第49屆--民國98年

本研究之目的，乃在探討不同基質及環境溫度對沼氣生產之影響。共分成四個試驗，分別探討不同家畜糞便基質、不同發酵溫度、不同基質濃度、畜舍於冬、夏季不同清洗管理對沼氣生產之影響，四個試驗均採二重複進行。試驗結果顯示，家畜之糞尿碳氮（C：N）比會影響沼氣之生產量。中溫發酵產氣率隨溫度的升高而增加，高溫發酵比中溫發酵顯著提高產氣率。沼氣之產量會與基質濃度成正比。冬季單位時間產沼氣量小，糞尿基質濃度較高，流量小滯留期較長，總沼氣產較高；夏季單位時間產沼氣量大，糞尿基質濃度較低，流量大滯留期較短，總沼氣產較低。

與肥皂泡膜相關的科學現象與研究很多，本研究主要目的在探討影響肥皂膜波速的因素。實驗以振動產生器連接一光碟盒，在光碟盒上固定一圓形框，圓形框上附著一片圓形肥皂膜，由電腦軟體透過介面及功率放大器來驅動。為提高準確度，設計了二維游標尺裝置、橫向定位裝置來進行測量。並配合高速閃光燈進行仔細的觀察與紀錄。實驗結果發現波速會隨著頻率而變，得出了一個經驗公式v=62.5×f0.3，此關係不受膜的厚度、振幅、面積、成分比影響。且愈接近圓心處的波速愈快，而波腹的振幅也是愈接近圓心愈大。

在螢光棒中，裝有苯基草酸酯、染料和一根密封的玻璃管。在玻璃管內有氧化劑過氧化氫和鄰苯二甲酸酯，兩者共溶於溶劑內。若將玻璃管折斷，玻璃管內外的溶液就會產生化學反應而發出螢光。我們在實驗中發現添加一些含氮的化學物質可使螢光棒的發光時間和亮度發生改變，而當時添加三聚氰胺的毒奶製品新聞正是大家所矚目時，我們就突發奇想，在螢光液中添加三聚氰胺，是否應該也會改變發光的時間及亮度，說不定可以當成檢測三聚氰胺的方法，於是我們就開始著手這個實驗。

為了贏得賽車比賽我們進行了此次的研究，我們得到一些向量運算的規則，並學會必需對每個賽道先拆成幾個小段分析賽道的特性，再利用其特性決定採取的策略。我們的推論並證明：能夠搶到有利的出發點、先加速彎進並進入最靠近轉彎點轉彎、以及在最後加速時搶到有利加速賽徑的人就能贏得比賽。賽道的轉彎處夾角越大時可以用越大速度過彎，大小由賽道可容許的剎車寬度決定，而夾角越小則轉彎的速度也應越小。我們利用歸納推論出的加速決策：1＋2＋…＋(n-1)＋n＋(n-1)＋…＋2＋1＝n×n 算出賽車時每個局部路線水平及垂直的最大速度，可以避免剎車不及亦可計算需走的步數，再依據剩下的格子數依路線的特性稍微調整，就可以跑出理想中最快的路線。

由實驗得知在濃度高與電壓大的情況會產生水的電解， 利用指示劑檢測可知電解時電極的兩端有不同的酸鹼變化， 正極為酸性、負極為鹼性。因為電解時需用到電， 於是我們想設計一個電路玩具， 在通電後可以產生水的電解， 並且會產生酸性或鹼性來讓指示劑變色。這個研究製作出來的電路玩具就是可拿來寫字或畫圖的畫板， 根據電解水時酸鹼性變化的原理以及利用電流形成通路所完成的一件作品， 經一連串的改良與修飾後成為超可愛的海綿寶寶畫板； 在畫筆接觸畫板的瞬間會形成電流並產生水的電解， 還可以利用正、負極轉換開關的切換來控制畫筆的正、負極， 以產生酸性或鹼性， 這樣就可以在沾有指示劑的畫布上寫字或畫圖， 讓畫布變色。而且我們尋找出適合在畫布上作畫的天然指示劑， 不同的指示劑在來電時會顯示出不同的變色效果。

「n 階圓塔」為平面上以n 個圓為底層的堆疊圖形，例如：為3 階圓塔之全部圖形。本科展內容旨在研究平面中，用硬幣堆疊n 階圓塔的圖形種類與個數。我們找到了一種有系統的圖形分類法，使得各類圖形互斥而不重複。利用此分類法，我們推導且證明出n 階圓塔圖形總類數的遞迴式，並發現此遞迴數列與卡塔蘭數Cn2n/(n＋1)的遞迴關係相吻合。接著找出其中硬幣兩兩相連時，所能堆疊的圖形數，發現並證明與圖形總個數為2 的倍數所能堆疊的圖形數相同。最後，觀察圖形總個數為3 的倍數、4 的倍數……，發現硬幣總個數為X 的倍數時，圖形種類數的遞迴式。

這次研究中主要探討關於美濃淹水原因和解決的方式。在一開始我們討論了當地最先淹水的地方「雙溪」的變化（附錄一），在實驗一當中我們實驗模擬尚未被開發的美濃雙溪段的現在與過去情形。在E-A（模擬過去河道）時其流速較快；但是在E-B（模擬現今河道）時我們模擬已經被開發的美濃雙溪卻相較較慢。並在分析數據中了解到河道開發的差異，是水患的極有可能原因之一。而在實驗二當中，我們嘗試以滯洪池的方式進行解決，實驗過程中我們發現，地表土壤的滲水與另外三者相差甚多。而實驗三我們將計算河道改善與滯洪池兩者在相同成本時，何者達到最高效率，且能做為當地改善的方式。未來，我們計劃進行兩者交叉的實驗比對，並加入更多的變因讓我們的實驗能更加符合真實情形，我們也將會設計更完善的實驗設備讓實驗更加完備，達到最接近實際情形的數據。

高中課本的秒錶實驗以I2和澱粉產生的藍色作為反應結束的依據，但此實驗在高溫因藍色物質無法出現而難以判斷反應完成，本研究以白蘭洗衣精中的螢光劑和螢光筆中的螢光液取代高中秒錶實驗的澱粉液，螢光劑中的螢光遇到I2則螢光消失，且在高溫中仍能反應，利用此特性使反應在高溫中仍能繼續進行，以螢光消失為基準從而判定反應完成。成功的改進此實驗在高溫無法判斷反應完成的缺失，並且找出各螢光劑最容易觀察之反應組合。以洗衣精中的螢光劑進行實驗溫度可達60℃，以螢光筆中的螢光液更可達80℃。

本實驗探討光的週期對植物生長的影響，並使用小白菜當做實驗的主要對象，用白熾燈作為光源，產生週期24hr、12hr、6hr、4hr、1.5hr、0.5hr、7.5min、112.5sec、56.25sec、28.1sec、7sec 和1.7sec 且進行永晝、永夜的實驗。首先發現週期1.5hr 的小白菜生長高度較週期24hr及週期12hr、6hr 來的高，但綠豆影響不明顯。但使用水耕法死亡率高，不易觀測，所以將水耕改為土耕。後來將週期設定為112.5sec、56.25sec、28.1sec、7sec 和1.7sec，發現週期7sec的小白菜生長最快，但週期1.7sec 的小白菜生長速率較其他低。此時我們也在阿拉伯芥上發現與小白菜一樣的結果。又分別用綠豆及小白菜進行永晝、永夜的實驗，發現永夜的植物都較永晝的高。最後進行2DGel 的電泳，在電泳結果中找到週期28.1sec 含有特殊的蛋白質，證明不同週期的光會影響植物生長。

最近同學間流行的開心炮，常造成校園內的垃圾問題，但也引起我們進一步去探討這兩種玩具的奧秘，及試著提出替代用品來解決學校的環境問題。首先，我們發現開心炮的內含物是由鹼性的白色粉末和一包酸性的透明液體所組成，藉由這二種物質的酸鹼中和交互作用來產生大量氣體，撐破袋子；其次，我們也發現小蘇打、檸檬酸和水混合後的自製替代物，比開心炮產生更好的效果；接著我們繼續探討影響自製替代物產生氣體之反應速度與反應威力的因素，我們發現水量、水溫、混合物比例都會影響氣體的反應速度與反應威力；最後，我們以自製替代物作為原料，製造許多有趣玩具，例如：自製開心炮、筆火箭與注射筒大砲等，並測試這些玩具的反應速度和反應威力。