全國中小學科展

第45屆--民國94年

螞蟻也討厭塞車?~探討螞蟻覓食的交通量分佈情形

我們在2004 年7 月號的牛頓雜誌裡,偶然看到螞蟻會分配牠們的交通量這個訊息,但卻沒有多加說明,於是我們決定深入研究。我們設計了較簡單但不影響實驗結果的裝置,在公園蟻窩旁及室內各選定一個放置位置,並確認三種不同種類的螞蟻後便開始進行觀察。我們先選擇了三個地點來觀察螞蟻的生態,再著手設計了適當的實驗,開始進行研究。實驗內容包括:探討吸管(通道)顏色、粗細、易達性對螞蟻覓食交通量分布的影響。持續兩個月的研究,每天定時到三個地方統計及記錄,發現螞蟻會大略遵循著一定的規則分配交通量,例如在一條通道過於擁擠時,螞蟻會大略平均分布在兩條通道中;另一方面,螞蟻會較集中於易達的路徑等。而我們也發現此次的實驗設計,很適合當「捕蟻器」來使用,這可再深入研究。

非油炸藥膳速食麵之研究開發

本研究利用台南縣農產品-牛蒡和胡蘿蔔來製造非油炸速食麵,以增加營養價值及農產利用,並輔以傳統藥膳食材-四物、四君子及八珍來做料理湯包,讓泡麵口味更多變且具養生功效。結果發現,非油炸麵的糊化方式,以蒸煮方式最佳;而糊化後的麵條乾燥,採用熱風乾燥、微波乾燥和熱風乾燥三種方式處理,其中以熱風乾燥方式表現最優。添加胡蘿蔔和牛蒡,會明顯改善麵身的外觀、色澤及風味;用傳統藥膳-四物、四君子及八珍當作湯頭的搭配,可將中藥材與日常膳食結合,以增加產品的美味及價值。本研究之非油炸藥膳速食麵確實能改善一般油炸速食麵營養不均、油脂太多、熱量太高的缺點。此外,不只在口感及咬感上較接近水煮麵條,同時在營養性、熱量及口味等方面也都有不錯表現。

微風吹吊橋

一則電視上〝鋼筋水泥吊橋被風吹垮〞的轉播報導,引發了我們的研究興趣,想要知道為何風作用在橋上,會引起橋面的振動扭轉? 風吹造成空氣的波動,為了瞭解波的現象,我們先觀察生活中常見的水波、聲波及繩波的振動。於是我們設計了(1)在池塘中丟石子,進而發展出水波槽實驗。(2)以提琴弓在金屬板邊緣拉奏,造成板面上細砂跳動而呈現各種克拉尼圖形。(3)以甩動童軍繩產生繩波,進一步製作鞦韆,觀察其受風力的運動情況。(4)最後,製作模型吊橋,以觀測受風中橋面的變化。 從實驗結果,我們歸納出無論在水面、金屬板面或橋面施力,造成的振動,藉由介質產生波的前進,波碰到阻擋會反射,與原來的波交疊形成不振動的「節點」。包括水波槽中形成的格狀波紋,及金屬板面細砂呈現的克拉尼圖形,都是振動、反射與節點交互作用的結果。至於風吹吊橋實驗中,我們發現頻率與角度是影響橋面振動的關鍵因素。雖然我們的吊橋實驗無法驗證橋的斷裂,但的確觀察到(1)間歇來回的風比持續風容易造成受風橋面的扭曲晃動。(2)45度風向比垂直風向更容易引起橋面的晃動。(3)減少同頻率的振動,可降低橋面斷裂的危險。

「蛹」「帶」生命

昆蟲通常是環境最好的偵測器,今年3 月22 日上午9:30 在雲林林內約有60 萬隻紫斑蝶從觸口飛越過中山二高,歷時4 小時後才慢慢消失在八卦山區。這個享譽國際的紫斑蝶遷移群對我們來說是代表檢驗台灣環境健康的一個正面指標。一年來,我們飼養了大白斑蝶、紅珠鳳蝶、大鳳蝶、黑鳳碟、玉帶鳳蝶,觀察其生活史,並改良拍攝方法,利用數位攝影將蝴蝶各時期的微妙演化拍攝下來做成完整紀錄,包含了幼蟲孵化出來吃第一頓餐、幼蟲結絲墊準備結蛹、來回吐絲約15 次才完成絲帶的固著、然後脫殼成蛹、羽化成蝶等過程。更發現帶蛹似乎都會近似某種特定角度在樹枝上結蛹,而查閱文獻都沒有相關的研究。從自然界的觀察與測量發現多數帶蛹的蛹身與絲帶夾角均為90°、蛹身頭部常與地面平行的機率頗高,而且蝶蛹與樹枝的夾角大多介於20°~40°。於是自行設計測量器材進一步驗證:當蝶蛹與樹枝夾角為30°、蛹身與絲帶夾角為90°時絲帶的張力最小,和野外統計的結果不謀而合,而蝶蛹巧妙地運用此一原理來度過12 天至4 月不等的蛹期。我們再以物理方法尋找帶蛹的重心位置約在中央部位,絲帶張力約為蛹身重量的80%。不禁令人讚嘆大自然的奧妙!

鉤盲蛇(Ramphotyphlops braminus)行為探奇

我們抓到鉤盲蛇後(R. braminus),我們開始對這種小生物產生好奇,所以先後做出鉤盲蛇(R. braminus)對周圍環境的熱源、光源、溼度、壓迫感、食性及生殖等實驗,我們也模擬出鉤盲蛇(R. braminus)的生活環境。而藉著這次的實驗,我們得到了,鉤盲蛇(R. braminus)喜好生活在濕度高、壓力大、陰暗、富含腐殖土、落葉、枯木等可隱身的地方,且在進行隔光、隔熱、驅敵、壓迫力等實驗時實,探討出鉤盲蛇(R. braminus)為負趨光性、正趨溫性;會以尾部尖端刺擊敵人,並排出排泄物藉以驅敵;在吃白蟻時,牠們會先將獵物纏死或壓死,再將白蟻捲入口內加以吞食;且鉤盲蛇(R. braminus)的泄殖腔與其他雌蛇的泄殖腔大小較相似,證明了鉤盲蛇(R. braminus)為孤雌生殖。。

大指蝦蛄的行為觀察研究

「大指蝦蛄」為夜行性動物,喜歡躲於洞穴中,故具有背光性與向觸性,牠的地域觀念很強,不會任意離開居所。「大指蝦蛄」在有居所、體型差距越大、晚間、饑餓、黑暗、小空間等情境下,其打鬥與爭奪居所行為會較強,而且打鬥行為強弱與爭奪居所成敗,具有高度相關性。

猜不透我的心──探討影響颱風路徑的原因,及不同颱風路徑造成的災害

本報告主要研究不同變因對西太平洋颱風移動路徑之影響,方法為使用旋轉圓錐盤來模擬高壓風場,以BB 彈射入盤內時,BB 彈的下滑力和離心力平衡後,其移動的路徑,模擬颱風進入副熱帶高壓後的路徑變化。實驗結果發現,模擬高壓越強,模擬颱風越不易被快速拋出,且較強模擬高壓橫移時,模擬颱風的路徑也隨之偏轉。對照實際情況,發現高壓越強,颱風較不易被拋出,而順著高壓西側北上,有些更因高壓移動,路徑隨之偏移而接近台灣。實驗發現颱風不會被高壓直接向外推出,主因是摩擦力較小時,氣壓梯度力和科氏力平衡,形成幾乎平行等壓線的駛流風場帶動颱風移動。另外,侵台颱風路徑不是造成全面降雨的主因,明顯外圍環流及颱風眼對全面降雨的效果更強。

紫外線,不要抹黑我

炎炎夏日,防曬聖品又紛紛出籠了。但是,這些產品是否具有隔絕紫外線的能力,而可以達到遮陽防曬的效果呢?本實驗即針對此一主題進行深入探討。 我們的研究大致分為二部分:(1)以問卷調查方式了解台灣女性對防曬的需求情形(2)以E.coli存活率來表現不同防曬方法的效果。 在實驗部分,我們採用原核生物界的生物—E.coli(大腸桿菌)作為實驗的對象,它具有簡單、方便操作的優點,且此物種的細胞較不複雜,方便我們在實驗操作進行時能夠控制週遭環境以及各種變因的調適。 實驗結果我們發現:物理性防曬法普遍較化學性防曬法更有效果;而在市售具有PA值的化學性防曬產品中,其抵擋UVA的功效也有許多差異。另外,我們也測試了珍珠粉、蜜粉與奈米級TiO2對UVA的遮蔽功效。而由於照射到地表的紫外線以UVA為主,故我們的實驗皆針對UVA作探討,未針對UVB做研究。

空氣維他命(負離子)與電磁波之探討

本研究分成二部份。第一部份探討負離子,結果發現不同環境下正、負離子含量有很大差異,且負離子對植物及除煙均有正面效果。第二部份研究電磁波,我們測出了(1)各種電器在不同距離的電磁波強度,進而瞭解其安全範圍。(2)電磁波不利於綠豆生長。(3)手機電磁波實驗測出鋁箔紙、隔熱紙及備長炭布可有效隔絕電磁波50%以上,且隔絕物與電磁波偵測器的距離越大隔絕效果越佳。

「酵」一笑,農藥便知道-利用微型裝置,配合酵素進行蔬菜中殘留農藥的檢測

資料顯示:台灣農藥平均年使用量為3.8萬噸,而且有逐年增高的趨勢;換言之,台灣人每人每年吃下約1.65公斤的農藥!我們真的吃下那麼多農藥嗎?有機蔬菜真的皆不含農藥嗎?一般常用的清洗方法真的可以有效地去除農藥嗎?是否有較為簡便的方法能夠檢測農藥的殘留呢?於是我們展開了下列一連串的研究。