全國中小學科展

高中組

撥開迷霧?探討台灣近30年來起霧現象

台灣四周環海,多變的地形更有助於霧的生成,使得我們很容易見到霧的朦朧之美;然而我們發現近年來起霧次數似乎逐漸減少,為了探討此現象,於是我們選定桃園、清泉崗、嘉義、花蓮四個空軍機場,採用自民國 60~89 年的觀測資料,探討各地區影響起霧變化的相關因素。結果顯示,位於東部的花蓮機場甚少起霧,而位於西部的三個機場起霧頻率較東部高出許多,且受輻射冷卻作用影響,大都於清晨 6、7 時最容易成霧。綜觀西部各機場自民國 75 年以後起霧頻率確實有明顯下降,探討其因素,我們發現年平均氣溫逐年升高對其影響甚大;另外,清泉崗及嘉義兩機場近年來起霧頻率迅速下降,除了氣溫逐年升高的原因外,懸浮微粒的減少亦可能是一個重要的關鍵。

『薑』湖傳說­薑黃素光降解特性之研究

本實驗發現有效的水質淨化劑:薑黃素。過去薑黃素常被中醫用來治療牛皮癬等細菌引起的皮膚疾病,並且照光時效果越好,根據本實驗我們發現了薑黃素的光降解現象。 薑黃素的光降解作用在酸性環境下效果有限,在鹼性環境下光降解效果顯著。在高溫沸水中薑黃素不易分解,但在充足氧氣與光源下有較佳的光降解效果,並且也發現日光燈有比紫外燈(短波:254nm)更好的分解效果,供應越多氧氣光降解越顯著。薑黃素也有良好金屬螯合作用,可與金屬形成穩定錯合物,達到水質淨化的目的。 本實驗找到具有可以殺菌、吸附金屬與對環境無害的水質淨化劑,並且我們也將其製作成有用的產品,希望可以提供人們在金屬光觸媒選擇外,另一種較安全、無害的方式。

向日葵的螺旋華爾滋

仿照向日葵花盤生長的模式,我們單純的以數學方法:改變發散角φ,研究原基排列的規則,有以下研究目的。一、發散角與螺旋結構之關係二、發散角產生雙螺旋結構的特性三、發散角為2π的有理倍數亦產生雙螺旋結構四、螺旋數目為Lucas數列相鄰兩項的向日葵的發散角與性質以 φ/2π 的連分數求得近似分數的分母構成Sφ數列,便可作出以Sφ數列為單螺旋數目的原基排列;原基產生雙螺旋結構亦存在,但是螺旋數目並非必為Sφ數列中相鄰兩項。發散角即便為2π的有理倍數,而使得固定間隔順序的原基會共直線,但是並不影響原基產生雙螺旋結構。螺旋數目為Lucas數列相鄰兩項的向日葵的發散角,經由連分數相關概念計算而得φL=4π/5+√5,其螺旋數目與黃金角所產生的雙螺旋結構性質相似。

見「蜂」轉舵─工蜂對蜂后的選擇性

蜜蜂族群中,多僅具一蜂后,我們好奇,若在蜂巢內放置兩隻蜂后,工蜂的行為會有何種改變。我們分成三方向探討(1) 雙王實驗:原本應忠於自己巢內蜂后的工蜂,是否容易倒戈而臣服於另一蜂后?(2) 換王實驗:在更換蜂后時,工蜂對於新蜂后的接受程度如何?(3) 競爭實驗:當兩隻蜂后遇上,會如何競爭?又誰會獲勝?雙王實驗結果發現,工蜂並非完全忠於自己的蜂后,會出現倒戈現象,推測與蜂后分泌之揮發性費洛蒙有關;換王實驗時,新蜂后適應期越長及適應期內與工蜂接觸越頻繁,新蜂后就越容易被接受,並觀察到工蜂不接受新蜂后時,有尾部捲曲、螫刺對準新蜂后,作勢要將其螫斃的現象;競爭實驗中,兩蜂后相遇時,勝負與體型大致成正相關,和哺育蜂數無關。

不同形狀的行星狀星雲的分布

行星狀星雲呈現多樣的外型,有的如星空中的魔戒,有的呈現美麗的雙極(蝴蝶)狀。什麼因素使得行星狀星雲的形狀不同?前人研究指出行星狀星雲的外形和中央星質量有關。本研究針對不同形狀的光譜譜線強度,配合其在本銀河系的緯度分布,探討行星狀星雲外形和質量的相關性。一般而言,質量較大的恆星表面溫度較高,分布的位置集中在在本銀河系盤面上。本研究以[He II]、 [Ca V]及[O III]三條譜線的強度做為中央星的溫度計,分析各行星狀星雲的光譜資料可得知其中央恆星溫度,進而推論其中央星質量大小的相對關係;而從其銀河緯度的座標可大略比較其到銀河盤面距離的大小。本研究綜合以上兩方面所得的結果,發現譜線強度較高、中央星溫度高的行星狀星雲、代表其中央星質量大,這一類星雲較集中在低緯區,其外型多呈雙極狀及不規則狀;而譜線強度較弱、代表質量低、中央星表面溫度較冷的行星狀星雲,廣佈由高到低的不同緯度區域,其外型較多圓狀及橢圓狀的行星狀星雲。

正多邊形滾動路徑面積與邊長相關性的探討

起初學習三角函數課程時,為求實際的應用而尋找相關的試題來作研討,在各項資料中最吸引我們注意的即是TRML-2002思考賽的試題,其中提及一圖形繞另一圖形造成的面積與軌跡一連串的想法,間接引發對正多邊形邊長、邊數與轉動關係探討之興趣,結合幾何與代數兩層面思考的運用,因此將題目推廣至一般性的探討與歸納。

學生證自動辨識及分類系統

此研究的目的以設計學生證自動辨識及分類系統為目標。主要是利用網路攝影機拍攝學生證,將影像進行灰階及二值化處理,並以投影法確認條碼位置、骨架法進行歪斜校正,切割出條碼後,利用黑白線條的寬度進行條碼辨識,並將辨識出的學號比對註册名單以確認註冊與否,最後交由機器手臂將學生證送至不同的分類區。由實驗結果可知,本系統確實能達到自動化辨識及分類學生證的目標。

斑馬魚上的CAG重複序列疾病模式與研究

為了調查polyQ在疾病中的病理機制與對發育的影響,本研究將擴增的CAG重複序列插入EGFP基因的編碼區內,以神經元專一性表達的HuC啟動子來驅動表達,建構含有Tol2轉位子元素的基因載體,再將此載體與轉位酶cRNA注射至受精卵中,製造出基因轉殖魚。目前已獲得不含重複序列(Q0,對照組) 及含有110次重複 (Q110,實驗組)的轉殖魚(F0),正在篩選第一代轉殖魚(F1)以建立穩定傳代的品系。除了觀察胚胎綠螢光的呈現,我也使用PCR、RT-PCR等方式檢查EGFP基因的表現。在外觀上,Q110並無明顯變異,但是會出現觸碰反應遲鈍及繞圈泳動等異常的運動行為。未來我將針對Q110轉殖魚子代進行更多病理分析,包括是否形成蛋白聚集和造成神經細胞凋亡等,以確定此轉殖魚模式可模擬人類polyQ疾病。

“稜”波微步

以衝擊波中會出現的馬赫角的概念為基礎,利用雙水槽與單一軌道設計一簡便實驗方法量測液體表面波波速,並利用此裝置來探討不同變因,例如溫度、黏度等對波速的影響。

平分拋物線

研究起源於平分圓的問題:平面上2n+1 個點(n?□ ) ,其中任三點不共線,任四點不共圓,\r 任取三點可決定唯一的圓,若2n+1 個點,三個點在圓上,圓內、外都各為n -1個點,則此\r 圓為平分圓,在Federico Ardila 教授的論文中[4],得平分圓個數為n2 個。我們將圓改成拋物\r 線,則平分拋物線的個數是幾個?(平面上2n+1 個在一般位置上的點,其中任三點不共線,\r 任四點不共拋物線,將對稱軸方向固定後,任兩點連線不與對稱軸平行,則任取三點可決定\r 唯一的拋物線,若2n +1 個點,三個點在拋物線上,拋物線內、外都各為n -1個點,則此拋\r 物線為平分拋物線)\r 研究結果與平分圓相同:平面上2n +1 個在一般位置上的點,平分拋物線個數為n2 個,接\r 著推廣至(a v b) 拋物線(若2n +1 個點,三個點在拋物線上,拋物線內、外分別為a 個點和b 個\r 點或b 個點和a 個點,其中a + b = 2n- 2 ,且a ≠b ,則此拋物線為(a v b) 拋物線), (av b) 拋\r 物線個數為2(ab + a+ b +1) 個。\r 研究是建立在平分圓的論文上,但在將圓改成拋物線的過程中,架構便於計算平分拋物線\r 個數的排法時,平分圓的排法不適用,因此需採取較複雜的排法加以討論。