全國中小學科展

高中組

春化作用(溫度的高低與處理的時間)

觀賞植物為何有一年生、二年生之別?植物為何會在不同季節開花?及至上過生物學以後,才知受光適期及溫度的影響,若控制適當的光週期性,而利用春化作用處理,可使本來翌年春天才能開放的花提早至今年即可開放,如我們能找出百合花或其他較為常見花之低溫處理最適溫度及時間,使開花期縮至最短,不是可以時時有花觀賞?且可在冬天看到本來春天開的花朵,減少冬季的蕭條感。

高級脂肪酸鹽類的起泡力與洗淨力之關係探討

一、普通肥皂分子屬陰離子界面活性劑,一端是親水性之離子性基(-COO - ),可溶於水,另一端是飽和碳氫化合物的結構(烷基),為疏水性。二、清潔劑擔任水和油污間連結橋樑的部分,其洗淨原理是將疏水端尾部伸入油垢中,親水端的頭則在水中,使油變成微小的油滴分散在水中,每個油滴都帶有相同的電荷,因而相斥不結合在一起,再施加機械力即可使其脫離洗滌物。三、對本實驗而言,月桂酸肥皂(碳數 12)洗滌強,推測其親油親水基之平衡較為適當,且分子中疏水基較短,易溶於水,有利於最後以水沖洗的步驟。四、氣泡的形成,是因為溶液中的清潔劑分子吸附在混入液中的小空氣球而形成的。五、使用硬水,會減少起泡力與洗淨力,是因為產生鈣、鎂金屬肥皂渣。六、溫度高低會影響一定程度的起泡力與洗淨力。七、綜合本實驗結果,起泡力大小與洗淨力強弱無關。

平方數列

本研究探討的主題是:給定正整數n,是否存在1~n的重排數列,使得「相鄰兩項之和都是平方數」。對於滿足上述條件的數列,我們稱其為平方數列,我們探討哪些n使得1~n可排成平方數列。對於某類的正整數n,我們已找到構造平方數列的方法: 1.若正整數a, b, c及k=0, 1, 2, 4滿足a>b,a2+b2-k2=c2且(a2-k, b2-k)=1,則1~a2-1可排成平方數列。 2.若正整數a, b, c, α, β滿足a>c>b,b2+c2=α2,a2+c2=β2且(a2-b2, c2)=1,則1~a2-1可排成平方數列。再者,我們可以證明n=2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、18、19、20、21、22、24時,1~n無法排成平方數列;藉由有效率的程式運算,我們得知n=15、16、17、23及n=25、26、...、144時,1~n可排成平方數列。若平方數列的首尾兩項相加也是完全平方數時,我們將其定義為平方項鍊。我們造出1~32的平方項鍊,進而可知 1~32排成平方數列的方法至少有32種。對於特定的n,我們可將1~n排成平方項鍊;而我們更證明出,n=32是可將1~n排成平方項鍊的最小正整數。

萬“重”一“心”—Echois三角形之探討與推廣

本研究試圖從三個正三角形所產生Echois三角形的特性,推廣至任意多個正多邊形與相似多邊形所產生的Echois圖形的特性。我們利用電腦進行動態幾何實驗,發現Echois圖形與原圖形之間的關係,並進一步驗證,同時在圖形變換過程中,觀察圖形退化的一些有趣現象,從而對一個三角形的三頂點與其重心的關係,擴增到Echois圖形與其一群圖形之間的關係,對重心的概念產生更深一層的認識。

「液表」人才—同性相吸,異性相斥

液體「內聚力」大小與液體固體表面的「接觸力」,將決定液體與固體接觸的接觸角。燻黑的玻璃會產生碳微粒,造成液體的疏水性,探討液體親水性和疏水性在沉體和浮體時接觸角的變化。我們發明了一種簡易的方法測量液體的表面張力係數,既方便又準確;實驗中我們得到一個物體密度大於液體的漂浮體,除了一般所知的表面張力外,還有因液體表面形變所造成的浮力。另外,若兩漂浮體的接觸面同為「上凸」,或同為「下凹」時,則兩漂浮體間會有吸引力;若兩漂浮體的接觸面相異時則有相斥的現象。我們利用兩種裝置設計,測量吸力與相斥力的大小,利用實驗結果和理論分析,發現這個作用力與表面張力及接觸角有關,而且兩物體越靠近,此作用力越大。

布袋蓮吸取重金屬的研究

我們無意間在網路上看到一篇名為「布袋蓮研究」的布袋蓮相關報導,主要的內容是介紹布袋蓮的生態習性以及布袋蓮對環境所造成的影響,其中並提及布袋蓮具有清除重金屬及其他如氮、磷等毒物的特殊能力,引起我們對這方面的興趣以及好奇。但是由於在報導中並未對這方面做詳細的深入探討,我們為了要更深入了解布袋蓮與重金屬環境的關係及其作用機制,所以想要藉著這實驗來研究布袋蓮與重金屬之間的關係。

背著房子走天涯-蝸牛對光、電、環境刺激的反應

本實驗旨在觀察蝸牛之本能、適應、記憶及學習等行為。首先我們建立蝸牛的實驗基模,觀察到蝸牛具有短期記憶,並測出蝸牛簡單的記憶保留量與遺忘曲線。實驗基模建立後第二天,再以光、電及振盪等環境刺激來干擾蝸牛並記錄其行為的改變。我們觀察到蝸牛具有學習行為的歷程特徵具有學習行為的歷程特徵:即是行為的獲得、消弱和自發性恢復的現象,並具有古典制約學習行為 ( classical conditioning learning)。充份顯示出蝸牛具有較高級的記憶與學習行為,應非簡單的軟體動物。此外,蝸牛對環境振盪與電壓刺激有適應性,先前得到的短期記憶雖受到短暫的干擾,但多次振盪實驗後即可恢復;且電壓大小與蝸牛記憶的干擾度成正向關係。

葉裡的秘密-鈣離子對結晶形成的影響

本實驗主要在探討不同鈣離子濃度對植物體中草酸鈣結晶的影響。 由實驗結果得知,環境中鈣離子濃度越高,植物於生長初期結晶長度越長,隨時間增加則不再受其影響,而鈣離子濃度和結晶密度則呈正相關。當環境中鈣離子濃度突然改變,植物體內結晶密度亦會改變,且呈正相關。以試管可培養出草酸鈣結晶,也有極少量「針狀」草酸鈣結晶的出現,但其形狀為單獨的針晶體而非植物體中的晶束,且其結晶長度遠大於植物體內的結晶長度。 另外在實驗中也發現,一植株內結晶密度最高的葉片為新生葉,且當新葉形成時,距離最近的舊葉片內結晶密度會大幅降低。此現象推測和結晶的功能性之一:「防蟲啃食」有密切關係,而這部分的討論在作品說名書中將有詳細的討論。

酒精和尼古丁對斑馬魚胚胎發育的影響

生物胚胎的發育過程,如果接觸到某些外來的藥物,就有可能會增加胚胎異常的機率,導致某種器官畸形發育,甚至死亡。本實驗利用斑馬魚胚胎為材料,將受精卵浸泡於不同濃度的酒精及尼古丁溶液,觀察其對胚胎發育的影響。結果顯示浸泡於酒精的胚胎,會造成軀幹彎曲、尾部扭曲、眼睛和頭顱變小,色素分佈異常,內耳的三半規管發育畸形,心包膜、卵黃囊和氣鰾有膨大等現象。利用頭骨染色、組織切片與定位雜交法,進一步了解酒精對胚胎頭骨及眼睛的發育的影響,發現頭骨縮短、鰓弧角度變大、篩板消失,另外眼睛的細胞型態也有分化異常的現象。而以尼古丁浸泡的胚胎,其卵黃囊膨大、色素變淡,且隨著尼古丁濃度上升胚胎死亡率有上升的趨勢。由此實驗結果證明酒精和尼古丁會對胚胎發育造成影響。

明礬抑制鐵生鏽原因之探討

我們在無意中的觀察發現明礬能抑制鐵生鏽,於是我們更進一步去觀察鐵片在相同濃度不同鹽類溶液中的生鏽的情形,接著觀察鐵片在不同濃度不同鹽類溶液中生鏽的狀況,發現含鋁離子溶液不易生鏽。我們觀察明礬溶液中鐵生鏽的情形發現,明礬在特定低濃度(0.005M~0.0005M)時有較好的防鏽蝕效果,於是我們進一步探究其原因。經由鋁離子在會使鐵生鏽的食鹽溶液中對鐵生鏽的防護情形,利用鋁試劑、X 光晶體繞射以及紅外線光譜儀檢驗鐵上的薄膜物質,確定其為氫氧化鋁,再用解剖顯微鏡觀察鐵上薄膜附著的情形知,明礬水溶液確實有抑制鐵生鏽的效果,其機制為鐵腐蝕產生二價亞鐵離子溶出後,在鐵的表面會形成緻密的氫氧化鋁保護膜,而且鋁離子濃度在 0.005M~0.0005M 時效果最卓越。