全國中小學科展

高中組

挑戰電中性原理~「帶電溶液」的研究

利用范氏起電器將靜電導入蒸餾水、甘油、苯、環己烷、乙醇、正丙醇、正戊醇、HCl(aq)、 NaCl(aq)、CuSO4 (aq)………等不同溶液中。我們發現,非電解質溶液可以藉由極性分子的媒合作用〝貯存〞電子,而其中H2O效果最好,即水合電子是可以穩定存在的!但在水中若添加HCl、\r NaCl等電解質將會提高溶液導電性,以致於無貯存電子的效果。我們也發現苯雖不是極性分子,但因具有π共振系統,也能有效貯存電子。

洞裡乾坤

水 ─ 生命中原始的要素,在日常生活扮演極平凡卻也極重要的角色,但這個流質的種種現象卻一樣非同小可於一般物體,從一般的基礎理論延伸到特立的理論學派,可比於其生活中的角色──偉大出於平凡。淺談生活中的現象,如澡盆及洗手台的單孔漩渦,洗衣機的渦流等現象的觀察,更加上強烈的好奇心使然,便希望由其他的環境因素來窺透種種的結果,以及所知的一些微薄知識來嘗試了解這美麗的現象。

寄生植物─無根草知多少

一般植物能利用太陽能行光合作用之方式供給自己所需的養分,但有些植物則完全或大部分失去了自行製造養分的能力,須靠其他植物的養分以維持生活,這些植物稱為寄生植物。\r 在偶然間我們發現了無根草的群落,遂引起我們對這名無根、無葉之寄生植物的好奇,再加以文獻(參考資料1),圖鑑(參考資料2)對這方面的記載又語焉不詳,更加深了我們研究的興趣。

蟲以食為天─線蟲覓食與攝食行為之探討

線蟲在科學界備受矚目,然而,對於線蟲覓食及攝食行為的研究卻仍不多;每一種生物都有其獨特的行為模式,我們想知道線蟲如何覓食與攝食以適應自然的環境,因此以覓食與攝食行為為主題著手研究。本研究歸納出線蟲的 7 種覓食及攝食的一般行為:前進、探頭、偏移、擺頭、後退、轉向及拐彎行為;與兩種特殊行為,其中樹枝狀行為與線蟲消化有關。本研究發現線蟲對嗅覺有依賴性及專一性,即使線蟲被其他氣味干擾仍能找到食物。我們也發現到一種特殊的混亂行為,是當線蟲接近 E. coli 時出現的一種受干擾的行為,經實驗進一步探討,發現引起線蟲混亂行為的原因是 E. coli 所釋放出的化學物質,化學物質濃度越濃,線蟲所表現出的混亂行為就越明顯。

大白鼠長期增益作用與sgkmRNA關係之探討

sgk 是影響記憶形成的關鍵基因,而長期增益作用(LTP)是長期記憶的重要電生理模式。因此,我希望能證明以下推論:引發老鼠的長期增益作用應該會導致老鼠海馬迴的 sgk mRNA表現量增加。實驗過程分為兩部分:(一)引發老鼠的 LTP,並將老鼠分成三組觀察紀錄引發LTP 前、引發 LTP 後十分鐘、引發 LTP 後三小時的膜電位變化。(二) 以 real-time PCR 的方式比較三組老鼠海馬迴中的 sgk mRNA 表現量。實驗結果發現引發老鼠產生 LTP 後會使其膜電位反應明顯增加,並可持續長達三小時之久。而引發產生 LTP 後三小時的老鼠海馬迴區域中的 sgk mRNA 含量相較於對照組(baseline)老鼠有顯著增加的現象,驗證了前述實驗推論。本實驗成功的以電生理模式證明了 sgk 是影響長期記憶形成的關鍵基因。

轉彎有道理

自從捷克小說《羅薩姆的萬能機器人》提出「Robot」這個詞彙之後,機器人已經成為常見的小說、電影題材,機器人在生活中的應用成為今天的重點產業,已經廣泛應用在工業自動化、軍事方面,機器人也逐漸走入家庭,無論是應用在哪方面,都必須解決如何定位(Localization)機器人的問題。為了解決這格問題,目前已經發展了GPS等方式「直接提供座標」來定位機器人。若機器人沒有定位器的輔助下,只能在機器人位置的觀點蒐集數據,其中機器視覺建構地圖(map building)是透過機器視覺的分析來建立周邊地圖,是一種常見的解決方案。這裡我們更進一步,進行只讓機器人擁有羅盤感應器和閉路伺服馬達的條件下的研究。

鹹溼無〝馬〞-海上磁動力船

本實驗之磁動力推進系統是利用磁場與電場,在鹽水中產生交互作用,使電解產生之離子產生偏移、轉向之現象。研究帶電離子排出軌道系統之流速、推力與電極板的高度、長度、種類及電極板間寬度之關係。並利用經計算後最佳、次等及最差效果之軌道系統,實際製作成磁動力船模型,觀察其運動情形。我們實驗了不同變因之軌道所產生之流速、推力及磁動力船實際航行之速度等。依據實驗數據,我們得到了以下結論:一、軌道系統的電極寬度相同時,電極板高度愈高,其流速愈大。二、軌道系統的電極寬度及高度相同時,電極板長度愈長,其流速愈大。三、電極板寬度若超出磁鐵的直徑,會造成兩側磁場分部不均,造成水流不穩而影響流速。

由粒子系統微觀氣體動力論

本實驗利用粒子系統的特性,創造出氣體粒子,任由它們在規定的容器中永不止息的運動,再由粒子數 n、粒子均方根速度 Vrms、粒子半徑 r、容器大小 R 等變數來微觀 Maxwell 的氣體動力論。研究結果如下: 一、在器壁完美無瑕能產生鏡面反射的理想容器中,粒子均勻分佈在容器內;在表面粗糙無法預測反彈角度的非理想容器中,粒子則集中在器壁附近。 二、粒子的平均速率可以下式表示: (理想容器與非理想容器相同) 三、無論是否為理想容器,無論粒子是否具有體積,粒子與器壁的碰撞頻率關係式都可以表示成,並預測當 n →∞ 時,理想容器之;而非理想容器之。 四、無論是否為理想容器,可導出粒子間碰撞頻率,並預測在 n →∞ 時,理想容器與非理想容器中。

「都卜勒效應」之探討

「都卜勒效應 」( Doppler effect)其意義為:當波源與觀察者有相對運動時,觀察者所測得之頻率會發生改變,而與原頻率不同。一般所討論的都卜勒效應,只限於一度空間之情況,那二度空間上的情況又是如何?

紅燈行,綠燈停-三尾扁蟲光行為與共生藻的互利共生

本研究水族缸裡的三尾扁蟲(Convolutriloba)經外型描述、無性生殖等證據,證明本種是台灣地區的新紀錄屬或是新種。由於至今尚無報告指出野生棲地,而本研究首次探討其自然環境,並自墾丁外海發現野生三尾扁蟲多棲息於礁石洞口。Shannon, et al, 2009指出三尾扁蟲具有光避性與光聚性,但未探討其原因,我們設計模擬棲地使其在黑暗與光照交替的環境下生存,確認扁蟲的自然分布乃是光避性(photophobia)與光聚性(photoaccumulation)彼此調節的結果。比較扁蟲以及其體內共生藻(Zoochlorellae)在不同色光下的生理現象後,發現共生藻紅光下光反應效率高,而在其他色光下光反應效率低,此項發現說明了扁蟲在紅光下不具光避性,而在其他色光下扁蟲有明顯光避性的原因。此結論也同時說明了扁蟲野生棲息地位於礁石洞口的原因。