第45屆--民國94年

蜘蛛絲為蜘蛛用來捕食的利器，因此蜘蛛絲所具有許多特殊的性質。不同種的蜘蛛利用蜘蛛絲來捕食的方式也不同。本研究利用最常見的水分及溫度這兩種環境因子，來測試若蜘蛛絲在野外中經歷下雨或溫度的改變，是否會對其張力產生改變而影響其捕食。結果顯示水分對結圓網人面蜘蛛蜘蛛絲張力有很大的影響，而對於結立體網的泉字雲斑蜘雖然也很大，但似乎比人面蜘蛛小了一些，而溫度則對於兩種蜘蛛皆沒有影響。例外利用reverse-phase HPLC得到人面蜘蛛之胺基酸組成，其中成分最多的分別為甘胺酸（Glycine），丙胺酸（Alanine），麩胺酸（Glutamine），脯胺酸（Proline）及絲胺酸（Serine），這五種胺基酸就佔了85%，這些胺基酸可能使得絲具有特殊的結構而反應在蜘蛛絲的張力上。

依據我們現在所讀的國中自然與生活科技教材內容「氧氣製造及反應速率」，研發出一個緊急供給氧氣的裝置，來幫助逃生。透過不同氧氣製造的實驗，利用排水集氣法量測產生氧氣的流量，尋找最快速產生氧氣的方法。依據實驗結果，我們發現利用雙氧水加二氧化錳做催化劑，所得到氧氣的成效最好。因二氧化錳在一般家庭中不易取得，我們又從實驗中發現從冰箱中容易取得的紅蘿蔔丁做為催化劑，也可以快速的產生氧氣。又經稀釋水質與容器材料的測試，最後我們依照上述有利條件，組裝了一個可隨身攜帶的簡易氧氣製造裝備，當緊急需要氧氣時，隨時可以派上用場。

近年來環境溫度日漸升高，民眾日常生活及工商產業活動，都需要借助空調裝置來調節溫、濕度，建設能使身心舒暢的生活環境及提升工作效率創造最佳生產力的工作環境。台灣地區建築物基於節約能源考量都設計成高氣密性，將室內外因空氣洩漏或滲透所造成的空調負荷增加量減至最低程度，但為了維持良好的室內空氣品質，必需引入適量的新鮮外氣，而引進新鮮外氣會造成空調負荷增加，導至能源費用增加，如果能將引進之外氣先做預冷處理，則可以減少空調機負荷。高樓建築須有地下層，而每一地下樓層均建有地下儲水槽儲存地表滲入的水份，當滲入的水到達某液位時必須以抽水機排出丟棄。如果能將此即將排出之廢棄水之冷能回收用來作為引入外氣時之預冷用，則可在耗費最少能源下達到將外氣溫、濕度降低之目的，如此可減少空調設備耗能，更可以創造舒適之場所。開放空間引進已降溫減濕的外氣可以提供清新、低溫之送風，改善悶熱不舒服的空間空氣品質。

當數學課上到數形關係時，想起之前偶然看到的一個遊戲，便向老師請教是否與所學的單元有關，老師也覺得頗有趣，於是我們找了幾位志同道合的夥伴研究討論。該遊戲的規則是這樣的：將點數為１～１０的１０張撲克牌疊成一疊（背面朝上），翻開第一張為數字１，第二張放到最底下，翻開第三張數字為２，第四章在放到最底層下，依此類推，使得撲克牌出現的順序依序為１～１０。餵了找到如何排列能使撲克牌出現順序合於上述規則，於是展開我們的研究，結果發現此１０張撲克牌的排列順序隱含著某些規律且可延伸至更多張的數字牌，此外，更能進一步的推出某個位置該放何數字或某數字該放置於何位置的規律。

給定一個有n 個頂點的簡單圖 G ，將頂點標號為1,2,…n；考慮任意相鄰的兩頂點標號和中最大值的最小值，稱此極值發生時的標號為圖G 的擁擠標號。在這個研究中，我們得出方格表、m× n × l 長方體、環狀圖、圓柱圖及樹圖的擁擠標號和其極值的通式，並討論相關的問題。

將大小不同的顆粒放入容器中，一般而言經過搖動後大顆粒會浮出，我們發現上寬下窄的容器經上下搖動，大顆粒則會下降。而當浮出物顆粒較大、密度較小時，浮出速率較快。將米和沙分佈在一個長條軌道上，左右搖動，會出現一節一節的分離現象，每ㄧ節中的排列則是細沙在中間，粗沙在其兩側，米粒分佈在最外層，整體像疏密波一樣，也是顆粒對流作用的結果，且依搖動的振幅不同，所產生的節數也有所不同。

本研究主要針對蝴蝶之飛行進行探討，研究中主要探討蝴蝶翅膀形狀、身體重量、翅膀面積、展弦比、拍翅頻率、環境溫度及溼度對飛行速率之影響，並利用自製之風洞裝置，觀察蝴蝶之拍翅動作，分析通過蝴蝶模型之氣流方向及相關力量。 研究結果顯示：紋白蝶展翅約4.5~5 cm，平均展弦比(AR)為1.71 ± 0.12，身體重量約為 0.06 ± 0.02 g，翅膀面積約0.0012 ± 0.0003 m2，當紋白蝶身體重量愈重，則翅膀面積亦愈大。另外，紋白蝶展弦比愈小、身體重量愈重或翅膀面積愈大，則飛行速度亦愈快。23℃時，紋白蝶飛行速率為1.01±0.24 m/s，當環境溫度愈高(5、16、23℃)，則飛行速度亦愈快。風洞實驗發現：蝴蝶拍翅時，前、後翅連接在一起，而形成一作用單位。翅膀上下運動時，翅能在縱軸上扭轉，在高舉及下拍時產生傾斜之現象，類似推進器扇葉之機制。蝴蝶拍翅時，可在翅上方及前方產生低壓帶，在後方產生高壓帶，以利蝴蝶向前方飛行。另外，翅緣彎曲角度愈大，蝴蝶模型之上升高度亦愈高，當彎曲角度60°時，蝴蝶模型之上升高度最高(2.2±0.1cm)。

若以每年三十萬嬰兒出生來計算，紙尿布一年的使用量高達上億片，再加上成人紙尿布及女性生理用品，為這些產品，目前每年要生產約九億公斤的聚丙烯酸。交錯連結成網狀的聚丙烯酸鏈具有強大的親水性，它可以吸收等於本身重量800 倍的蒸餾水，為了避免吸水之後不回滲，科學家們將此高分子物質製成小圓球，並將鹽巴包在其中，此高分子本身是一種半透膜，水易進不易出，同時內部鹽水濃度高於外面，也可以避免水份滲透出去。問題在於，這巨量極穩定物質，最後都被拋棄於垃圾掩埋場裡。這種拋棄式又不易被分解的消耗品，在環保替代品量產前，若能得以再利用，應能為地球的生態環境貢獻一份心力。本實驗利用切碎紙尿布當介質使綠豆發芽，證實紙尿布成份對植物生長應該沒有不好的影響；並驗證出將紙尿布切碎混入泥炭土中，能有效延長鐵線蕨及圓幣草之澆水時間間隔；最後找出最適合鐵線蕨與圓幣草的泥炭土尿布比，分別是3:1 及1:3。

從古至今，天文知識大多都是透過肉眼觀測，但畢竟肉眼所見的範圍有限，可視星等不高，直到天文望遠鏡的發明，將人們的視野拉的更遠的星體，然而對於較暗的天體或較暗的星體還是有觀測的極限，另一方面也無法詳實的紀錄。直到發明了攝影技術，人們才有機會把一些天上肉眼難以分辨或看不見的天體拍攝紀錄下來。當攝影科技進入到CCD 的時代，拍攝一張天文照片已經不需要再花費大量的時間和體力，就可以記錄天文的現象。主要是CCD 的感光效應比傳統底片來的好，感光的時間也不需要太長就可以有相同的影像呈現，且可以直接以電子檔來儲存和分享，這些都是傳統底片所比不上的。然而天文攝影用的CCD 攝影機十分的昂貴，往往動輒數萬塊。所以我們嘗試的使用Webcam 的CCD 來改裝成可以用來拍攝天文照片的攝影機，驚覺效果可以媲美天文用的CCD 攝影機，而且價格低廉，只需自行改裝，不需要花大錢也可以做出一台屬於自己的Webcam CCD 天文攝影機。本系統主要的目的是修改Webcam使其能夠進行長時間曝光的功用，並套用於短焦的相機鏡頭做攝影機，利用網際網路遠距控制赤道儀上調整赤經、赤緯座標，將攝影機定在固定的天域位置來進行拍攝。藉由拍攝的天體或星體照片，供做後續的研究及分析，主要可應用於小行星、彗星及暗星體的觀測、發現及研究，甚至模擬超新星的發現。

自製指示劑的顏色變化是很有趣的單元，從課本提到的紫色高麗菜延伸，使否所有深色的植物都可以拿來當作指示劑使用呢？我們以紅色玫瑰花、紫色高麗菜、黑豆、美人蕉、茄子以及洋紅劍蘭為材料進行實驗，發現深色並非指示劑的必要條件，因為美人蕉和茄子的效果就不是很好，紀錄如下：(一)真對成本與經濟性：其排名的順序是黑豆、紫色高麗菜、葡萄、劍蘭、玫瑰、茄子。(二)真 對顏色變化鮮豔程度：由鮮豔至變化不明顯依序為紫色高麗菜、葡萄、黑豆、玫瑰、劍蘭、茄子。(三)由製作方式由簡而繁區分：黑豆、玫瑰、劍蘭、紫色高麗菜、茄子、葡萄。(四)色層變化豐富方面：顏色變化由多至少排名依序為紫色高麗菜(11色)、葡萄(8色)、黑豆(7色)、劍蘭(7色)、茄子(2色)。因此我們知道自製指示劑做成的溶液在檢測酸鹼上，確實比石蕊試紙、廣用試紙的取得更簡單經濟、方便且實用，從這次的實驗得到的經驗是，周遭的許多材料只要經過巧思，將其開發利用，都可以發現他們的另類妙用。