全國中小學科展

高中組

新世代生質能源--糠醛的製備與研究

本研究目的在於利用農業廢棄物輔以微波加熱大幅加快反應速率,製作替代能源的重要先驅物????????---糠醛,經由糠醛產生的這種液態燃料與生質酒精不同的是,凡纖維素皆可反應製造,即使雜草也不例外,如此一來,生質能源會與人類爭食的疑慮也得以解決。本實驗主要分成兩大部分,第一部分為利用木糖進行反應,改變加熱功率、加熱時間、木糖跟酸的比例,找出反應的最佳條件。第二部份則是直接從纖維素(農業廢棄物)進行反應,以不同的農作物進行反應以找出最適合用來生產糠醛的材料。 美國過去曾經做過類似實驗,然而卻是利用加熱板進行實驗,往往要耗費數小時的時間,因此我們用微波加熱大幅的減少反應時間,以更有效率的方式達到省時、節能的目的。

探討燈科魚對溫度變化的適應能力

原產於熱帶水域,同屬於燈科類的魚種中-紅蓮燈魚(Paracheriodon axelrodi,圖一) 比日光燈魚(Paracheriodon innesi,圖二)更能適應30℃ ~ 37℃的環境。這兩種魚在生物分類、體型及外表上皆十分相似,然而對溫度適應能力確有顯著的差異。我們認為被高溫誘導出的蛋白質啟動了潛在的保護機制,造成對的高溫耐受性。藉由萃取魚體蛋白,並以一維電泳及二維電泳分析蛋白質表現,可看出紅蓮燈魚與日光燈魚從正常溫度(21℃)到較高溫度(30℃)時皆誘導出蛋白質,但紅蓮燈魚的蛋白質表現量改變較顯著;在相同的溫度下,紅蓮燈魚的蛋白量也比日光燈魚高出許多。接著我們進一步以質譜儀分析,得知這些被誘導出的蛋白質皆與肌肉細胞的運作有關,這些蛋白質維持了魚基本的生命現象。

環保新指標-靜電發電機

本實驗原理主要運用水滴與金屬環感應產生的靜電,使水滴帶電,再由帶電水滴進一步感應使金屬環及容器帶電,持續累積便可產生高電壓的兩端進而放電。而實驗主要研究不同的環境因素及儀器材質對電荷的累積速度有何影響

「非對稱性螺旋槳定理」之探討

「非對稱性螺旋槳定理」是一個很有趣的定理,並且有好幾個相類似的推廣性質。我們 試著自己提出這些性質的證明,並且嘗試作一些推廣的探討。

「牆」「牆」滾-颱風雙眼牆形成機制之探討

本研究的目的在於了解:探討判讀颱風雙眼牆的方法、挑選雙眼牆颱風個案、雙眼牆颱風之特徵及雙眼牆颱風之可能形成因素,由研究得出下列結果:一、我們判斷的依據是只要兩層?回波區中夾有明顯無回波區或弱回波區即為雙眼牆颱風,依此挑出14個雙眼牆颱風個案。二、雙眼牆颱風皆為中強颱,其七級暴風半徑均達180公里以上。三、近中心最大風速在颱風雙眼牆結構出現前後短期內並無明顯變化,而時間的範圍拉長後,可以發現其結構的出現約在近中心風速最?的期間。四、雙眼牆颱風內外眼牆的角速度大略成正比,且比值都在五倍以上,而大部分的比值集中在約5~8倍。五、距地表在兩公里內的風速隨高度的變化率較高,兩公里以上風速隨高度的變化率較小。而雙眼牆結構出現時間長度和風速隨高度的變化率之極大值並無特別關係。

葉子會變身---異葉水簑衣異形葉初探討

本實驗主要探討具異形葉性的植物-異葉水蓑衣(Hygrophila difformis)異形葉的變化和\r 不同環境因子測定之下的關係,我們利用光度、光質、二氧化碳、交換水陸環境、噴灑Ethephon\r 的不同環境因子來觀察異形葉的變化。我們以水陸生植株的各項特徵(葉形缺刻、葉綠素a/b\r 比值)當作標準值,發現高光度及在水中通入二氧化碳會使植株葉形趨向陸生葉,將水生植株\r 去淹水也得到相同的結果,而將陸生植株淹水在本實驗測定時間(28 天)中並未發現葉形有明顯\r 變化,對陸生葉噴灑Ethephon 使植株產生乙烯,並增加陸生葉氣孔的數量,但在異形葉的形\r 成上並無明顯影響。由本實驗各項結果看來異葉水蓑衣的異形葉的確會因為環境的改變,調整\r 葉形及生理特徵,使其在所處的環境之下能夠達到最好的適應。

植物運輸水分的物理機制

長久以來植物生理學家探討高大樹木如何將水分運送到頂端,其中最主要的理論包括根壓,毛細作用,蒸散作用以及內聚力理論。1914 年H. H. Dixon 所提出的理論結合了蒸散作用與水的內聚力,其理論主張水在木質部內移動的驅動力是來自葉片蒸散所產生的張力和負壓。水如一層薄膜覆蓋在葉肉細胞的表面,當水分因蒸散作用而散逸至大氣中時,水膜即退到相鄰細胞的細胞壁間,這個現象造成顯微的曲線表面,因而產生葉肉細胞內的負壓,將木質部的水分向上拉升。 由於在高中物理中,我們學到有關表面張力計算的技巧,因此在閱讀有關植物生理學中上述的理論時,我們發現作者引用的為一「球狀曲面」的表面張力公式,並且書中對於水膜凹陷產生負壓處是在海綿組織細胞的表面。我們以為負壓產生的位置主要是在維管束鞘表面,且水面的凹陷形狀應為「圓柱曲面」,在本實驗中我們以高中物理表面張力計算的技巧重新導出適合圓柱曲面,水膜形狀下的負壓大小,設計一個模擬實驗印證公式的正確性後,我們以一個豆科植物的電子顯微照片為實例,估計此一水分輸送的合理高度,發現所能輸送的高度約為3.7 公尺高!

疾奔的草錳-草酸與過錳酸鉀的催化反應速度

改變過錳酸鉀、硫酸、草酸、溫度、催化劑等變因之濃度,求得反應速率定律式,降低實驗的危險性及減少實驗花費的時間。我們發現草酸的反應級數為負值,氫離子之反應級數遠大於其他變因,測得此反應的活化能以及找出此實驗最佳的進行條件。

凡得格拉夫起電器之製作與研究

本研究,從自製 Van De Graff generator(本文之後皆簡稱為 VDG)開始,利用手邊能取得的東西,找到合適的 VDG 材料。之後,控制一些變因,找出影響帶電金屬球殼電壓的因素,藉以調控電壓。

單形調和數

在高一數學裡有一章講到有關整數的性質,包括質數的檢驗、因數倍數、幣數的因素分解 … 等等,現在我們利用這些學過的性質來探討一些俱有特殊性質的自然數叫做「單形調和數」,首先需要下一些定義,以這些定義做基礎,再推演出一些有關單形調和數的性質,利用這些性質嘗試將單形調和數歸類,雖然我們所作的不十分完美,但是我們巳能應用在課堂上所學得的「數學方法」先適度的抽象化再由邏輯推理演譯出結論,對一個問題做分析、歸納綜合,本文共分為三段,每一段的目標均在正題之前說明。