第42屆--民國91年

長久以來植物生理學家探討高大樹木如何將水分運送到頂端，其中最主要的理論包括根壓，毛細作用，蒸散作用以及內聚力理論。1914 年H. H. Dixon 所提出的理論結合了蒸散作用與水的內聚力，其理論主張水在木質部內移動的驅動力是來自葉片蒸散所產生的張力和負壓。水如一層薄膜覆蓋在葉肉細胞的表面，當水分因蒸散作用而散逸至大氣中時，水膜即退到相鄰細胞的細胞壁間，這個現象造成顯微的曲線表面，因而產生葉肉細胞內的負壓，將木質部的水分向上拉升。 由於在高中物理中，我們學到有關表面張力計算的技巧，因此在閱讀有關植物生理學中上述的理論時，我們發現作者引用的為一「球狀曲面」的表面張力公式，並且書中對於水膜凹陷產生負壓處是在海綿組織細胞的表面。我們以為負壓產生的位置主要是在維管束鞘表面，且水面的凹陷形狀應為「圓柱曲面」，在本實驗中我們以高中物理表面張力計算的技巧重新導出適合圓柱曲面，水膜形狀下的負壓大小，設計一個模擬實驗印證公式的正確性後，我們以一個豆科植物的電子顯微照片為實例，估計此一水分輸送的合理高度，發現所能輸送的高度約為3.7 公尺高！

將社會科、鄉土教材的民俗童玩項目，結合自然科「力」的單元，以「竹筷槍」為主題，展開橡皮筋對力的表現的探討。再將橡皮筋彈性的探討結果應用到「竹筷槍」的設計及改良，並進一步研究如何推廣「竹筷槍」的方法。

本研究主要以一個能夠讓酒瓶站起來的酒瓶架，找出它為什麼可以讓不同形狀的酒瓶站起來，以及酒瓶內液體的量不同，也不影響它的穩定性的原因。結果證明酒瓶架穩定性高的原因，是因為它的底面積大。當瓶內的液體量不同時，而酒瓶和酒瓶架的整體重心會調整，但只要落在底面積內，即可平衡站立。並且也在底面積內找到平衡支點，並以支點計算，滿足槓桿定律平衡的條件。本研究並發現到酒瓶架的設計，除了平衡的考量外，也考慮到視覺上的美感。酒瓶架底部和斜角穿孔均為 45。，可造成酒瓶以水平姿態站立。也可使酒瓶和酒瓶架形成的矩形外觀長寬比，接近黃金比例。接著進一步討論，如何以本研究的發現，設計出特殊造型的酒瓶架，及其他符合力與美的產物呢？

在本學期家電檢修實習課程中，第二單元的電熱類家電實習單元裡，老師特別提到 ：在家庭電器中，耗電量最高的，即屬於電熱類家電，也就是由電能轉換為熱能的電器用品。諸如：電烤箱、烤麵包機、電鍋、飲水機等，而這些耗電量高的電器用品有些只是短時間使用，譬如：電烤箱、烤麵包機，但有些則是長時間使用，譬如：電鍋、飲水機。電熱類家電短時間使用，其耗電量自然比較少，但若是長時間使用，其累積消耗的電量則很高。如何將需要長時間使用的電熱類家電，作一個有效的管理使用，以節省消耗電能，即是老師引導我們此次研究的動機，況且台灣自然資源有限，尤其每到夏季用電需求高時，即有可能遭到限電的困擾。所以，若要改善台灣用電吃緊的情況，必須研究有效的電力紓解途徑，才能解決電力不足的窘境。因此，我們針對一般家庭幾乎都具備的溫熱水兩用飲水機，作為此次科展的研究對象。 \r 家裡使用的溫熱水兩用飲水機，開機使用時間是全天候24 小時，其煮沸開水(約100℃)之後即開始保溫，但溫度太低(約94℃)時，又繼續加熱煮沸，反覆之間，無形中形成一種資源及金錢上的浪費。我們都知道隨手關燈的觀念，但對飲水機而言，卻未隨手關機，所以我們將溫熱水兩用飲水機，多加裝一個24 小時多段定時器，設定家裡有人使用期間的開機時間，以及沒人使用期間的關機時間，如此來減少開機使用時間，以便節省家庭電費支出，並達到紓解尖峰用電的情況。 \r

我們一直認為生活中到處充滿著數學的知識，在課堂上我們探討過人體的黃金比例、地圖上的座標與比例尺、校園面積的估測、大自然中的圓、市場上斤兩的換算、環島旅行的時間路程計畫．．．等等，在圓柱圓錐單元，珍珠奶茶的杯子被提及，引發大家熱烈的討論，因此計畫研究，希望延續課內教材，對圓錐台做進一步的探究。在整個實驗研究過程中，我們發現杯子（圓錐台狀）的側面展開圖是由同心圓過圓心截取的環狀片所組成的，且隨著截取同心圓角度的不同，杯子的斜度也會有所不同。在探索圓錐台的體積時，我們也能利用到六下課程中的【比例概念】將圓錐台的體積給推算出來，且與實測的值相去無幾，是令我們感到興奮的。當我們再深入應用在伸縮杯上時，更發現了層與層之間的交接處也是一門學問，當同心圓越大，截取的同心圓角度要愈小，所形成的伸縮杯就會越完美，同時我們也運用了一點技巧讓我們所製作的伸縮更具有藝術美觀的價值哦?

這個研究是運用學校現有器材，探討校園中菟絲子（Cuscuta australis R.Br.）的形態、構造、生殖方式、吸器產生機制、快速散播原因及圍堵其入侵的方法。根據研究結果顯示，校園內菟絲子的寄主已經超過8 種，大多為草質莖植物，各寄主被寄生嚴重度不同，這和寄主植株形態和族群分布狀況有關；菟絲子莖上沒有氣孔，一個雌蕊有兩個花柱，莖內與未成熟的種子內有豐富的澱粉，但成熟種子則沒有發現澱粉。菟絲子的結果率和產種子能力十分驚人，每平方公尺的寄生地，可產下8 萬顆以上種子，種子發芽率也達60%以上；菟絲子的莖有極強的再生力，只要仍有一個節或生長組織存在，就可再發新芽生長，一般蔓莖平均每日可向外擴展4.4 公分。菟絲子的莖有向觸性、背地性及輕微的背光性。菟絲子幼莖才會產生吸器，而大多數材質都可以誘發它纏繞並產生吸器。菟絲子有很重要的中藥用途。我們可利用防火巷的觀念，開闢60 公分以上的空白地阻隔其蔓莖向外擴展。

若Mn×n（s）表示在n×n 的正方形棋盤中，棋子總數為s；Vn×n×n（a1，a2，a3，…..，an ）表示在n×n×n 的正方體棋盤中，每層個數為a1，a2，a3，…..，an，且s=a1+a2+a3+…+an。本研究即在Mn×n（s）和Vn×n×n（a1，a2，a3，…..，an）中探討若要排成每行、列或高的棋子個數均為奇數時s 的變化情形、解答分析並找出其排列方法，最後才推廣到長方形 Mm×n（s）、長方體Vn×n×k（a1，a2，a3，…..，ak）。並以上面研究結果為根據設計遊戲。

我們先利用最基本的樹狀圖，可推導出許多奇妙的關係與規律，也知道了尤拉分割公式與三管的問題有極大的關聯性，使我們得到了三管的公式，但由於三管和四管的公式無法相通，因此我們將樹狀圖先簡化成數對形式，再轉成網狀圖，最後調整為階梯圖，不僅讓三管與四管有了關聯性，也讓我們猜測出五管以上可能為超立體的圖形，讓我們完整的結束了這個研究。

由於參加學校校內科學博物館解說，其中有一單元為『光合作用』，使我們回想到一年級的生物實驗也有相關的研究─「植物光合作用產物」，實驗並沒有成功，詢問過其他班級、老師實驗的結果後，發現也同樣不盡理想，於是就在老師的建議下展開了一連串有關的研究探討及改良實驗。為避免酒精隔水加熱的危險性，本研究小組以『電茶壺』加上『安全開關』來代替加熱裝置，使用上非常便利、安全。本研究結果發現，校園植物材料的選擇以嫩葉、少毛狀物、葉片較柔軟、角質層薄之葉片，如大理花、向日葵；日照長度以六天為主，選擇可直接照光的葉片。另外為節省藥品用量及減少環境污染，建議碘液用量濃度為 10?15％的稀碘液即可。本研究小組也建議，以密封袋裝染色後之葉片，效果良好，更可使用二次染色延長十字的定性效果，以作為長期保存之用。

緣起老師的示範演示－迴力鏢飛行演示（國中理化課本第一冊第六章），展開艱辛的路程。首先是迴力鏢投擲器的設計，利用蘆筍的特性使迴力鏢和投擲器分離是我們得意之作。利用投擲器，我們可以研究迴力鏢飛行軌跡和投擲力、旋轉速度、仰角、傾斜度、葉面弧度都有密切關係。為了解釋飛行軌跡的變化，我們著手設計風洞，以測出迴力鏢在飛行過程受力的變化。我們利用菜市場廢棄的方形保麗龍盒加上麵包店的生日蛋糕盒蓋，就組成了簡易而實用的風洞。這又是我們就地取材的傑作。利用風洞裝置我們可以測出抬昇力的大小和風洞、葉面弧度及旋轉速度都有著密切的關聯。最後我們利用風洞所得的數據，合理解釋飛行軌跡的變化。