全國中小學科展

高中組

一指點亮世界-點燈遊戲的探討

點燈遊戲是一款曾經風靡一時的益智遊戲,每個格子代表一個燈泡,有亮與暗兩種狀態,當按下某格時會改變自己及相鄰格的亮暗狀態,最後目的是將全部格子變亮。 本研究將按下某格時有哪些格子的亮暗狀態會被改變的規則,換成一新規則(以下稱包圍式點燈),並將受影響格子的範圍大小一般化,最後目的是將全部格子變亮。在任意維度下我們推出如何從一開始各格的亮暗分布就能判斷最後能不能達成目的的檢驗法,還算出能達成目的時有會多少種按法,最後推廣到不只侷限亮暗兩種狀態的情形。

層經滄海難為水—沉積層的研究

本實驗旨在觀察沉積顆粒在不同流速及不同坡度環境中的沉積分層情形。首先,我們利用篩選機篩定出粒徑在特定範圍內的砂子當作沉積顆粒,接著建立沉降實驗的基模,並選用不同顏色的砂子,分批搬運沉積在沉積槽中做出明顯的分層,實驗過程中改變搬運力及坡度觀察其對分層的影響。我們初步觀察到基本的粒級層,更進一步發現到層序不一定按照砂子倒入河道的先後順序排列,即先供應的砂子沉降後,會因為搬運力的改變而再度被搬運至上層,覆蓋住後供應的一批砂。

草地上的馬蛛絲跡—探討長疣馬蛛結網及捕食行為模式

本研究探討生活在草原的長疣馬蛛,觀察牠如何結網以及網型構造,並探討網的功能。在觀察及實驗後得到以下結論:長疣馬蛛偏好在強光環境下結網,且對高溫有好的耐受性。長疣馬蛛視力差,但可以結出用來感應捕食的多層漏斗狀網,結網的方式相當特殊,可分為「探測期」、「底層網期」、「平面網期」、「皿狀網期」、「漏斗網期」五個階段,且不同層網的感應偵測上與敏感度與捕食成功率均不相同。我們也進一步探討了長疣馬蛛的捕食行為模式長疣馬蛛的捕食行為可分為「被動感應模式」、「偵查模式」、「攻擊獵物模式」、「後續處理模式」、「返回」五個階段。其可以利用最頂層的平面網捕食獵物,且獵物的捕食受到獵物大小與置入的方式影響。

滴聲下器──滴落聲與液滴性質的關聯

我們的研究發現,水滴聲這種特別的聲音,形成在於從撞擊水面起至水面平復的一連串的現象作造成的空氣壓力改變,以上一連串現象又與水滴的許多性質,如:動能、表面張力、黏滯係數……等有關。我們找出了水滴聲響度與滴落高度、表面張力、黏滯係數的關聯,也找出了滴落聲主要頻率與滴落所造成之凹陷寬度的關聯。我們還發現,水滴的滴落聲會受到承接容器形狀以及滴落時間間隔的影響。未來我們希望能建立更明確的數學關係,並發掘更多有趣的現象。

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。

東沙島的美麗與哀愁~沙嘴移動及其地形的探討

民國82~85 年間國軍以防止海岸侵蝕為由,構築突堤及碼頭而挖除破壞\r 「會擺動的沙嘴」——「東沙沙嘴」,使原本的淤積地形於五年內被侵蝕而消\r 失。\r 影響東沙沙嘴擺動的原因,主因非文獻提及的海流,而是季風再加上波\r (沿岸流)的影響。沙嘴的侵蝕分突堤南方的單堤侵蝕:積沙向外擴散落在\r 環礁或礁湖中,和北方的雙堤侵蝕:沙子的水平移動與鉛直移動,即沙子受\r 反射波的影響,造成雙堤間海岸線凹凸不平直。\r 在政府大力提倡復育東沙珊瑚礁的同時,是否能多關照東沙沙嘴,拆除\r 突堤。而我們皆下來想要探討的,是波入射的角度、前堤和海岸的角度及前\r 堤和後堤的長度彼此的影響及關連,以便瞭解何者對海岸侵蝕的影響最大,\r 而對症下藥阻止沙嘴的侵蝕。

實驗探討離子在磁場中的受力

在一個壓克力製的長方形盒中放入兩層濃度不同的食鹽水,將一隻尖端磨平的針頭水平置放在盒中,針頭出水口恰沒入上層濃度較小的食鹽水中,針頭以橡皮管和滴定管相連,滴定管灌滿染料水溶液,打開活栓瞬間,染料在食鹽水中形成漩渦偶極子,由漩渦偶極子移動距離隨時間的變化,可求得染料作用於食鹽水的慣性力。等位線與電場實驗的電場形成盤放入兩層濃度不同的食鹽水,用兩片平行金屬板做電極,在食鹽水面上放一磁鐵,磁鐵下方滴入數滴染料,食鹽水中的離子受電力、勞侖茲力及黏滯力作用亦形成漩渦偶極子,由漩渦偶極子移動的距離隨時間的變化可求得勞侖茲力。

透視自守數

定義:若k 為一n 位正整數,且kt-k≡0 (mod 10n),則稱k 為一個n 位t 方自守數。(k、 n、t 皆為正整數)例如:625 為一3 位正整數,且6253-625≡0 (mod 103),則稱625 為一個3 位立方自守數。本次研究的核心是在於揭開平方自守數以及立方自守數許多迷人的性質和它們二者之間錯綜複雜的關係,並嘗試進一步解開四方、五方自守數或更高次方自守數之性質。

正N 邊形的撞球路徑

曾經看過有人作矩形的撞球路徑問題,希望做進一步的推廣。

東方劍橋-旱溪藻類分佈探討

旱溪為烏溪重要支流之一,由豐原流經潭子、台中市東區,於烏日匯入烏溪。藻類面對水質變化的衝擊,不能適應者被淘汰,能適應者數量可能大量增加形成優勢種,因此我們可以就其種類,記錄流經該處河川溪流的水質狀況。本研究進行旱溪偏上、中、下游等五個測站之矽藻採樣分析作業。以各採樣點之矽藻種類及數量,計算 GI 藻屬指標、種豐富度及歧異度來探討旱溪各區段之水質概況。旱溪中偏上、中、下游各不同區段水樣中,以偏上游樣點之矽藻總數為最高、其次為偏下游、紙漿工廠,最少的為偏中游。由 GI 藻屬指標發現,旱溪除了偏上游樣點屬中度污染外,其餘均屬嚴重污染;由 TDI 藻屬指標發現,旱溪除了偏下游樣點屬普養水質外,其餘均屬優養水質。而紙漿工廠及偏中游有較高的種豐富度及歧異度。旱溪的整治工程,於施工期間濁度升高,對浮游藻類生長不利,但於整治過後(如下游的人工濕地),對水質改善有幫助,進而反映在藻類的 GI 值及 TDI 值之改善上。