全國中小學科展

第48屆--民國97年

再談平面分割問題以及探討尤拉定理在平面上的推廣

猶記得寒假上數學輔導課的時候,教師拿著正多面體要我們學習立體幾何的學問,並且探討尤拉定理,於是我就突發奇想,如果我們將此凸多面體以「平面」的眼光來看待時,立體空間的邊長就變成了平面的分割直線,那麼尤拉定理是否仍適用於平面圖形呢?或是有所改變呢?這個問題引起我研究平面分割的相關問題的動機。其實「研究n條直線可以將一平面分割成多少區域」這個主題在以前有很多人研究過,而我想推廣為更多圖形分割平面的相關問題,看看是否能由尤拉定理推導出相關理論出來。

平行光反射後形成焦線的研究

學校的教材中都只提到凹面鏡有焦點,但都沒有提到何種凹面鏡才會匯聚於焦點。但經過本研究後,我們發現其實光射入很多曲面後,除了拋物線外,並不會匯聚在一個焦點而是會匯聚成一條焦線。本研究藉由數學計算來推導出平行光射入幾種中不同的二次曲線後,形成的焦線之參數式。之後再藉由電腦繪出焦線的圖形,並加以討論。最後,將之前的推導出的二次曲線的焦線,加以推廣,討論若平行光射入由該二次曲線垂直堆疊所形成的曲柱面後,會匯聚成怎麼樣的曲面。

利用二氧化鈦降解膠原蛋白的探討

本實驗使用奈米級二氧化鈦能經紫外線催化,分解空氣中的水分子產生自由基,攻擊膠原蛋白鍵結的部份,使膠原蛋白的分子量成功的從300000減少至少到20000以下。其次,利用紫外線波長或酸鹼值的變因之下,控制降解出來的分子量大小。利用此法可在4個小時內得到很好的降解效果,不僅可以節省反應所需的時間,所需的成本也比當今所使用的酵素降解法來得低。其次,檢測降解完後膠原蛋白的活性,發現只要不照光超過2小時,膠原蛋白所剩的活性還不錯。如此一來,就可以利用此法快速的製造出有用的膠原蛋白了。

傑利鼠的健身房─規律運動對小鼠的生長與學習記憶的影響

本研究主要目的在:證明長時間的規律運動能讓小鼠變「聰明」。具體目的如下:\r 1.了解長期規律運動對小鼠生長情形的影響。\r 2.了解長期規律運動對小鼠學習走迷宮能力的影響。\r 本研究採用小動物實驗法。先將小鼠隨機分組飼養,接著實施前測;依前測成績「S\r 型」分組。再先後實施「自主運動」和「強迫規律運動」,期間配合二十次的後測迷宮練習,\r 最後實施後測。\r 經由分析結果,獲得以下結論和建議:\r 一、結論部分\r 1.規律運動對小鼠生長情形有影響:\r (1)能調整吃食狀況,使趨於正常值;\r (2)喝水量的影響不如室溫明顯\r (3)能減輕並穩定體重。\r 2.規律運動對小鼠走迷宮的能力有影響:\r (1)能提升小鼠動作敏捷度;\r (2)能增強小鼠長期記憶力。\r 二、建議部分有:1.飼養小白鼠部分;2.後續研究部分。\r 三、結論的應用部分:\r 1.父母師長應幫助小朋友培養長期規律運動的好習慣\r 2..小朋友也應該自己主動接觸不同的運動項目或社團。

去「污」存「淨」—土壤菌抗銅離子機制之探討

有的細菌能將金屬離子吸附在表面,或將之轉為其他物質。故可以利用細菌去除環境污染及降低危害。以設計的篩菌流程,並利用螢光胜?偵測菌液中銅離子是否減少,本實驗成功地從銅污染地中篩出能處理銅離子的細菌。當銅離子濃度由0.1mM增至10mM時,細菌生長量逐漸減少,甚至停止繁殖。對於處理銅離子能力而言,有的菌株在0.1mM時,處理效果不佳,卻在極端高濃度下,有較強的處理能力。另一菌株在0.1mM、1mM環境下處理效果較好,然而在10mM時,處理能力不佳。經由傳統細菌鑑定與16srRNA的交互比對,篩出的菌種可能為Bacillusfusiformis、Bacillussphaericus或BacillusMacroides。希望能模式化實驗步驟及方法,未來擴及至找尋能處理汞、鉛、鉻等污染的細菌。

探討變星VZCnc的亮度變化

本研究在觀測前根據GCVS(GeneralCatalogueofVariableStars、俄羅斯大學變星資料庫)找尋適合的目標,我們考量星體的光度變化、週期及適合觀測的時間、方位,經篩選後,再從可能之目標中選定此次觀測目標:VZCnc,並且擬定計畫,以利於觀測及拍攝的進行。使用TheSky6軟體找尋VZCnc附近星體分佈的情況,以供分析使用。我們使用CCD(ChargeCoupleDevice、電荷耦合裝置)拍攝,以V濾鏡拍攝三天共一千零七十八張影像,加以整理及刪除不適合者,再進行疊圖使繪出的圖有較高的準確性,並根據光變曲線圖加以分析其變化範圍、週期,和手邊擁有他人的觀測資料對照,充分了解其亮度變化的情形。

玻璃風爆

颱風天時,許多人在玻璃上貼膠帶,想防止玻璃被風吹破。但在玻璃上貼膠帶是否能增加玻璃的抗壓性,且貼哪種字型、哪種材質的膠帶所產生的效果較佳,眾說紛紜,因此我們自製加壓箱,並藉由壓力計及空氣壓縮機等器材,測量不同情形下玻璃抗壓性的變化。我們發現玻璃是由中心附近向外輻射破裂,且貼膠帶後確實能增加玻璃抗壓性,當膠帶貼到玻璃中心或四邊,增強效果都不錯。彈性較佳的布紋封箱膠帶所造成的效果比透明、紙封箱膠帶好。將實驗數據與各級風壓進行比較,顯示就算玻璃不貼膠帶,也可抵擋台灣歷年來最強颱風所產生的風壓,更別說是玻璃貼上膠帶了。但以上結果只適用於我們實驗用的玻璃,當玻璃大小、厚度、材質等不同時,則結果需作調整。

光風車性質之相關研究

本研究是關於俗稱「光風車」的葉輪輻射計之一些基本性質,經過討論後,我們決定對其幾個可能變因做實驗測試,處理測量所得數據整理於下內文中,並做結論於末。關於實驗測量部份,我們探討使其轉動之主要原理,並討論其於相同環境下改變測試變因是否影響轉速,藉此研究其確實之影響變因,並探討是否能將其作為某些應用。

河清難俟—奈米磁性顆粒加速明礬沈降的大發現

明礬用於自來水淨化已是行之有年的做法,其限制在於膠狀沉澱沉降的速度太慢,倘若能改善沉降速率,將對淨水程序有莫大助益。奈米尺度大小的材料是當下最熱門的議題,它的應用也蘊藏著許多潛力,一般奈米材料利用的是表面積效應和體積效應。我們在參考資料的幫助下做出有磁性的奈米級顆粒,在Al(OH)3\r 的膠狀沉澱內加入此磁性顆粒,可由外加磁場加速沉澱。我們的願景是希望使之加速沉降或使沉降過後的水更乾淨。改變奈米級顆粒的製作方法和使用方法,提高效率和降低成本,找出幫助沉降最有利之條件。

來電吧!推動未來氫能源

將水電解產生氫氣,可以供給至燃料電池,如此可將「水」看成是未經轉化的燃料,而只要不停的供給燃料給電池,就可不斷的產生電力。本實驗想利用再生能源即太陽能及使用日常生活中容易找到的水果與水溶液搭配金屬後產生的電力,希望能做到將水電解產生氫氣的目的。經由各種電極材料測試選擇後,利用三用電錶測量水果與水溶液製成電池之電壓與電流。系統化地測量後,找出其中效能最佳的電池組,再將水電解產生氫氣。透過實驗找出自製電池的最佳做法、選擇適合的電池材料包括水溶液和正、負極材料的各種組合。本實驗發現:(一)電池電壓的大小隨電極材料而改變、(二)電池電流量的大小與電極深度、距離、水溶液種類有關係、(三)電池串聯時,電壓能增強、(四)紅銅加鎂及紅銅加鋅的電壓值最大、(五)運用不同的能源,將水電解產生氫氣,再讓「燃料電池」運作的目的是可行的。