高中組

高砂熊蟬的幼生期約5~6年，而環境因子變動會影響蟬羽化，雨後蟬的羽化數量明顯下降。高砂熊蟬羽化月份為單一高峰（七月），每日羽化時間也呈現單一高峰（PM19:00~PM20:00）。終齡若蟲體長愈長爬行速度愈快，羽化停棲高度也較高，但標準化爬行速度則相似。終齡若蟲爬行停止後，至少需15分鐘不受干擾才進行羽化，開始羽化至羽化完成約耗時一小時，且各羽化階段時間相似。我們以蟬殼胸寬/體全長比值、前足腿節的齒狀突起、蟬殼顏色及前足腿節毛列分佈為主要鑑種特徵，再輔助測量特徵差異，我們可以準確的區別出七種研究樣本的蟬殼，且符合蟬的親源關係。而熊蟬屬三種蟬的蟬殼與成蟲的胸寬/體全長比值相近（都接近0.40），可以供從蟬殼鑑別出「熊蟬屬」的標準。

本實驗是以甲殼素製成出的幾丁聚醣、水膠作為實驗對象的研究，將其應用並將實驗成果帶入生活之中。在此研究中，藉由不同重量百分濃度的弱酸與不同重量、顆粒大小的甲殼素反應做出我們所需要的水膠，因天然交聯劑(Genipin)能使分子結構變緻密，加入天然交聯劑，來測試添加Genipin與否所製成水膠性質與效能的差別。 首先，調控製程條件合成出數十種水膠，加入磷酸鉀，烘乾製得成品，測得合成水膠的吸水性及飽水性。因全球暖化危機，我們設計了植物在水膠上成長情形的實驗，在富含水的土壤上，混合水膠，測量不加水能夠使綠豆持續生長幾天，並觀察綠豆的生長速率來判斷吸水度及飽水度，藉以了解所合成水膠是否能應用於我們所追求的綠色建築目標－會呼吸的建材。

里曼球面在高中數學只是大略提過，上課時談到里曼球面投影，過北極的大圓投影為一直線，那麼不經北極的大圓投影後圖形為何？任一小圓的投影又為何？前幾章講二次曲線，觀察里曼球面上，北極與圓上點的連線掃出的形狀不應稱圓錐，而應稱為橢圓錐，而此橢圓錐與複數平面相交的圖形又為何？問幾位同學，有的說橢圓，有的說不成圖形，有的說成雞蛋形，（一邊曲率半徑較大，另一邊曲率半徑較小），因沒有實際式子，實也難以決定何者正確，隨即著手求證。

本實驗針對布丁的吸水敏感性進行探討，並加入交聯劑改良布丁的穩定性。實驗發現布丁的吸水行為對於環境變化具高敏感性：交聯濃度越高，其吸水率越低；溶液越酸或越鹼，其吸水率越高；磁場強度越強，其吸水率有減小的趨勢。我們先後以「重量增加率」→「溶質滲透率」→「溶質釋放率」曲線討論布丁的吸水模型，並以水合離子團解釋布丁、離子與磁場的交互作用。由於布丁具有「可調控」的吸水性質，因此可以藉由酸鹼值或外加磁場的變化，達到特定區域、特定時間釋放溶質的目的，應用於肥料施放、藥物膠囊、痠痛貼布等，能增加溶質釋放的精確性與使用效率。

淤泥的處理和再生能源的議題近年來大受重視，本研究首先利用校園生態池底泥自製微生物燃料電池（Sediment Microbial Fuel Cell，SMFC），進行前置實驗，確認此裝置可產電且電壓為泥土中的菌所產生，才能進行接續的探討。在前置實驗中，我們進行新舊土、陰陽極中間的隔層材料的電壓大小比較，進而找出發電效率最高的設置條件。根據前置實驗的結果，我們改良裝置，結合魚缸和底泥微生物燃料電池，設計出一個會發電與自循環的小型生態缸，並分別針對魚種、電極種類、電極表面積、底泥種類、添加硝化菌進行電壓大小或菌數的比較，並以串連方式提高電動勢，結果發現利用底泥微生物的確可作為生態缸的發電源，且不影響魚的生存，未來將可應用在發展發電與自循環的魚缸上，也可擴大應用範圍至野外溪流與湖泊。

在東海岸沿線我們觀察到對阿美族而言，東海岸擁有的笠螺類，是阿美族人最常食用美食。其數量似乎一年四季皆有，但查閱文獻所記載之資料卻相當稀少甚至沒有。是以我們想瞭解笠螺類在東海岸沿線分佈的情形為何？種類？與環境條件的關係？於是我們將東海岸沿線分成 13 個點（都歷、東河、都蘭、郡界、富山、珈路蘭、台東、知本、太麻里、金崙、大溪、大武、尚武）作數量、種類的調查，並進一步探究水質、岩石、海水鹽度和人為因素對笠螺分布的影響，最後再從笠螺的吸附力做深入的觀察。笠螺科原生種大約有 85 種，而台灣主要分布於台灣北海岸、蘭嶼、綠島、澎湖、台東、花蓮一帶岩礁海岸。其中海岸分布的笠螺種類大約有 6 種，分別為：花笠螺 松葉笠螺 龜甲笠螺斗笠螺 多邊形笠螺 星笠螺

實驗發現圓翅鍬形蟲飼養條件的物化因子均有差異，大圓翅生活史超過1 年， 6 種\r 圓翅屬雄蟲形態有分化現象，大圓翅、中華圓翅及紅圓翅分化明顯，另外三種較相似，但仍\r 有分化。大圓翅、中華圓翅、紅圓翅及小圓翅外生殖器有明顯分化，確信具生殖隔離，其他\r 二種差異不明顯，目前無法判斷是否具生殖隔離。\r 粒線體DNA 之COI 序列顯示大圓翅與其它5 種親緣最遠，其次是中華圓翅。泥圓翅\r 與洞口泥圓翅親緣接近，有地理分佈關連性但無重疊性，顯示二者的演化關係，但無法確立\r 種化。紅圓翅與小圓翅親緣關係最接近，有地理分佈關連與重疊性，顯示二者種化與演化關\r 係。綜合結果與討論推論出臺灣產6 種鍬形蟲祖先來自中國，地理隔離形成後在臺灣自行演\r 化成現今的物種。

我們在水波實驗中，發現水的深度會影響波的傳播速度，但不知其間的關係如何。為求充分了解，於是設計一實驗，以便進一步探討水深與波速的規律性。

根據實驗，彭巴效應發生在35度以上。當兩杯溫差在10℃以內，初始溫度較高的水會較早結冰。另外，兩者溫差為5℃時，彭巴效應最明顯。推斷此效應主因為：初始溫度較高的水有較旺盛的蒸發，帶動其後續較強烈的對流，使得熱水在冷卻時，容器內部較高溫的水會因對流翻轉至外層，形成更好的冷卻效果。此立論可由另一組實驗所驗證：在表層添加一層油脂，抑制蒸發後，彭巴效應不再發生。顯示蒸發本身或其所附帶的現象造成了此效應。然而若只考慮蒸發帶走的溫度，並不足以解釋添加油脂後所產生的變化，因而認為蒸發所附帶的對流也影響了冷卻速率。 過冷效應：主因為添加油脂後造成對流趨緩，使水中的擾動減少，進而降低水分子間結冰的有效碰撞，造成過冷現象。

我們研究並製作出簡易的蘭克—希爾須渦漩管(Ranque-Hilsch vortex tube)，使管子一端產生冷空氣，一端產生熱空氣。藉由改變不同的供氣方式及控制不同的氣體流速，意外地突破了前幾屆全國科展只做出2~3度的溫差，再藉由設計不同的渦漩管大小、長度、孔洞等進一步做了一系列深入的探討，最後成功讓渦漩管兩端冷熱空氣溫差高達57.6度。此外，我們還利用易於觀察的白色溶水油來分析氣體在管中流動的情形和軌跡。