第42屆--民國91年

在我們的這主題中，以單擺為主要研究對象，及探討其中在於我們所學之外，所無法經由更精確的運算，求出其運動方程式之解析解。但如何利用數值方法寫成計算程式，並藉以整理運用繪圖軟體，描繪其運動的模式之物理意義，便是我們此主題的重點所在，並且我們更深入於實際物理情況中，消耗力或摩擦力終將阻滯運動以迄振動不在發生。就我們而言一開始利用RK4 寫成Visual Basic 6.0 計算程式來解其運動方程得到等時距之角度及角速度，再藉由統整後使用Matlab 5.3 繪出我們想要的圖形－角度與時間，角速度與時間以及角速度與角度之相圖。所得的圖形中，也分為有或無阻尼，每項中又有不同的討論，如：在已知的任何一個初始狀態下，其擺動的情況當然也有互相之對照比較，最終得出精采且史無前例的成果：且將單擺作了完整且一般性的分析。

此作品乃針對車床手工具使用上的不便，設計製作出一組改良的手工具，經吾人驗證之後，發現此改良的手工具確實增進使用上的便利性。

上理化課實驗 14-1 製作電池時，發現燒杯中的電解液常被翻倒，弄得實驗桌上都是化學藥品；當時我想：如果電解液能由液態變成固態就好了！跟同學逛街時，發現路邊常常有人在賣果凍蠟燭，當時靈機一動：如果能夠將課本上的伏打電池改成果凍電池那該有多好呀！三年級學過：將不同活性大小的金屬以電解質隔開，則會產生電流。因此，隨手可得的鋁罐、鐵罐再回收利用，既環保又可創造能源的想法引起我們研究如何改良電池的興趣。在我們創造銅─鋁電池的過程中，注意到了前人從來沒有注意到的電極反應問題、反應生成物的檢驗方法、內電阻的計算方法、果凍電池、創意電池等，真可謂站在前人的巨大肩膀上。

本作品首先探討流浪狗於正ｍ邊形中，設定一些假設條件後，以尋找已知數值之間相關性的方式，看能否找出ｎ天後其移動的機率通式，並且證明，然後套入台東市區分割圖中，則當狗符合假設之條件時，便可輕易求出ｎ天後某點的狗數期望值或某狗的移動到某點的機率，還有尋找不同方法（如高三上第四章矩陣）套用以化簡計算，最後推廣至很多狗很多天及複雜地圖的情形，並嘗試實際測試結果是否相符。

台灣地區平均在一年中會產生一、兩個龍捲風，雖然其次數不多，然而龍捲風是短時間所生破壞程度最大的風暴系統。本實驗藉由模擬龍捲風的行程，探討其生成的因素。本實驗以『上方風扇』：模擬真實龍捲風的低壓中心，控制電壓的大小以影響氣流上升速率的快慢、『下方風扇』：模擬風切，控制電壓的大小與仰角以影響氣流的水平向、鉛直向大小、『口徑』：利用上方口徑大小以控制氣流鉛直方向上升速率與形成之暴風半徑大小、『高度』：利用高度的高低以控制氣流鉛直方向上升速率。結論：（１）上升範圍（口徑）越小，暴風半徑越小（２）上升氣流（上方風扇）越快，暴風半徑越小（３）風切（下方風扇）風速越大，暴風半徑越小（４）對流高度越低，暴風半徑越小

高溫是引擎、電器、機件、電路、管路加速劣化，縮短使用壽命的最大殺手。有鑒於汽車引擎高速、長時間運轉後，其溫度仍很高，引擎熄火後，引擎高溫無法散去將使得引擎室猶如烤箱，在如此高溫不通風的環境下，常導致許多線路及電器零件的加速劣化，縮短其使用壽命。例如：一般使用3~5 年後之車輛，經常會遇到引擎狀況雖然不錯，但總常會有引擎周圍電器、零件、線路、管路等，陸續出問題，而被迫進廠檢查維修，造成許多的不便及時間上、金錢上的損失。

山藥(Yam)自古以來即被開發利用，民以食為天，山藥具高生產量及富含營養與多種微量元素以及粘質多糖類，可供食用、藥用或保健用。山藥塊莖一般成分含約 16~17%澱粉、65~73%水分、粗蛋白質在 6~8%之間。胺基酸含量豐富尤以 arginine 量最高，並含有許多必需胺基酸，如 leucine、threonine、lysine；此外山藥中還有多種維生素(維生素 A、B1、B2、C 等)及微量元素。其中之特殊物質如膽鹼(choline)、尿囊素(allantoin)、粘物質(mucin)為其特殊黏性之主要來源。因黏質物的存在、山藥澱粉之分離操作受到妨礙，使得澱粉的回收率降低，因此山藥塊根之前並不被作為良好的澱粉製造原料，高澱粉飲料不僅不易被接受且色澤不佳。山藥中富含許多營養成分例如膽鹼、尿囊素、醣蛋白、甘露聚糖而且又富含許多人體必須胺機酸向來都被譽為『窮人的補品』。我們利用生食的方式來處理因為烹調會破壞食物的養分而且生食比熟食的營養成分還要能保存，本實驗室利用物理或化學的方式使山藥的黏度降低，增加澱粉去除率；再利用加酸隔夜靜置分離的技術達到分離澱粉的效果做為營養保健飲料；山藥黏質液在 PH 值 6 以下或 9 以上黏度降低，我們利用一些常見的有機酸例如檸檬酸、乳酸、醋酸的添加，使黏液質的 PH 值降到 3~4 的範圍，達到澱粉之分離；對生活緊張的現代人而言添加乳酸活菌會產生一些益生菌，益生菌的效用在緩和便秘的症狀，由於益生菌種會產生有機酸，促進腸胃蠕動，所以時常攝取益生菌對便秘患者有極大的好處。因為山藥在產季和非產季價格相差近 10 倍，所以我們將以冷凍乾燥將液體山藥研製成粉，研發出一種新的方法，能夠延長山藥產品的保存期限，增加其農業經濟價值。實驗結果證明 山藥黏質夜水溶液之黏性：在 PH 值 6~9 最大，因此隔夜靜置→自然發酵→過濾，調整 PH3~4 之分離澱粉效果最佳、加酸分離澱粉效果：檸檬酸、乳酸飲料(25%，10mins)或醋酸弱酸調整 PH 達到分離澱粉效果、糖度：山藥水解液糖度為 Brix 2~3 附合低熱量產品、褐變：打漿中加入 0.1~0.5%的檸檬(檸檬酸)可有效防止褐變。另外，水解液中因高溫及 PH 值變化會產生焦糖化反應。故採低溫為宜。根據官能品評之結果，山藥水解液為新開發之產品，在顏色、風味、鮮味、甜味方面等調配出最合宜的活菌健康飲料，具有發展性，為山藥的加工開創一新格局，更可發揮山藥中保健、機能成分之利用價值。本研究之目的分別以不同之水解條件處理，並進一步探討不同比例下所得之山藥水解液的特性及成分，希望找出最符合加工需求之低澱粉條件，進而開發出新興營養飲料，使山藥傳統之食用及利用方式更為多樣化。

稀子蕨﹙Manochosorum henryi Christ﹚是一種生長在台灣中海拔山區，是少數具有特殊生殖方式﹙不定芽﹚的蕨類。稀子蕨的生長環境相當潮濕且氣溫偏低，在東眼山具有相當大的族群分布。因此本實驗於 2001 年 7 月至 2002 年 6 月於東眼山深林遊樂區設置樣區進行稀子蕨兩種生殖方式的物候調查，並將孢子及生殖芽攜回實驗室培養及觀察。實驗結果顯示稀子蕨的孢子可發育為原葉體進行有性生殖，此外，它也可以在葉軸上長出生殖芽，兼行無性生殖。而無論在季節普遍性、發育成熟度和環境適應性上。不定芽繁殖都較孢子繁殖來的優勢。研究結果也得知稀子蕨對溼度相當敏感，於旱季時會有地區性滅絕之虞，但生殖芽的耐旱性似乎可化解此項危機。本研究結果除了可提供學理上之本土實證教材外，亦可作為延伸研究的基礎。

「水乞丐」就是俗稱的水蠆，牠是蜻蜓和豆娘稚蟲的通稱。目前有關水蠆的研究資料並不普遍。從研究中發現鳥松溼地公園共有 12 種不同的水蠆，利用人工飼養的方法可知道其完整的生活史。另外溼地的水位及其他環境因子與水生昆蟲的族群息息相關，本次研究想探討鳥松溼地公園各池中水位與水溫對水生昆蟲數量的影響，從研究中發現水位會對仰泳蟲數量造成影響，其中以水位４０?６０公分最適合仰泳蟲生存﹔水位對水蠆數量有正相關；水溫對水蠆也有影響，在 34℃以下，溫度越高數量越多；另外水蠆在羽化時非常怕光，若有光會延遲羽化，甚至不羽化。除鳥松溼地公園外，在其他不受污染且水流穩定的地方，如乾淨溪流、休耕的稻田、池塘都可發現水蠆的蹤跡。

將實驗室現有的器材及日常生活中可回收利用的材料，自製小型水耕容器來「了解鹽化的水質對農作物生長的影響」。自製長型凹型管可「模擬抽地下水致海水入侵的情形」。以側漏圓柱型水壓比較管及模擬地層實驗槽能「了解超抽地下水及過度人為開發導致地層下陷的情形」， 設計模擬沿海地區狂風下雨、海水倒灌的模型箱能「警示人為恣意破壞環境的惡果」，自製簡易太陽能蒸餾器及逆滲透裝置以「了解海水淡化的原理」。