全國中小學科展

第48屆--民國97年

海洋中漂渺不定的旅行者-漂沙

海岸周遭的變化隨著日月星辰的徒行而改變著,海灘上的波浪與沙子也隨之受到改變,在不同的速率侵蝕堆積下,產生了不少的新生地,同時也可能造就新的海岸風貌、無論是人為或是自然而生成,都對人類的活動產生些不同的影響。本實驗使用了大型的玻璃水槽,在其中放置沙子,改變其擺設角度,或是進一步的控制其中之水量,使用自製貣波器,讓沙子在水中模擬海岸的變化,觀察其中漂沙的演變以及模擬新生地形成之初的演變過程。然而,新生地的形成範圍之廣,海岸工程也不免是門浩大的學問,自然與人為各有其利弊,在只有一個地球與有限的沙灘土地上,種種的可能性有待我們去探討與深入研究,所謂世界景觀無奇不有,但這也要有心人去發現才得以窺知全貌。

利用RNAi干擾蛋白表現提升綠藻產生氫效率之研究

藻類產生氫氣的目的是為了彌補不能順利進行光合作用產生ATP與NADPH所產生之代償反應,負責催化氫氣製造的是產氫酵素(hydrogenase),它必頇在無氧的狀態時才有活性。我們利用RNAi的方法干擾葉綠體中光系統II(PSII)的蛋白表現,進而抑制PSII。當PSII之作用受到抑制,隨即面臨因缺少電子而無法順利產生ATP與NADPH,造成呼吸作用速率提高。一段時間之後,水中的溶氧被消耗殆盡,產氫酵素會利用得自PSI的電子,將氫離子還原成氫氣,並釋出綠藻體外。本研究利用RNAi干擾小球藻(Chlorella)D1蛋白表現,結果已篩選出2株轉殖株,其PSⅡ光系統中的D1蛋白表現呈現較低活性,而且其光合作用活性較野生株小,預期轉殖株應能產生氫氣。

弧弧相切-多邊形內相切弧的探討

在△ABC 中,以C 點為圓心,C 至BC邊上一點P1的長為半徑畫弧,交CA邊上的Q1點,接著以A 點為圓心,AQ1 為半徑畫弧到達AB邊上的R1點,然後以B 點為圓心,BR1為半徑的畫弧達到BC邊上的P2 點,依這樣的規律進行下去,在BC邊上會產生點P1,P2, P3,…。本文探討上述圖形中起始半徑CP1、數列P(由CP1、CP2、CP3、…、CPn 的長度組成)及弧弧相切的關係,並類推至多邊形,結果顯示:雖然數列P在奇數多邊形及偶數多邊形中,皆有形成公差為零之等差數列的狀況,但是發生條件相當不同,在奇數多邊形中,與「起始半徑CP1值」有關,但在偶數多邊形中,僅與「邊長」有關;弧弧相切的況狀在奇數多邊形中,一定會發生,而在偶數多邊形時,只有當『奇數邊的和=偶數的和』時,才會有弧弧相切的現象產生。

生生不息--生質產氫發電

本研究中,我們利用厭氧產氫菌分解有機質,由過程中找出厭氧產氫菌醱酵產氫最佳環境因子,再於攪拌式反應器中添加活性炭粉進行連續式醱酵產氫實驗。在一系列的研究下,最終找到最佳環境因子醱酵產氫,分別為污水處理場污泥、培養溫度40℃、攪拌速率150?rpm、蔗糖為基質碳源濃度為30000?mg?COD/L、pH?值維持在pH=6.0,為最有利於厭氧產氫菌進行產氫。而於攪拌式反應器內添加活性炭粉,將有助於液態產氫污泥凝聚成顆粒污泥,而本研究於HRT=1?h時,產氫速率可提高到7.03?L/h/L,相當於每日每公升反應器可產生168?L的?H2,最後產生的氫氣結合氫氣純化裝置與燃料電池後,產生電壓最大可達3?V,已成功讓1.5?V?燈泡發亮、電風扇轉動與進行水的電解實驗。希望本研究將進一步應用在澱粉或纖維素醱酵產氫,以分解自然界許多過剩的廢棄物質,成為一種潔淨環保再生的未來能源。

「蕨」處逢生─水蕨的外部形態、內部構造與不定芽的形成

水蕨在三種水深(20、38、48cm)有三種形態─挺水型、沉水型與浮水型,浮水型一般文\r 獻鮮少提起。本實驗比較三種異型葉形態構造的差異,並探討沉水型植株在38、48cm 兩種\r 水族缸中的生長方式、浮水型植株的形成與不定芽生長方式。實驗結果發現,挺水型與沉水\r 型在外形與構造上有差異,挺水型葉片厚、顏色深、葉綠素含量與澱粉含量較多;氣孔密度\r 上也有相當的差異,有助於適應水上與水中的環境。挺水型浸入水中可長成沉水型,沉水型\r 上的不定芽長成幼株與母株脫離後,會漂浮在水面上成為浮水型,以爭取更多光線,有利於\r 生存空間的擴展。浮水型同一植株可以長出兩種葉型-挺水葉和沉水葉,兩者葉形態類似沉\r 水型,但氣孔分佈卻有差異,應是浮水型植株較佳的生長策略。\r 由挺水轉變為沉水環境或葉柄受損時,不定芽會開始生長,以增加繁殖機會。

神奇漂白機

由一次通電的觀察實驗中發現到鹽水在通電後會出現氣泡,進而衍生接續的電解食鹽水實驗。作品的各個實驗不斷尋求電解時電極的材質、距離、電壓的大小、食鹽水濃度、多寡的最佳狀態,俾使實驗對漂白作用的證實,進而完成基本漂白機的製作。實驗中闡述科學的學理驗證,並朝應用方向邁進!

遇熱則發!

為了不辜負太陽光的美意,也為了讓地球能增能減碳,更為了綠色能源(太陽能發電)可以落實到台灣的每一個地方,我們結合了太陽熱動力、煙囪效應、凸透鏡聚熱與風力發電技術,設計製作了一個「小而熱」的小型太陽能發電器、這個裝置只要有陽光就能發電,而且是愈熱愈發的太陽能發電裝置,同時也能將電能轉成化學能儲存到電池,使沒有陽光時也有電可用。

「螺」生門~翻轉螺的生態與生活習性探討

螺,生長在水中,是平常生活裡十分常見的生物。以淡水螺類來說,水田、溝渠、池坑、\r 埤塘、溪流…等水域,都能見到牠們的蹤影。只是,一般螺類體型不大、不太起眼,因此除\r 了影響農作物的負面消息報導之外,很少受到關心和注意。\r 近來,水資源的珍惜與水域環境、水質維護逐漸受到重視,我們也開始注意校園水域的\r 生態與水質污染問題。在這個過程中,老師曾提到有一種被稱為「翻轉螺」的生物,對水質\r 的污染具有察覺性,可作為水域環境變化的指標性生物。因此,我們想研究這種螺,觀察牠\r 與溪流裡其它螺類的差異性在哪?身體構造及生殖方式有什麼不同。同時,研究牠在校園中、\r 水塘、溪流的生活型態、覓食行為。另一方面,探討翻轉螺對光線、溫度、顏色的反應。此\r 外,我們以所學到的水溶液酸鹼性單元來檢測牠對於酸鹼、鹽等溶液的耐受範圍以及對環境\r 變化的反應,期望在這些觀察研究中能發現牠的生態特徵,以及能提供的環境資訊。經過老\r 師的熱心指導,同學們間的努力不懈,在這一系列的實驗中發現許多有趣的現象及寶貴的知\r 識喔!

以B-V色指數圖探討球狀星團中的紅群聚

在蒐集網路上的資料時,我們在球狀星團中觀察到了一種稱為紅群聚(redclump)的恆星,此類恆星在天文領域中為一個較新的研究題材,我們透過以下的幾個方法,進一步探討紅群聚:一、製作B-V色指數圖並分析球狀星團中的紅群聚。二、計算紅群聚在水帄分支中的數量百分比,與星團年齡做比較。三、觀察紅群聚與轉折點的亮度差,與星團年齡做比較。經過研究分析之後發現:一、星團年齡與紅群聚在水帄分之中所佔百分比成反向關係。二、球狀星團中,紅群聚和轉折點之間的亮度差與年齡呈現反向關係,與疏散星團相反。

大有「旋機」—透過旋轉式機制重新探討機翼升力

在本實驗中,我們將測量升力常見的「懸吊式」裝置改良為「旋轉式」裝置,透過馬達轉動,會產生電力的原理延伸:以馬達為主體,並將機翼接於馬達上,此時產生的電流大小,即定義為機翼升力大小。並配合月曆紙與珍珠板所製作的環保風洞,測量不同長、寬及弧高位置的機翼,更透過雙腳釘更進一步的測量前、後掠式的機翼升力,也另外探討了表面材質對機翼升力的影響。