全國中小學科展

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高中組

杯子與茶壺的對話

以自行裝設的簡易實驗器材來觀察液體流出圓口容器口時之狀態,並針對其壁流現象和液體流量、濃度及容器口之間的關係加以討論。

族群互動的數學探討

看到「數學的神祕與奇趣」一書中對人口成長曲線的証明。而萌發了「何不把這樣的方法推廣到食物鏈,甚至食物網中各動物族群上」的念頭。

鹽水奇異振動現象之探討

將一紙杯底部穿一小孔,裝了鹽水,置於一預裝清水之透明杯中,如圖一所示當然最後這兩種液體將混合在一起,但如果你將其中之一染色,在它們混合前你會看到一奇怪的現象。就是鹽水下去一股後卻停了下來。接著清水亦冒上來一股,如此下去形成振盪現象,且這種現象可以持續幾小時,為什麼會如此?這振動週期又與何因素有關。這都是我們要研究的。

綠能新希望!--纖維酒精有效製程之研究

嗜高溫好氧菌Geobacillus thermoleovorans T4,是被報導具纖維素分解能力的菌株,但僅止於學術研究階段。本研究成功地應用於廢棄纖維素的轉化,並獲得二重要結果:第一,T4菌株可將稻桿與稻穀殼分解為還原醣;調整培養基氮碳比、纖維預先蒸煮及以臭氧斷鏈皆可有效提升還原醣產率;纖維素轉化為還原醣最佳化條件為稻穀殼先高溫蒸煮爆碎,在氮碳比為1:7的培養基中,pH=6、65℃時,還原醣產率可高達69.81%。第二,未以臭氧,將T4菌株反應後之稻穀殼溶液,植入30mL、有高的酒精耐受度(30%以上)的Saccharomyces diastaticus菌株反應72 hrs後,酒精發酵率高達79.89 %。換言之,目前本研究纖維酒精產率至少可達28%以上,而且製程中產能與耗能確可達到綠色能源訴求。圖1.為自製生質酒精反應器,初步已有24%的轉化效果。

實驗數據繪圖處理系統

做完冗長的物理或化學實驗後,最急須處理,也最令人頭痛的就是一堆雜亂無章的數據!在漫無頭緒中想儘快的判斷實驗的結果是否正確,實驗數據之間有沒有規律性存在,就必須正確地選擇處理數據的方法,一般來說,如果實驗的數值,能以圖形的方式代表達,其結果必能予人一目了然的感覺,但是一群原始的數據究竟要經過怎樣的處理步驟,才能轉變成簡潔易懂的圖形呢?\r 以一般人工的處理方式,至少必須按照下列步驟進行,才有可能在方格紙上繪圖。\r ( l )將兩組相關的數據,分別定為 X 軸資料及 Y 軸資料。\r ( 2 )將實驗的需求將數據做適當的轉換處理,例如做倒數處理,或做指數轉換。\r ( 3 )將 X 軸資料及 Y 軸資料分別由大到小排列,找出最大及最小值,以決定方格紙內每格間距所代表的大小。\r ( 4 )將數值在方格紙上描點。\r 但是在進行過程中,經常會碰到下列問題:\r ( l )圖形畫到一半時,突然發現, X 軸和 Y 軸資料必須互換,或 X 軸資料應該取對數而不是取倒數等,則所有步驟全功盡棄,必須從頭開始。\r ( 2 )描點後的圖形,點和點之問有許多未測量的 X , Y 值,用怎樣的方法,把它們連成圓滑的曲線?\r ( 3 )若知道圖形資料應為一直線,二次方曲線或多次方曲線,又應根據什麼原理來描繪最佳的直線或曲線?\r ( 4 )若須求取內差值,則應如何由已知的點,導出最合理的方程式,來求取未測量值呢?\r 從上列的狀況,不難發現從處理實驗數據到繪圖製表,是一項既煩又雜的工作,但是這些工作,若交由快速運算,立即排序,迅速繪圖,及存取容易的電腦來處理,就變成一件輕而易舉的事,於是乎有“實驗數據繪圖處理系統”的產生。

電腦立體圖像的原理

目前計算機科學極為發達,並且微電腦的普及使得接觸這方面的人不再侷限於少數。在電腦的運用中,圖形的處理最為人們注目,炳且在CAD的技術上亦佔有重要的地位。如何在螢幕上顯現立體的圖像在電腦繪圖中是一個富趣味與挑戰的題目。故在此提出和大家切磋。

複底與殘形幾何

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這是我們喝的水嗎?

自來水在台灣人的日常生活當中扮演的極重要的角色,尤其飲用烹飪方面不可或缺,也關係著我們的健康。近來時聞自來水輸水管線遭如工程施工等因素的破壞,顯現出輸水過程的安全性勘憂。然而,據我們所知,今日工業廢水的排放造成土壤的嚴重污染;假如輸水管線有裂縫造成外來物質的混入,勢必將威脅到我們的健康。本實驗即是以此隱憂為出發點,從居住的周圍環境探討起。依據距離自來水處理場的遠近,在台南市內的街道上實際從住戶屋簷下的水龍頭採取未經水塔儲存,能最真實反應管線中水質的樣品,經過有系統的分析,試圖歸納出不同距離,不同區,水質的差異,並和飲用標準比較,以揭開自來水管線輸送之面紗。

大樓結構聽診器?-利用震波來監控大樓結構改變之方法

本科展計畫是想發展出新的監控大樓結構改變之方法,目前階段是先用模擬建築物來觀測,我們將模擬建築物置入水浴槽中,將水浴槽模擬震源發震,來檢測模擬建築在各事件及各樓層之波形,將得之波形數值化,並用數學相關係數來分析結果。結果可分為三部分:一、同一事件中,樓層越高,其波形振幅有被放大之效應,且在各事件中各樓層間的相關係數幾乎是很高度相關。二、由各樓層中破壞前與破壞後事件互相比較時,皆顯示為很低度相關,因而反向推論,當前後事件波形改變,可能建築物的結構已改變。三、是否能用各樓層破壞前與破壞後波形振幅有放大效應,來判斷破裂面所在位置,是未來延伸方向。

五節芒裡的發光小精靈

新竹縣尖石鄉山區,發現一種能於黑暗中發出可見之淡綠色螢光的五節芒,且皆必定是遮蔭處潮濕傾倒斷裂腐敗的五節芒片斷,其餘六個樣區經日夜實地採樣勘察,皆未發現發光樣品。經密集且大量之多株五節芒切片顯微鏡觀察,打光與暗房攝影比對,確定發光生物是一種文獻尚未記載之陸生黴菌,該黴菌與五節芒之間可能呈專一共生性。由實驗觀察此螢光黴菌生活史可分為三期:細絲期、藻狀期、珊瑚狀期,其菌絲有分枝且多核無橫隔,絕大部分皆分布於細胞內,細絲期可藉由菌絲穿過細胞壁上較薄之壁孔以散布其族群。該黴菌之螢光經實驗結果証實能誘導菌絲朝向營養源生長,以利菌絲進行聚集配對,並進行有性生殖。分類先暫定為無鞭毛黴菌門、接合菌亞門、接合菌綱之新種。