全國中小學科展

高中組

寄居蟹 -「殼」以,不「殼」以?

我們的實驗主要是針對寄居蟹對殼的選擇條件做成實驗,進而分析這些結果與身體構造的關係,希望能保護這些面臨危害的小動物。

凌波微步─電磁波干涉現象的電腦模擬實驗

物理學上,在處理眾多波動現象時(特別像是電磁波干涉繞射),目前大多是用 Huygen's 理論來解釋波前的內涵意義與各種干涉現象,而這個理論的方法是在波前上放上很多個點波源來解釋。這裡牽涉到一個困難→極限。現有理論是以數學上積分的方法把結果導出來。但是,對於某些可能遇到的實際狀況遠比理想中的複雜許多,精密理論推導的過程往往變的繁複與困難,所付出的心力是事倍功半;因此我希望能透過電腦快速計算及強大的繪圖能力,來探討與比較物理學上電磁波干涉繞射的種種現象,以彌補實驗室不易實驗的遺憾。

環保「粉」重要-非「筆」尋常

本研究以自製研磨機,將蛋殼磨成粉體。排乙二醇詴驗中,藉反應速率與接觸面積成正比(4),推得溼磨粉體較乾磨細,再由廷得耳詴驗得知乾、溼磨7 小時之粉體皆達膠體粒子範圍(10-7~10-9m)(5),可由粒徑分析獲得證實,並得知溼磨10 小時之粉體粒徑最小(0.22μ m)。以溼磨粉體製作粉筆,透過附著率、剝離率、磨損量及粉塵飄散詴驗,測詴粉筆品質,得知蛋殼粉60%之粉筆(固含量83.8%)最佳,與市售粉筆之附著率分別為85.07、87.74%;剝離率為0.77、0.06%;磨損量為0.027、0.023 g/㎝;粉塵飄散集中區為0~7.8、30.0~82.0 ㎝。自製粉筆詴驗結果與市售相近,飄散結果更優於市售。以此比例製成有色粉筆,經實驗證實,添加植物色素及自製媒染劑,對粉筆品質無顯著影響,說明本研究之可行性。

食飲“涼”方?#--研究傳統降火氣食品是否具有抗發炎效果

在炎炎夏日總希望來點可以「降火氣」的食品,依據古籍記載某些中藥材具有降火氣的效應,而中醫所謂的降火氣與西醫的抗發炎反應密切相關。本實驗利用巨噬細胞株受到LPS(Lipopolysaccharide,革蘭氏陰性菌細胞壁表面所含有的脂多醣體)刺激後,會分泌發炎介質的現象,再分別加入各項傳統認為可降火氣(以菊花、薏仁、仙草作為樣品)或上火氣(選用龍眼作為樣品)的中藥食材,來評估中藥材對巨噬細胞分泌發炎介質能力的影響。經由實驗,我們發現市售的『降火氣』中藥食材,在適當的濃度下,確實具有降低IL-6、TNF-α分泌量的能力,但濃度過高時卻會造成細胞凋亡。另外,我們將樣品萃取方式分為「水萃」及「冷凍乾燥」兩個部分,發現傳統以水熬煮的方式比冷凍乾燥取得的樣品有更好的降低IL-6、TNF-α分泌量的能力。我們期望以此一系列的實驗,來建立篩選『降火氣』食材的抗發炎效用的研究模式,並在後續實驗中可用以篩選出更多具抗發炎效應的中藥材。

“漩”機妙算

過去模擬漩渦的方法與真實漩渦多有差異,我們參考過相關書籍後,試著提出一些看法,並從實驗中加以證實或修正。首先我們製作三種模型,嘗試比較其差異,並找出較佳的模擬方式。觀測數據則是測量水中壓力,再輔以質性方式觀察真實漩渦的類型。經過多次實驗後,我們得到以下發現: 1.強制渦流模型:以攪拌石製造之漩渦屬於組合漩渦,內部的強制渦流中,愈靠近漩渦中心水壓愈大。段數越高,內外圈壓力差越大。 2.自由渦流模型:水流從洞底流出時,無切線方向速度的水流狀況對渦流造成的影響無法忽略,所以製造自由渦流應提供切線方向水流的源頭。 3.仿河道模型:水遇到障礙物會引發渦流,且渦流型態與水源進入方式和障礙物大小有關,摩擦力亦有影響。

探討大黃、黃蓮、連翹、紫蘇等常見中藥的抑菌作用之研究

我們使用了控制變因〈濃度、溫度〉的方式,研究在人為極易改變的變因中,使中藥抑菌效果發揮到最大的方法。觀察方法則使用紙錠法易於觀察之餘,抑易於以抑制圈大小判斷抑菌效果好壞。觀察結果發現不論是哪種變因,實驗結果抑制效果大小均為大黃>黃蓮>連翹>紫蘇。而同一種中藥在濃度越高時抑菌效果越佳,溫度則隨細菌種類和中藥種類的不同,抑菌效果有所差異,我們彙整實驗結果,找出了能讓大黃、黃蓮、連翹、紫蘇等四種中藥抑菌效果發揮到最大的最佳環境。我們的目標是讓一般人能在日常生活需要時,以簡易的方式讓中藥抑菌效果發揮到最大,達到事半功倍的結果。更甚者以對身體副作用較小的純天然中藥,取代目前常用的合成西藥,對人體健康也有較大助益。

過橋問題

過橋問題是近代討論的一個數學問題,最早出現在1981年的益智遊戲書(參考資料一),它引起一些數學家的興趣,但他們的研究主要是2人同時過橋的部分,對於3人及多人同時過橋的研究,討論的比較少,故我希望從數學的角度入手,探討一次3人、4人過橋問題提出數學模式和最佳過橋方法。

日晷的研究及應用

本研究探討三種日晷:水平式、赤道式以及半球面式之製作及觀測,並分析實驗數據所代表的意義,進一步歸納造成誤差的變因,以求做出準確的日晷。計畫的步驟如下:一、從理論探討日晷的運作原理二、製做並研究不同形式的日晷三、測量不同形式日晷之準確度四、分析並減少導致誤差的變因五、探討日晷所具有的延伸功能六、討論不同日晷的應用與發展水平式是製作、觀測最容易的日晷型式。我們發現測量所得數據精密度高,其誤差值的範圍十分固定,應是系統性誤差所致。赤道式日晷十分準確。影子成等角速度轉動,只要知道影子轉動之角度即可轉換為經過的時間,堪稱基本的日晷型式,水平式、垂直式、圓弧式、半圓柱面式、圓柱面式、極式日晷乃至變心日晷在理論上皆要借助於它。半球面式日晷的功能最廣泛,可說是集日圭與日晷於一身的天文儀器。特色之一為將白日等分。球面本身可對應到天球,位於球心的影子位置即太陽在天球上的位置。只需知道兩晷針的影子與子午、卯酉兩大圓交點位置,以及所在地緯度,就能求出日期。無論使用哪一種日晷,都須經經差補正及時差補正才能得到手表時間。三種日晷雖然樣式各異,基本原理卻都是相近的,都能將太陽在天球上的運動完整地投影到面盤或球面上。

福壽螺,來杯咖啡吧!

本實驗主要是在了解咖啡因對福壽螺的影響。我們將1.5± 0.5 g 的福壽螺浸泡於不同濃度的咖啡因溶液,連續6 天觀察其活動力及存活率,並利用數學線性回歸的方式計算出咖啡因對福壽螺48 小時的半致死濃度(LC50(48))為0.52%。接著以0.52% 的咖啡因溶液測試1 . 3 ±0 . 5g、2 .5 ±0. 5g、3. 5 ±0 .5 g 的福壽螺4 8 小時的死亡率為90%、70%、52%,將1.3±0.5g 的福壽螺浸泡於0.5% 的咖啡因溶液,以溫度為變因,實驗發現福壽螺的死亡率會隨著溫度升高。另外將1.3 ±0.5g 的福壽螺以重量配對並標記後, 接受0.01%及0.005%咖啡因溶液對食慾影響的試驗,得知咖啡因確實可降低其食慾。進一步將剛孵化的初生螺置於0.01%咖啡因溶液中,則可發現咖啡因具抑制初生螺成長速率的效果。最後我們以3 0 g 的市售咖啡粉加蒸餾水配製成6 0 0 m l 的咖啡溶液, 將福壽螺浸泡於其中4 8 小時後, 便能使福壽螺的死亡率達到5 0%以上, 其致死效果約與LC50(48)相當。根據以上的實驗結果,我們認為咖啡因對福壽螺之生理上及存活率上有明顯的影響,且若以市售咖啡飲料配製成足量濃度取代純化咖啡因,也有使福壽螺半數致死的效用,因此將咖啡因應用在福壽螺的防治上是具有發展的可能性的。

一個曲線的故事---球面與圓柱面截痕展開圖形的討論

故事的開始是在我們這快快樂樂的班級無數個吵吵鬧鬧的下課十分鐘中的一個。有人手舉圓規高嚷:「圓規作橢圓,賭一場電影!」於是一個聰明人把課木捲起來,在上面用圓規畫一個圓,攤開了課本,「嘿嘿!……」 然而且慢!這是一個橢圓嗎?我們發覺這是個很有趣,可能也很重要的問題,經過了半年多的探討,我們要告訴你一個故事。