全國中小學科展

高中組

來自光的你─光學幽浮現象之探討及應用

本研究主要為探討光學幽浮的可能成因,我們利用實驗搭配模擬的方式研究,共嘗試了兩個模擬方法與四代的實驗方法。首先模擬出空氣折射率變化層與材料折射率變化層的光線行進路徑模式,再利用實驗直接驗證在材料折射率變化層的結果是正確的,間接驗證在空氣折射率變化層的正確性,也就證明了空氣折射率變化層真的可能造成幽浮現象。其中材料折射率變化層未來有機會應用在光纖轉接頭、隱形斗篷等的設計與製作。

奈米球排排站

奈米結構的廣泛應用,使得蝕刻技術不斷進步,為了追求兼顧經濟,且具高效率的蝕刻技術米球,製作遮罩的技術因此孕育而生。1993年開始利用自組裝效應,研發出奈米球微影蝕刻的技術。這個方法是使用標準尺寸的奈米球膠體,利用其高度排列整齊的自組裝效應來製作遮罩,在基板上以六方最密堆積的形式排列成週期性結構,調整不同製程參數,就可以改變奈米球最密堆疊層數,進而得到不同之遮罩,另外在教授的實驗室發現在不同的磊晶機制以及舉離溶液的搭配下,可以得到不同之蝕刻圖樣。這種蝕刻方法的好處在於所需的儀器設備相當低廉、製程操作容易;只需變化不同奈米顆粒球的粒徑,便可在各種基板上得到不同奈米尺寸的大面積週期陣列結構。

黃金超級電容

我們的研究,是以牛糞中豐富的HPO4-2吸附水中的重金屬離子。先透過自行設計之綠色分析技術,以簡易電池原理,分析水中Cu2+濃度,接著做出水中Cu2+與電壓、電流之檢量線。若將處理過後的牛糞置於水溶液中,便能有效地吸附Cu2+,為相當好的吸附劑,而且吸附率可達到99%以上。而牛糞吸附重金屬離子後,可以取出並製作成重金屬活性碳。分析重金屬牛糞之成分後,發現其已碳化成活性碳。活性碳又可做為超級電容的電極,且含重金屬離子的電極可以大幅的增加電容之電容量。在簡易電容測試中,以及鈕扣型電容實驗結果顯示:我們測出,牛糞吸附重金屬離子活性碳,在適當電解液下,具有相當高的電容量。

剖析巡天資料庫檢驗星系顏色隨紅移之演化

藉由史隆巡天系統(Sloan Digital Sky Survey;以下簡稱SDSS)對147,920個星系的觀測,Dr. Iskra Strateva等人(Strateva et al. 2001;以下簡稱 S01)發現紅移(z)小於0.3的星系可分為偏紅及偏藍兩族群。並且,假設星系距離愈遠、紅移愈大則視星等愈大,S01分析推論偏紅的星系族群紅移愈大則愈紅,符合都卜勒效應結合哈伯定律對紅移的預期;偏藍星系族群則紅移愈大愈藍,與並不能單純以都卜勒效應解釋。S01解釋高紅移的偏藍星系族群恆星形成較活躍,多新生成大質量的恆星使得星系整體色澤趨藍。 S01分析並未直接採用星系紅移數據。因星系亮度與紅移的相關性尚受其他要素影響,使得S01的結論仍有不確定性。我們下載SDSS提供的573,688筆星系紅移數據,發現該樣本不論是偏紅或藍的星系,皆符合紅移越大越接近紅色的趨勢。

手機遙控插座裝置

本研究係針對藍牙遠端控制程式進行探討與應用。利用手機藍牙遠端控制延長線之插座電源獨立開/關或一次全開/關。本研究主要功能如下:一、利用手機藍牙遠端控制插座開/關,免除插拔插頭及切換延長線上開關之麻煩。同時避免因頻繁插拔插頭造成插座損壞及插拔過程中潛在的危險。二、系統設置一總開關,可一次控制所有插座開/關。同時各插座分路亦可分別獨立控制開/關。方便使用者操作。三、研究顯示,一般家電在不使用情況下,若未拔下插座亦會造成電能流失。本作品藉由更便利操作行為,養成使用者隨手關閉插座電源習慣,節省能源。四、硬體建置完成後,若欲增加插座功能,如定時開/關功能等,僅需修改手機APP程式即可,大大增加本作品功能性與便利性。

由塑性力學解釋夾鏈袋之裝置形變誤差

本研究針對不固定的包裝方式下,物體擺放及內容物所占空間及實際體積做一番物理及數學分析探討。企圖進行塑膠減量的方式,以減少包裝時塑膠袋的使用,研究實驗以夾鏈袋及粉筆為實驗材料,並記錄相關的的實驗數據,再以實驗解析方式建立模型,提出相關結果及建議。分析結論如下:由環保塑膠減量的角度思考,塑膠減量時若可以自由選擇裝載物品時,此時根據置入內容物的根數,以四層混合置入及五層混合置入是最好的選擇,且若推廣之日後物品的包裝應用時可以降少塑膠袋的使用,達到節能減碳的環保功能。

鈦鐵磁性複合材料去除有機物之探討

在本次研究中,我們以共沉澱法[6]將奈米鐵粒子(Fe3O4)結合二氧化鈦奈米管(TiO2-nanotube,TNT),形成奈米管奈米鐵粒子複合材料(TiO2-nanotube-Fe3O4 ,TNTF)。這樣一來,TNTF除了具有TNT的吸附、光降解的效果,同時也擁有磁性Fe3O4的可回收性。首先,我們以不同毫克數的TNT吸附亞甲藍,訂出實驗所需TNT的適當毫克數,再測試Fe3+:Fe2+:TNT不同比例的光降解能力,和觀察磁性強度,依照反應現象找出較恰當的比例。另外,我們也比較TNTF、TNT、TiO2(P25)對亞甲藍的吸附、光降解的效果。研究過程中發現,9 mg是比較適合實驗進行之條件,並不會因其過強的物理吸附而無法觀測光降解現象。在Fe3+:Fe2+:TNT方面,發現2:1:10的比例較佳,因其吸附力是TNT的2倍, TiO2(P25)的三十倍,降解力也比TNT和TiO2(P25)強。TNTF更具有不需過濾器即可回收的優點。

以基因轉殖斑馬魚胚胎作為生物感測器偵測環境汙染物之研發與應用

在本研究中,我們希望建立可以偵測內質網壓力的基因轉殖動物以偵測水質污染,所以我們選用斑馬魚作為模式動物。首先我們觀察兩個參與內質網壓力的基因,perk及chop的表現情形。發現在thapsigargin或酒精處理過的胚胎中perk及chop mRNA和CHOP蛋白質大量表現,證明斑馬魚是研究內質網壓力 in vivo的理想模式動物。接著,我們證明chop基因的upstream open reading frame(uORF)抑制下游基因轉譯的作用保守存在於斑馬魚內。我們進一步利用染色體帶有被cytomegalovirus promoter驅動,人類uORFchop片段後帶有gfp報導基因的轉殖品系Tg(KY43-3)。我們發現GFP蛋白質在受到熱、冷、缺氧、重金屬、農藥等刺激的Tg(KY43-3)胚胎內大量表現,顯示當胚胎受到各種逆境時uORFchop會失去抑制轉譯的作用。綜合以上,Tg(KY43-3)可以作為研究內質網壓力或偵測各種環境污染逆境的模式動物。

解開BB彈上浮之謎

本實驗探討密度大於1g/cm3的BB彈於水中上浮之運動情形。本研究利用高速攝影機拍攝,觀察BB彈自由落下進入水面、下沉、停止、轉而上浮過程的變化,改變離水面的下落高度、玻璃水箱的水深等因素,討論不同條件對BB彈上浮的影響,經過實驗討論後,本研究得出BB彈上浮過程會經過三個階段:1.形成完整氣泡(空氣柱)、2.形成斷裂氣泡3.形成殘留氣泡,而且殘留氣泡的半徑要在一定範圍內(介於1.13mm~3.96mm)才會上浮,並發現在距水面高160cm時,BB彈上浮的機率最高。

難道你什麼都不想要-二角塵蛛網上異物選汰行為與隱帶形成之探討

二角塵蛛近年來常被作為研究對象,但關於其選汰行為的研究卻不多,透過本研究我們想知道二角塵蛛如何選汰利用網上異物,並探討其如何影響隱帶的形成的,以達到生態上適存的目的。 本研究歸納出四類選汰之行為模式:靜態偵測模式、動態偵測模式、選汰行為模式及返回行為模式。其中動態偵測模式的「震動偵測」更決定是否蜘蛛進行捕食或異物選汰行為。隱帶旁無橫絲亦會影響蜘蛛對震動之反應速率,更可幫助蜘蛛分辨網上異物來源。 此外,我們亦發現影響二角塵蛛選汰隱帶材料因素中,重量所造成的張力影響最重要,視覺因素影響最少。其非常偏好用卵囊作為隱帶,其次為食渣,但不會將隱帶上的食繭替換成卵囊,且蜘蛛網上卵囊之有無會影響隱帶顆粒形狀。