全國中小學科展

第50屆--民國99年

屏東三地門地區斷層帶變質岩內斷層泥結構探討

本研究是來自於 Nature雜誌有文章說到,在地震發生地層滑動時,有單層奈米顆粒,造成能量的釋放不如想像的多,經由尋問專家,瞭解到斷層泥是斷層帶上極細的構造。又由於本校特色為奈米科技,在上課中就對奈米的認知有所瞭解,所以我們就以探討斷層泥是否有奈米結構為主。屏東三地門地區斷層是一個很明顯且採樣容易地區,所以我們就以它為研究對象。 結果我們有一些結果 1. 利用AMF、SEM等檢測儀器,發現屏東三地門地區斷層中的斷層泥確定有奈米結構。 2. 發現奈米顆粒有些產生在裂縫中,有些浮在上層石粒。 3. 發現奈米顆粒與背景組成元素所含種類幾乎相同,有O 、Al 、Si、Fe 、Mg、K 、C等,可證明奈米顆粒不是雜質。 4. 我們建構一個奈米顆粒產生的模型:當地震造成地層斷裂的瞬間,因高溫高壓的環境,此時在斷層泥中產生很多裂縫,多餘的圍岩擠入裂縫同時形成奈米結構,至於有些奈米顆粒浮在上面是,經過滑動被擠壓出來浮在上層中。 今年我們是變質岩的斷層泥,未來我們將繼續沉積岩的探討,目前鎖定應菜龍斷層的斷層泥內結構及成分。

橙五線陸生渦蟲(Bipaliumaurantiacus)廣頭部彎曲功能之探討

本研究經實驗橙五線陸生渦蟲(Bipalium aurantiacus)發現,其廣頭部有不同的彎曲方式,分別為波浪形、左右形及上下形。在探測獵物時,其廣頭部使用波浪形彎曲;探測獵物味道、攻擊時,使用左右形;探測環境光度時,則使用上下形。在探測時,不同彎曲方式接近不同感應物的頻率並不相同。此外,廣頭部在探測時會有擴大的情形,進一步推測感覺神經分布情形,並運用生物檢測(Bioassay)驗證。經觀察不同種廣頭地科陸生渦蟲,發現廣頭部彎曲情形無太大差異,且無廣頭部之陸生渦蟲廣頭部敏感度會下降,由此知廣頭部對陸生渦蟲的重要性。前人對渦蟲的研究,多針對水生渦蟲,對陸生渦蟲的著墨較少,且僅是初步研究,經本研究,將對橙五線陸生渦蟲的廣頭部有更進一步了解。

焦點在這裡-凸透鏡焦距之研究

我們利用透明片、珍珠板、玻璃及水等材料製作出水凸透鏡,利用這些自製的水凸透鏡,我們針對凸透鏡折射原理、凸透鏡厚度、單凸及雙凸透鏡的比較、凸透鏡曲率、凸透鏡材質等相關問題來研究焦距的關係。根據實驗結果我們找到了凸透鏡曲面的法線,發現鏡片厚度、曲率、材質會影響凸透鏡的焦距,且單凸透鏡會是雙凸透鏡焦距的2倍。最後我們利用自製的水凸透鏡設計出太陽能熱水器,並發現我們的水凸透鏡太陽能熱水器吸收太陽能的效率是比目前市面上的太陽能熱水器要好。

熱情噴湃-蒸氣動力噴泉之噴泉效果研究

國語課本中提到「老忠實噴泉是很會逗人神經緊張的……」,不得不讓人聯想到台東在地的資源-溫泉,知本溫泉若能出現一個類似的噴泉,是不是也可招攬個多的遊客(88風災之後遊客減少),因此我們想要探究利用地熱所造成的噴泉是如何形成的,所以我們利用環保器材模擬老忠實噴泉的效果來一探究竟。研究結果發現進水管長度越長、噴水管長度越短的條件下,噴發水柱高度最高。其次空心銅管匝數12圈時噴發水柱高度最高,其次是16圈,最低是8圈;而較粗之空心管所噴發水柱高度最低。進水口越短噴發頻率越高,反之噴水口越短噴發頻率越低。空心銅管越粗,噴發的頻率越低;空心銅管匝數越多,噴發的頻率越低。水溫高低會影響噴發頻率。

水中的吸塵器-黃花狸藻生活史觀察以及捕蟲行為與消化功能研究

黃花狸藻(Utricularia aurea Lour)為狸藻科狸藻屬,是臺灣瀕臨滅絕的原生的大型沉水性食蟲植物,目前的研究顯示,在台灣僅在宜蘭雙聯埤、台北士林、汐止的新山夢湖發現其蹤跡。它不僅與其他植物一樣能行光合作用,且能利用特殊的捕蟲構造,捕捉水中如孑孓等小生物,補充在貧瘠環境中所缺乏的必需營養元素,因此也降低了附近地區的蚊蚋數量。 本研究針對黃花狸藻的形態、生活史、捕蟲行為、捕蟲囊的消化及其原生地調查進行一系列的研究。在研究生活史的過程中發現黃花狸藻的花果期為6-11 月,此時花果挺出水面,在其他的月份全株會下沉至水底,打撈不易,因此野外取材最佳時間為花果期;此外,我們以水蚤及孑孓,餵食研究其捕食機制;以剛果紅-酵母菌溶液餵食得知其四臂腺毛的消化吸收功能;並以螢光分光光度計測定在捕食水蚤及孑孓2天及4天後,捕蟲囊內總蛋白的磷酸水解?及幾丁質水解?的活性。希望能藉此研究了解黃花狸藻的完整生活史,及有關捕蟲行為的形態構造和生理變化,未來可探究在各生長階段黃花狸藻可適應的環境範圍,為其在台灣的復育,及生態多樣性的維持上盡一份心力。

莫攻-莫拉克颱風驚人雨量因素之探討

影響颱風雨量之因素在侵台颱風路徑預報專家系統中已有詳細的分類,卻未有颱風降雨型態的研究。為探討莫拉克如此驚人雨量的原因,我們自歷史颱風資料庫選出與莫拉克路徑相似的颱風,用各種統計法分析這些颱風之兩種降雨型態,由兩種降雨型態的差異探討颱風降雨因素之間的相關。將分析結果與各項氣象資料統整,找出由綜觀環境到颱風內部結構等和莫拉克相近之颱風,分別和莫拉克作比較來探討影響雨量之因素。由以上分析過程我們找出莫拉克的降雨型態及超大雨量與下列因素有關:暴風環流通過臺灣時間、西南氣流效應、颱風路徑及綜觀天氣條件。這些因素中,最顯著的因果關係為暴風環流通過臺灣時間越長,則颱風擺盪越明顯,強烈季風槽長時間供應水氣,於是中尺度對流不斷發展使測站累計接受降雨時間長,導致中南雨區百分比越大,造成莫拉克颱風全臺累計雨量創三十年來的最高記錄。

節能、減碳、綠精靈--環保減碳機的探討與設計

原本去年只是為了清除水族箱中常見的絲狀藻,卻無意間發現它豐富的光合作用色素,今年正好廢物利用,針對絲狀藻與綠藻,設計了水藻減碳機。為了提高減碳的效率,針對水藻種類、數量、水流循環型態、光照強度等變項探討後發現: 1.由變項間的交互作用,推論出水藻減碳的經驗公式 2.根據經驗公式,依最佳組合,設計出節能的水藻減碳機 3.再充分利用太陽能,改良為天然、環保(無碳)的水藻減碳機 最後經由實測發現,水藻減碳機不僅可以提高減碳的速度達8.37倍,過程中還能達到完全零碳的目標。小兵立大功,把CO2完全清除了!

星星的禮物

約在5000年以前美索不達米亞地方,有一群巴比倫尼亞的牧羊人過著逐草而居的游牧生活。他們在牧羊的流浪生活中,每天觀察閃爍在夜空中的星星,久而久之,就從星星的動態中看出了很有規則的時刻與季節的變化。 他們將較亮的星星互相連接,並從連接而成的形狀去聯想各種動物、用具或甚至他們所信仰的神像等,並為它們取名,於是創造了所謂的星座。 在三維的宇宙中,處於同一星座的恆星,在多數情況都是沒有甚麼關係的,它們只是剛好在同一視線,而其實它們之間可能相距很遠──「如果我們身處銀河中另一太陽系,我們看到的星空將會完全不同。」 為了實現這個假設,我們透過國小高年級的課程中所運用的星座盤為起點,試著利用數學的理論,以數學軟體Geogebra做出一個立體星座盤的基礎模型。我們依下列的過程完成我們的科展: 1. 以向量來表示平面的點坐標。 2. 建立一個動態的平面直角坐標軸。 3. 利用動態的平面坐標進行作圖。 4. 將平面直角坐標系推廣,建立空間中的直角坐標軸。 5. 利用投影的原理,建立以螢幕的呈現為主的動態三維直角坐標。 6. 利用搜集到的資訊,建立立體的星座模型。 7. 利用圓的參數式,做出一個天球。

『紙』上談『冰』

如果單純只用報紙不加水去結冰,報紙卻不堅固,只用水去結成的冰也很脆弱。可是將兩者合而為一,卻可以製造出超堅硬的而且保冷度較久的報紙冰。是否也有某種物質加水後也可以產生類似的效果呢?我們使用各種吸水性良好的物品來做實驗,例如:洗車海綿、普通黃色海綿…等。進而發現到許多不可思議的現象,而我們更利用它們獨有的特性,開發出全新的產品。像是利用黃海綿吸水結冰後仍然保持柔軟的特性製作出神奇柔軟冰敷袋;插花海綿的超強吸水性製作不滴水的冰塊;以及白海綿細緻的纖維不僅可以吸水結冰後提供冷源,更可以隔絕外界的熱持續保冰而製作出冰鎮涼杯。

螢光秘辛

為求在一般實驗室中能以簡單的方式建立並探討螢光發光的原理,添加不同金屬離子當催化劑,發現部分B族過渡金屬離子能啟動整個機制而發光。在我們的實驗過程中發現過渡金屬離子與雙氧水其條件缺一不可。 過渡金屬離子能協助反應物中的“鄰苯二甲酸甲酯”與H2O2產生的O2反應形成一種高能量的過渡狀態,而這種高能量的過渡狀態再將能量轉給染料發光。“ 另外我們也以鄰苯二甲酸甲酯為主體,改變碳鏈以及與醯胺類的化合物作為比較,發現醯胺類的化合物並不會發光,而酯類的碳鏈愈長其發光亮度的最高值則會降低。另外討論了官能基在苯環上不同的位置,進而提供了在反應機制上一個較合理的解釋。