全國中小學科展

高中組

植物源碳管電解電容器

本實驗透過植物的莖在鹼性環境,高溫?燒出各種碳材,經由BET測量微孔表面積、?燒後碳材經SEM測量表面性狀、碳材密度測量、碳材吸水量及以自製電解質擴散裝置測量電解質擴散快慢,對照高微孔表面積的活性碳所組成電解電容器,發現一年生的地瓜、藺草及甘蔗的碳材,所製的電容器其電容量較高,其中甘蔗甚至是活性碳的22.7倍,證明電解電容器添加的植物碳材,其電容的大小主要由碳材密度、表面性狀、碳材吸水量及電解質在其中擴散的速率來決定,碳材吸水量大及擴散慢具有較佳的電容,而不是由微孔表面積的大小所決定。因此,要製作優良的植物碳管電容器,只需在一年生植物中尋找,因為其維管束較少填充木質素,管徑較大,蓬鬆及碳材吸水量大,再配合電解質的擴散測量即可得到適合的物種。

金門慈湖地區鸕鶿(Phalacrocoraxcarbo)移棲行為之觀察研究

2002 年10 月至2003 年4 月,我們就鸕鶿族群在金門最大的夜棲地-慈湖,調查其離巢與歸巢等移棲行為,發現該夜棲地的鸕鶿族群數最多的季節為 2 月,達 7750 隻。牠們每天早上約 10 時前離巢至沿海覓食,到傍晚約 6 時前回巢,其離巢與歸巢時間與遷移狀態有關;至於離巢與歸巢的方位,則與風向有密切關係有關係。牠們每天群出群歸,清晨以震撼之姿飛過天空,傍晚則又分隊,以不同的變換隊形歸巢,是金門鳥類重要的生態奇觀之一。

米蚤懷卵的孵化機制及環境適應力

米蚤為淡水養殖業者餵養仔魚所使用的餌料之一,也是生物實驗重要的材料及環境指標生物。 米蚤是雌性為主的生物,14天的生命週期中出現四種不同功能的受精卵、未受精的雄性卵、孤雌卵及無法孵化的無形卵。米蚤會避免近親交配。環境阻力增大時,孤雌生殖的雌米蚤會利用減數分裂產生卵粒。若有受精就會形成受精卵用以度過環境篩選。未受精則發育為雄性米蚤作為有性生殖及減緩族群總數之用。孤雌卵則用來增進族群總數並成為當時環境的優勢種。產完受精卵後再產生的無形卵並無法孵化但會加速水質惡化促進更多受精卵的形成。 米蚤的蛻皮不僅是成長需要外,不僅加大了卵囊的容積,也增加了孤雌卵數。 經研究發現,可以用三種簡便方法取得大量受精卵。

足下天地大,掌中有乾坤—探討龍蝨抱握足的形態與吸附力

有別於一般龍蝨抱握足的圓形吸盤,橙斑大龍蝨抱握足前三跗節特化成掌形吸盤。藉由觀察吸盤內部微結構發現,吸盤具有可產生吸附作用的四排不對稱舌墊狀構造。除了探討吸盤的吸附與脫離機制之外,為了探討吸盤在水中的吸附力大小,我們也自製簡單的測量設備,以量測吸盤吸附於玻璃面時所產生的法向力與各方向的切向力。實驗結果得知切向力大於法向力,且切向力具有方向性,以垂直跗節朝向體軸方向具有最大切向力,反方向則最小。本研究結果證實橙斑大龍蝨抱握足的掌形吸盤吸附力,主要來自於舌墊。

開關燈圖形變換

下述問題「有100顆全暗的燈泡,編號從1到100。每個燈泡都有一個開關,按下任意 編號的燈泡開關都會同時改變那些號碼為該編號倍數的燈泡的亮暗狀態。當所有編號的燈泡開關都被按一下後,哪些燈泡是亮的?」的答案廣為人知: 「亮著的燈泡號碼為完全平方數。」 我們被此饒富趣味的問題吸引。在嘗試進行了一些延伸探索後,在一個研習營的資料 中看到下述發展方向:「若選定某些特定的編號,而只有在按下這些編號的燈泡開關時,才會改變那些號碼為該編號倍數的燈泡的亮暗狀態。那麼,最後哪些燈泡是亮的?反之,若先指定操作後的結果,那麼原先的特定編號為何?」,這的確令人好奇而讓我們躍躍欲試,希望不但能找出答案還能以此為起點而加以推廣或深入,於是就展開我們這個研究。

「鳳」生水起──鳳梨吸水量及吸水速率的探討

鳳梨是多年生草本植物,可再細分為三個亞科,分別為地生型鳳梨(Terrestrial Bromeliads)、積水型鳳梨(Tank Bromeliads)及空氣型鳳梨(Atmospheric Bromeliads)三種鳳梨科植物,本研究主要是測定三種鳳梨根部及葉子吸水的速率和觀察根、莖、葉內部細胞吸水構造的變化,最重要的是觀察空氣型葉子下方細毛吸水的模式。在三類型鳳梨中,是各以一種鳳梨為代表:地生型鳳梨的代表為金鑚鳳梨,積水型鳳梨的代表為Neogeria屬鳳梨,空氣型鳳梨的代表為小精靈鳳梨。

DeadLock

研究立體密碼鎖的解及解與解之間的關係,利用立體幾何圖形探討。

支付『國民便當』方法數的探討

本文主要探討的問題是「以多種不同錢幣來支付 n 元的方法數」。研究方式多半先以觀察與考察特例為主,再思考、証明並推廣至一般的情況。主要所涉及的數學概念與技巧是數列遞迴的概念與消去法,在化簡的過程中亦常會遭預到高斯函數與相關性質。

重力作用模擬探討天體及衛星運動

本實驗利用模擬重力場裝置探討天體在重力場中運動的情形,利用攝影紀錄及tracker程式獲取運動軌跡數據,實驗結果歸納出四種軌道類型,分別為:進動型軌道、非進動型軌道、飛出重力場軌道、快速墜毀軌道。 進動型軌道是物體在繞行重力場時,其橢圓軌道的長軸方位因摩擦力作用,隨著時間持續轉動,造成軌道的變異性大;非進動型軌道為軌道橢圓演化過程中產生一段穩定的區間,區間內的運動軌道接近正圓;飛出重力場軌道的運動過程中總力學能>0,故物體脫離重力場;快速墜毀軌道因切線速度快速被摩擦力抵消,故受重力牽引而墜毀。 我們再進一步假設繞行天體的亮度,計算四種軌道的光變曲線,期望能與真實觀測資料比對應用,藉由光變曲線歸納軌道類型。

「焊」你在一起

從焊接練習及數位邏輯實習課程中的學習經驗,應用在專題製作的作品製作上,引發了對於焊接操作的一連串問題,更深刻感受其操作的不方便性,乃試圖尋求解決之道,企求獲得改善,使焊接操作變得更為方便。研究結果及結論為:一、針對焊接操作速度及焊點品質上,除注重焊接技巧所歸納要項外,於焊接操作時,應注意焊錫加入與其碰觸位置,以避免對焊接操作速度及焊點品質造成影響。二、焊接操作時,宜注意電烙鐵焊接工作溫度的掌控及與被焊元件碰觸時間的長短。三、研究製作之焊接輔助進錫裝置作品,確實達到輔助焊接工作順利進行,並改善焊接操作時,焊錫接觸位置不穩定的情況;操作簡單,具便利性,因具備獨創性且實現性高,已經提出發明專利申請。