全國中小學科展

高中組

『冷』 嘲 『熱』 諷-探討影響熱聲致冷現象的變因

本研究是探討聲音、片堆、共鳴管條件對熱聲致冷效果的影響。 在聲音方面,各管長均有對應的最佳頻率且管徑越大管長越長,最佳頻率將越低;聲音輸出功率越大,致冷效果越佳;片堆方面,在固定熱端氣室長度下,孔徑與片堆長度會有最佳值,以達到最佳致冷效果。另外,片堆有效孔隙越多越好,共鳴管以散熱性好的金屬塞封口且表面積越大越好。並用LabView軟體及NI 16-Ch USB Thermocouple Measurement Device來自動化測量共鳴管內16個位置的溫度,以了解管內溫度分布隨時間變化情形,發現啞鈴型片堆的效果優於整條7.0cm之片堆。 本實驗取得的最佳參數為聲音頻率179.6Hz、喇叭驅動電壓 11.28V、共鳴管徑3.9cm、管長44.0cm、長度7.0cm的瓦楞紙片堆、熱堆氣室長度5.0cm,降溫能力可低於環境溫度7.44℃,效果遠優於歷屆科展研究。

命中注定我「繞」你

本研究的主要目的是探討瓢蟲在空間中行走的軌跡是否存在著某些性質。我們定義瓢蟲分別繞y軸和z軸旋轉θ和 Φ,我們發現當旋轉次數n→∞ ,各收斂點P均位於球面S:(x-1/1-r2)2+y2+z2=(r/1-r2)2 上。接著我們探討當瓢蟲的仰角θ=cos-1r與-cos-1r時,不論轉向角Φ為幾度,瓢蟲分別收斂於固定點A(1, 0, r√1-r2/1-r2) 與B(1, 0, -r√1-r2/1-r2)。透過幾何證明,我們發現直線AB與y軸恰為球面S的配極直線。透過基底變換後,每個轉向點均位於一圓錐面x2+y2=a2(c-z/c)2 上,且繞行的原點O及轉向點Pn均位在一等角螺線G上,G:{x=artcostα y=artsintα(t∈R) z=c(1-rt) 。從高觀點來看,各轉向點是經過一個收縮的仿射變換而來,而收斂點 就是瓢蟲行走軌跡的點吸子(attractor)。最後,我們將軌跡呈現的圖形與自然現象連結。

聽流星在說話

流星真的會說話嗎?當然不會!但是我們卻可以收到「來自流星的聲音」,流星墜入大氣層燃燒時的高溫,可使電離層局部電離濃度升高,高度電離化的空氣將會反射地球遠方平時收不到的電台訊號,藉由偵測這些訊號可用來觀測流星。我們將要製作一電波流星觀測站,並進行實際的觀測。電波觀測不受天氣影響,即使白天也可以觀測。配合現代電腦強大的運算能力,可以解析出更多的微訊號,並精確的紀錄、統計,透過網際網路還可以即時與全球分享。優點甚多!台灣缺少這方面的觀測研究,希望本作品能引起後人的興趣,做進一步的研究。

探討毛毯曝曬時間與塵?量之關係

本研究的設計重點,在找出陽光曝曬時間與塵?減量之關係。由數據得知,在對照組中完全不接受曝曬的每張毛毯塵?數平均為12561.1隻,經過一天8小時的曝曬後減少至平均1004.9隻。塵?於灰塵中族群密度經一天8小時的曝曬後,由每公克6181.4隻降低至每公克534.5隻,已低於行政院環保署公佈的最低致敏量(1000隻塵? / 每公克家塵以下)。因此藉此實驗,可提供一般家庭棉被、毛毯、等寢具的建議曝曬時間,於春天約為晴天8小時,冬天約為晴天兩天16小時,夏天與秋天可少於晴天8小時。

“癌”究-小花蔓澤蘭

外來入侵種小花蔓澤蘭繁殖速度太快,使台灣本土生態系受到破壞。我們實驗發現,小花蔓澤蘭(葉和根莖)具有清除DPPH自由基能力及保護自由基誘發劑AAPH誘導紅血球溶血。小花蔓澤蘭葉和根莖總多酚含量可達51.6及20.9 mg/g,推測其所含多酚化合物可能是抗氧化活性的來源。抗癌研究發現,小花蔓澤蘭葉和根莖會誘導人類急性骨髓血癌細胞(HL-60)細胞毒性,其IC50 (抑制50%細胞存活率濃度)分別為150及350 μg/mL; 顯微鏡觀察下,血癌細胞有減少和皺縮現象。西方墨點法發現,小花蔓澤蘭葉和根莖可使血癌細胞Caspase-3蛋白增加、Bcl-2蛋白減少、Bax蛋白增加及PARP蛋白裂解,可能具誘發血癌細胞凋亡(Apoptosis)的能力。總結,小花蔓澤蘭具抗氧化及抗血癌功效,可開發成為預防自由基疾病及抗血癌的保健食品。

順轉逆轉大不同

本研究以硬質桿連結圓柱型鐵筒製成錐動擺,探討擺錘自旋對錐動擺角速度的影響,實驗發現同向轉動時角速度變快,反向時變慢。由「重力力矩造成角動量變化」之理論推導出公轉角速度公式為 ,此公式與測量值極為吻合。為了研究向心力的來源,將硬質桿改以硬繩取代,結果出現同向轉動時擺錘向內(內八),反向時擺錘向外(外八)的現象。經錄影擷取畫面分析,證實了雖然錐動擺角速度與轉動方向有關,但仍滿足繩張力提供向心力的關係。至於內八、外八的原因也找到了進動公式τ=ω×L來解釋,與測量結果極為吻合。用以驗證硬質桿的實驗結果也很吻合(雖然無法直接測得施力方向)。

幻圓的研究

本研究是以楊輝幻圓引發聯想,進而深入探討幻圓的性質。在研究過程中是以矩陣的形式呈現幻圓,利用微調的方式依同心圓數循序研究,並證明幻圓C2Rn的存在性,進一步運用排列組合的概念求出相異幻圓總數;在幻圓C3Rn方面,我們加入Max有序排列法尋找幻圓。同時,我們也將較為特殊的構造方法整理,使得尋找幻圓更為快速。我們接著探討幻圓的性質及圓心的規律,也找到可以將幻圓推廣的方法。在本研究中得出許多幻圓的特性與數種構造幻圓的方法。

光動-太陽能遊戲組受光之作動分析

利用太陽能益智組裝DIY來了解太陽能組合的效果,在白天的陽光下才能驅動馬達,無法受太陽光照射,只能用燈泡取代,使之作動,探討的目地在想要發現何時能增加受光率,何種距離才能使馬達轉動,求得最佳化的資料。

膨脹收縮瓶塞

一種可在膨脹狀態及未膨脹狀態間轉換的膨脹收縮瓶塞,為了簡化零件同時符合一般人的使用習慣,本設計之瓶塞包含:一彈性橡膠之塞座及一剛性塑膠之旋轉控座,其中該塞座之一控孔內具有一般設有螺旋導溝且具有孔徑變化的螺導段而該螺轉控座上具有一可在螺段內旋轉的螺轉頭,上述螺轉桿上徑向突出數條可在螺旋導溝內移動的螺旋突條。當螺轉控座之螺轉頭對應塞座之控孔內的一容置部時,該瓶塞在未膨脹狀態,可將瓶塞放置於瓶口內,而當螺轉頭轉到控孔上一假想孔徑小於容置部之膨脹時,受到螺轉頭的頂撐,該瓶座之一塞壁會徑向外擴,而使瓶塞由未膨脹狀態轉換到膨脹狀態,將瓶子密封。使用者之習慣即將瓶塞逆時針方向旋轉約本設計有兩種形式一種可重複使用之二段式瓶塞使用右旋螺紋,一種為不可重複使用之三段式瓶塞使用左旋螺紋,塞座之控孔內有一段無螺紋導溝的容置部。

磁動力藥物應用於抗發炎治療之效益探討

橙皮苷元是天然的黃酮類化合物,具有抗發炎等多種功用。但直接使用無法確定其達到病灶位置,也無法預期藥物到病灶位置的濃度,因此本研究設計一複合磁性奈米粒子作為藥物導引材料,期能透過磁場導引到病灶位置,以達到抗發炎功用並減低其對其他非病灶位置的傷害。為使四氧化三鐵粒子接枝藥物橙皮苷元,及具備高生物相容性,利用葡萄聚醣(Dextran)和-COOH官能基做表面之修飾,再以細胞實驗檢測其生物相容性及其藥性。檢測結果證實此材料能保有磁性、藥性,以及生物相容性,並進行體外吸附模擬實驗,了解粒子在血管中吸附之情形。未來將進行發炎途徑探討,深入了解抗發炎之病程,期望能進一步使用此磁性奈米粒子治療如動脈粥狀硬化等相關發炎之疾病。