高中組

海市蜃樓形成的原理就我們所知只有一個：光線經過多層折射率不同的均勻介質，當折射角大於或等於90 度時，光直接全反射。既然海市蜃樓是因為光通過折射率不同之均勻介質而產生，於是我們由最簡單的現象著手：探討物體在一層的各均勻介質中，其折射率與成像位置的關係、介質厚度與成像位置的關係、不同均勻液體層數與成像位置的關係，並由實驗結果，揣測光在自然界的行徑路徑。

研究開發的「雲端智慧滴灌系統」，結合Arduino、環境感測元件、雲端氣象資料及滴灌系統，探討土壤水分蒸發模式及植物生長的用水需求。研究顯示，土壤濕度電阻值與土壤含水量，呈現非線性的正相關對應關係。而透過三種滴灌策略：單次飽和田間容水(A組)、定時定量(B組)、雲端智慧(C組)，得知維持小苗用水需求的萎凋點電阻值：青椒(450～500)、玉米(250～300)、A菜(350～400)、小黃瓜(400～450)。耗水程度：小黃瓜＞玉米＞A菜＞青椒；耐旱能力：玉米＞A菜=小黃瓜＞青椒。定時定量的給水策略易使植物面臨缺水萎凋的風險、或存在浪費水資源的疑慮，而採取雲端智慧滴灌模式，考量到未來天氣因素，機動調整給水量，能發揮水資源最大效益，並符合植物實際的用水需求。

本實驗欲探討黑棘蟻之擇巢因素，分為「光線」「空間」與「決策」三大方向探討，共設計17個實驗。「光線」部分的實驗結果發現，因膜翅目昆蟲缺乏紅色感光能力，所以巢內色光波長愈長，入住率愈高。而巢內照度愈低，黑棘蟻的入住率愈高，實驗得到其照度與入住率關係為ｙ=-247.94ｘ+109.82。「空間」部分發現黑棘蟻的擇巢行為與巢穴形狀無關，而三角型柱的人工巢穴寬度以2公分最具效益，黑棘蟻數量則與長度成正比的關係。「決策」部分主要在探討擇巢行為中，工蟻與蟻后各自扮演的角色，結果發現工蟻對巢穴較隨遇而安，且具有執行力，蟻后選巢較嚴苛，有決策力但不具執行力，而且不喜歡更換環境。以上結果對黑棘蟻人工巢穴的設計可作為重要的參考依據。

一般鉛樹的製造大多以鋅片與醋酸鉛、硝酸鉛溶液反應，而在顯微鏡下觀察它們在幾分鐘內反應後，鉛樹的形狀相似嗎？哪些條件才能長出鉛樹最初形狀？哪些因素會影響鉛樹最初形狀？哪些是產生鉛樹最初生長的最快速率條件？哪些因素會影響鉛樹最初生長速？在加入添加物（一些酸、鹼、鹽類）產生沈澱物下，能歸納出鉛樹最初生長速率的機制嗎？這種在顯微鏡下微量的動態觀察實驗，在教學上的教育價值如何？這些一連串的問題，給了我們專研此問題的動機。

「在已木質化的的葉片當中，葉片是如何延展的呢？」死去的木質部細胞將有利於運輸水分，但當葉子長大時，又如何改變既定的骨架呢？其表面下的過程及機制是我們所不知道的，因此我們設計一系列的實驗來探討。一開始的葉脈標本實驗，了解到葉子木質化程度與葉子大小無一定關聯。將葉片點上記號，發現在生長期間點位移呈等比例型式放大，由此證明葉子確實是以放大的方式成長；玉蘭樹單葉的成長一路持續，而馬拉巴栗成長時在某些週數中呈現快速成長的爬階梯現象。數位顯微攝影得知葉脈的佈局在葉肉分化之前就已決定，爾後葉脈隨著葉子成放大生長，但無法解釋已木質化死去的葉脈木質部如何一同生長延長。

我們想針對學校水池中的微生物做處理，找出可以抑制水池中細菌生長的方法，讓校園的水池更乾淨。我們選擇近年頗為熱門的光觸媒，因為光觸媒能殺菌，而且可持續重複使用。 我們先進行水池的池水細菌的調查及分析，再自行合成光觸媒來殺菌。 在一開始，為了提高TiO2的殺菌效果，我們將幾丁質加入作保護劑使TiO2能奈米化，提高反應性。由經過殺菌處理完的水樣之細菌培養中發現，0.1g的光觸媒便可讓20ml的水樣在5分鐘之內達到完全殺菌的效果，0.3g的光觸媒更可在1分鐘左右達到相同的效果。 我們透過多個劑量不同的實驗組，找出水池中最適當的處理方式來達到最好的殺菌效果，希望使校園水池中的水質更優良。

高中化學實驗手冊第二冊實驗九及第三冊實驗四中，有Cu+4HNO3→Cu(NO3) 2+2NO2+2H2O之反應，理論上，溶液中應呈水合銅錯離子的藍色，但在反應過程中，有綠色出現這綠色的物質到底是什麼呢？以下我們自行設計一系列實驗來揭開綠色之謎。

上機工實驗課，在錐度檢驗與測量時，感到現有量具不能滿足工作上之需求。（一）錐度乃機械加工中常見之機件，而其測量方式卻頗為繁複，測量時無法即時明確表示誤差，平板上測量之精度並不高（如圖一），且費時不經濟。（二）螺紋亦為工業上常用之機件，但對其節徑的測量頗為不便且有誤差，使用三線法測量時，需相當經驗或有人協助才得完成測量，若使用三線組合規（如圖二）因價格昂貴，而顯得不經濟。鑒於目前各種測量方法之不便，促使作者對錐度等測量方法作深入的研究，期能發展出迅速、簡便的測量工具，俾利於機械工業的發展與提升檢驗品質之水準。

本專題嘗試以低廉成本以及節省能源的方式，利用簡單的滑輪組、齒輪組的設計與製作，期望能將機械手的製造，變的更加簡易。從設計圖繪製、材料蒐集、零組件製作、安裝零組件到實驗設計、數據紀錄分析、優缺點比較，控制器轉盤製作、麵包板電路設計及連接皆由小組成員集思廣益，嘗試錯誤與學習，親自實做出科展成品。我們利用文獻上尚未見過的、自己設計的「線材-馬達牽引」方式，取代傳統的四連桿、油壓桿驅動方式，製作出創新的機械手。本小組不但製作「功能測試版機械手」測試機械手的各項基本功能、比較材質或動力的優劣，更根據區域科展時教授給的建議及批評，對於部分細節進行改良，我們自行設計規格化的零件、底板，也與老師共同研發出迎合實務需求的「應用版機械手」的兩種新控制方式：圓盤自動控制系統及麵包板 IC 電路互動系統。以偏向自動化的控制方式，避免線路複雜、整理費工、人為操控不精準的種種問題及缺點，拉進與「以機械手取代人工」這個夢想的距離。

為了尋找較新地層所遺留下來的歷史記錄，我們選定了一個露頭極佳的地區─一豐原山地的大坑溪流域，作為出發點，採溯溪的方式，由尋訪各處露頭所得之資料，來對於這些地層形成的原因及台灣西部地形作最合理的解釋，以達到學以致用的目的。