本研究的出發點為探討紙環在不同的旋轉圈數下，紙條邊緣的結構，並將其延伸到葉結。因紙條會限制自轉的圈數，因此我們利用水管模擬紙條的邊緣，得出自轉圈數×股數=葉數，又因水管有固定長度，導致在不同的股數與自轉圈數下，圖形不一致，因此我們推廣至討論繩子在圓上等分點的繞法，將經過的等分點記錄成迴圈數列，並改寫成同餘數列以利探討同餘之等價關係。本研究旨在證明可以形成k股n葉結時，k與n必須互質，反之亦成立，又對於所有大於等於3的整數n，必有n-1股n葉結，故n葉結一定存在。最後進一步探討葉結立體結構的幾何性質以及在三維空間中的參數式。

風力發電是我們在澎湖常看見的再生能源，但風扇旋轉時帶來的噪音，卻限制了它的應用；要減少風扇的噪音，其中之一個要素是減少阻力，在本篇實驗中，我們從改變風扇表面結構，來從事減少噪音的研究。我們把高爾夫球表面的小凹，和鯊魚皮表面密密麻麻、交互排列的縱向凹槽，應用在風扇的空氣阻力上，發現絲襪和透氣衣在顯微鏡下的結構，類似高爾夫球表面的小凹；而白膠和皺紋紙，它們結構的共同特色，是在風扇表面形成規律排列的平行橫條紋，類似鯊魚皮的縱向凹槽，都可以達成降低阻力，從而減少風扇噪音，又不減少風扇功率的目的，另外，或許今後在設計風力發電或一般風扇時，可以考慮在表面蝕刻規律凹槽或刻紋，以減少噪音。

為觀察不同條件製作之美乃滋品質，我們選擇黏滯係數作為測試標準，並以學生品評分數進行比較，選擇品質較佳之美乃滋。本研究以不同攪打轉速、油品種類、含油量、蛋黃的存放狀態（溫度）、含糖量、添加的檸檬酸及食鹽水溶液佔整體濃度比例為變因。實驗結果攪拌器各個轉速的黏滯係數相近且皆能達乳化作用，芥花油（飽和脂肪酸低）的美乃滋黏滯係數較高，高油、高糖、冷凍蛋黃會提升美乃滋的黏滯係數，加檸檬酸或加鹽則會降低美乃滋的黏滯係數。品評後發現同學喜愛美乃滋的外觀顏色、香氣差異不大；整體接受度與黏稠度（口感）有正相關，再以統計軟體SPSS分析品評的口感與測得的黏滯係數為高度正相關。最後，依實驗及統計分析結果來研發出健康美乃滋。

每種物質都會結晶嗎？它們的結晶形態都相同嗎？在偏光鏡檢下是否都能呈現旋光性？如何培養出鹽的大結晶？鹽的結晶能做什麼應用呢？本研究利用自製的偏光顯微鏡和科學maker手機偏光顯微鏡的觀察得知：不是所有物質都能產生結晶，像白醋、米酒、蛋白、麥芽糖等無法產生結晶，而能產生結晶的鹽和醬油類沒有旋光性；糖、味精、紅酒和清潔類物質則有不同程度的旋光性。每一類的結晶形態也都不相同，可以用來判斷溶液中可能含有什麼成分。實驗中還發現，容器中的細小鹽結晶會跟主要培養的晶體競爭鹽分子，勤於更換容器才能養出大結晶。利用鹽的結晶可以做成具有療癒效果的偏光萬花筒、鹽燈、晶洞和鑽石樹等。

市售磨墨機使用時都需要專用硯台，因此侷限了磨硯之泛用性。還記得小時候玩過可以畫出花型曲線萬花尺，這曲線成形定義是由內擺線所構成，適巧這運動軌跡可應用於磨墨機構。本研究應用連桿與內擺線運動機構配合進行軌跡設計，原理是運用連桿一端(與萬花尺小齒輪上一支點連接)及連桿中間具一可滑動調整鈕之運動限制，使連桿另一端點(墨條端)產生軌跡變化。透過實際組裝後測試，調整小齒輪上連桿端支點位置設定，便可以畫出大小不同圖案，另外只要調整連桿中間調整鈕位置，便可以變化輸出不同長寬比曲線，此比值可以變化適用於不同形狀及大小硯台。完成確立實驗後，我們將整個作品做最佳化設計，以符合實際使用者的需要。

實驗構想來自部落耆老童年玩具，從製作竹蜻蜓與發射系統，過程中嘗試解決許多實作上的問題，最後用手電鑽帶動漁網線，透過線和竹蜻蜓尾桿的摩擦力讓它本身旋轉。在它旋轉時打擊空氣分子產生康達效應，因失去能量而產生升力，當升力比它的重力加空氣阻力大時，它會慢慢脫離發射台，最終目標讓竹蜻蜓停留在空中時間最長。實驗中設計不同對葉片竹蜻蜓在尾桿纏繞線不同圈數下，觀察它停留在空中的時間，最後結果發現在穩定條件下，因為二對葉片具有比一對葉片大的升力，且比三對葉片輕之特性，所以二對葉片停留空中時間最長。此次研究不僅能讓實作加入物理基本原理，更能探究實務與理論上差別，且融入到原住民文化課程中，從中思辨出文化與科學的智慧。

根據科學家的推算，太陽生成已經六十五億年了，地球的生成也已經四十六億年了，在這漫漫的時間長河中，太陽對地球的影響自然是不言可喻。古代的人類早早的就發現了太陽對地球的重要性，所以全世界古老的文明中，太陽都佔據了最重要神祗的位置。在那個沒有時間概念的年代 太陽日復一日從東邊升起西邊落下，這簡單而自然的規律也建立的人類社會發展最根本的基石，而在太陽日復一日東升西落的規律中，遠古的人類也建立了最基本的時間概念。 自然科學五年級的課程中介紹了太陽跟影子之間的關係，在課程中也提到了利用太陽來觀測時間的方法，但是因為課程進度的關係並沒有太深入的研究，所以我們希望通過這次的科展研究，以最基礎的方式來了解古人如何通過太陽規律的升落，建立了最基本的時間概念。

本研究探討如何提升養殖於冬季降解亞硝酸不良的問題。養殖益生菌中潘朵拉菌Pantoea sp.可在冬天生長並降解水體亞硝酸，不同於其他菌其在低溫時生長較好但降解較差，顯示兩者無直接關聯，進一步得知溫度會影響Pantoea sp.細胞內代謝機制。水體中添加葡萄糖可使冬季亞硝酸降解能力多7倍，且不影響其生長，與文獻添加碳源會促進益生菌生長不同。比較各式糖類後得知單醣和雙醣皆可提升降解能力，其中單醣較雙醣好(單醣50%、雙醣95%)，而碳源可提升降解能力，推測因其影響細胞內TCA cycle運作。最後添加碳源做法適用各鹽度環境，具廣鹽性，對改善台灣冬季亞硝酸過高問題有高度應用價值。