全國中小學科展

高中組

魔方陣的變形

本次科展作品由三角邊形的魔方陣出發,設定規則如下;在 n 階三角形魔方陣中填入給定數字,使其三個 1n ? 階三角形數字和相等。我們得出如何從 n 階魔方陣推至(n+1)階魔方陣,與給定任意一個 n 階魔方陣,如何填出一組解的方法。遵循著三角形魔方陣的填法,我們可將其推廣在平面任意 m 邊形及正四面體上。前者,我們得到給定任意 n 階 m 邊形填出一組解的方法。後者,則是可由 n 階立體魔方陣推至(n+1)階立體魔方陣;當給定偶數階立體魔方陣時,可利用自創的圓形圖進行求解,文末亦討論了具有特殊性質點的個數。

酷到極點-談冷劑降溫與拉午耳定律

去年冬天,全球許多地方降下大風雪,新聞報導積雪太深時可以用鹽巴灑在冰上讓冰溶化。而我們常用的冷劑-冰加鹽可以降溫至零下22℃。對這些現象,一般的解釋有兩種-解釋一:鹽溶於水是吸熱而冰溶化也是吸熱,所以會大幅降溫。解釋二:拉午耳定律-溶液蒸氣壓下降造成凝固點下降,導致冰溶化。研究結果顯示,溶解熱並非影響冷劑降溫之最主要因素,而是鹽類在低溫時之溶解度。拉午耳定律中提及溶液蒸氣壓下降導致凝固點下降,也不是冷劑降溫之原因。不過,我們認為由鹽類在低溫時之溶解度,配合與拉午耳定律可以預測冷劑可達的最低溫。

非線性振動-單擺運動方程式之數值分析與研究

在我們的這主題中,以單擺為主要研究對象,及探討其中在於我們所學之外,所無法經由更精確的運算,求出其運動方程式之解析解。但如何利用數值方法寫成計算程式,並藉以整理運用繪圖軟體,描繪其運動的模式之物理意義,便是我們此主題的重點所在,並且我們更深入於實際物理情況中,消耗力或摩擦力終將阻滯運動以迄振動不在發生。就我們而言一開始利用RK4 寫成Visual Basic 6.0 計算程式來解其運動方程得到等時距之角度及角速度,再藉由統整後使用Matlab 5.3 繪出我們想要的圖形-角度與時間,角速度與時間以及角速度與角度之相圖。所得的圖形中,也分為有或無阻尼,每項中又有不同的討論,如:在已知的任何一個初始狀態下,其擺動的情況當然也有互相之對照比較,最終得出精采且史無前例的成果:且將單擺作了完整且一般性的分析。

『糞』勇作戰—牛糞對抗重金屬

本研究是以牛糞中的可溶性磷酸鹽吸附水中及土壤中的重金屬離子,減少Cu2+及Ni2+的溶出。成分分析發現發酵後的牛糞磷酸鹽的含量相當高,依理論可和重金屬離子產生沈澱。透過實驗,我們發現若將牛糞置於Cu2+、Ni2+水溶液,能有效穩定Cu2+、Ni2離子,在進一步模擬土壤淋融的實驗中,超過99%的金屬離子被固定於土壤,因而在應用上,可預防重金屬污染地下水源。而已穩定的重金屬離子牛糞可以取出,製作成活性碳觸媒,在應用上可將亞甲基藍溶液及染料工場實際的廢水脫色,證實可達到將重金屬回收再利用的目的。

鹿野溪河階一般特性之探討

斑上同學利用假日到郊外,鹿嗚橋一帶野餐,以舒功課之壓力。在接近目的地的路途中,大家的視線被公路右側的溪流吸引過去,這溪的兩側距離很寬,河床平坦,視野開闊,一時大家看的很神往,心胸甚為暢快。在觀賞中發現溪流的對面有一道長長的、高高的土堤,非常的整齊,很明顯的呈現在那裹,後一座城牆似的頗為狀觀。不久,大家到達目的地,走到溪底,野餐後走近看它的盧山真面目,原來這河堤似被溪水沖刷而成,其外表有整齊的大小卵石層、碎石層、泥沙層等,層次相當分明,真是奇觀,使我們對它發生了莫大的興趣。回校後向老師說明此種景象,並請教有關的知識,經過老師與我們的交談後,我們才知道以前所看到的是鹿野河階,是台滬最大河階之一,而鹿野河階本為台束縱谷地區山麓沖積扇地形,後由鹿野溪流仲積而成,亦稱段丘。在這地區由南向北觀望可看到高低不同的河階層面約有三層之多,又在鹿野溪上游實地觀察,發現亦有此種河階地形,根據當地的聚落及土地利用方式,經過多次綜合討論的結果,把這些河階分成鹿鳴河階、龍田河階、延平高、低位河階及紅葉河階,並請老師指導對此區河階作一研究探討。

萬物的長者,飛越虛幻的國度探究光、電、磁誘使蟑螂行為改變的真相

那一種昆蟲是惡作劇的最佳材料呢?無疑地就是蟑螂──存活達三億年之久的活化石──;億萬載來,環境的變遷不可不謂之巨大,而這些指頭般大的生物,竟能在物競天擇下生存,引發我們許多的遐想;就在好奇心的驅使下,展開了一連串別開生面的實驗研究。

潮污對基隆田寮河的淨化作用?以自製分層取樣方式探討研究!

田寮河位於基隆市區中心,污染嚴重,河流直接排放至基隆港區,影響環境甚鉅。本研究利用自製的河流分層取樣器,針對田寮河各深度層面之鹽度、總懸浮量、溶氧量、水溫、氨氮值與 pH 值作分析,探討基隆港潮汐變化對田寮河水的淨化效果。研究結果顯示,(一)田寮河本身坡度緩、流速慢,因此河水中的汙染物不易由河水帶出至港口排放,只能緩慢漂移,且有些懸浮固體會下沉在河底,不易流動;(二)由河流污染指標(RPI)顯示田寮河上層為中度污染,下層為嚴重污染;(三)基隆港潮差小,受潮汐影響之田寮河感潮帶僅 300~600 公尺,潮汐淨化河水的效果有限;(四)藉由自製的分層取樣器的水質分層調查得知,田寮河在鹽度、總懸浮量及河流污染指標,上下層反映出不同的水質結果,也讓我們更加清楚河流的污染情況。再者,分層取樣方式可推展到台灣其他河川水質的調查,讓我們更加瞭解整個河川各層面的水文狀態。

攔截記憶碼-探討渦蟲的學習與記憶

本研究透過電刺激使渦蟲改變其負趨光性,並透過量測渦蟲行為之改變觀察其學習與記憶。實驗發現,渦蟲之學習量有其上限,但可透過再刺激學習突破此上限。渦蟲在停止刺激後3小時內,其記憶量會迅速下降,最後將會保持一定值,形成記憶。本研究亦發現透過攝食已學習之渦蟲,可改變攝食者之學習行為,但此行為改變無法形成記憶,僅為暫時之行為改變。 透過上述實驗的結果,推測存在有一化學物質影響渦蟲之記憶行為,而此化學物質受到兩種產生機制之影響。其中機制A是透過電擊刺激啟動,啟動後就不會關閉;另一機制C則是受到電擊刺激啟動,但刺激結束後就會關閉。透過此兩機制的互動,形成渦蟲的學習和記憶模式。

自製電磁鐵─探討磁屏蔽

在上基礎理化第 11 章 〝 電流與電流磁效應 〞 時,老師說起在加工區內生產電視機的工廠,在出貨前,需將每一台電視置於模擬外銷銷售地,當地的地磁環境中,在做調整後,方才能夠包裝出貨。原因是自映像管射出來的電子,受到磁場的影響,若未經上述的調整,則電視機的畫面可能顏色不佳,畫面不完整的缺點以致於影響品牌的口碑。這令我們不禁想到實驗課中,所使用到的圈轉式安培計、伏特計 … 等,是否亦受到外在環境中磁場的影響而不準確,如何減少此種影響,提高電儀表測量的精確度,於是我們開始搜集資料、進行實驗研究。

根固水萍面,葉穩沉芙間 ~探討水芙蓉的平衡機制~

我們設計一系列的實驗來探討為什麼水芙蓉的根需要那麼長。我們以剪根的方式來檢測對植株的影響,結果發現根有吸收養分的作用,但是只要長到一定程度就能達到養分吸收的目的,根再長對養分吸收似乎沒有特別的幫助。根重改變對水芙蓉翻正有很明顯的影響,但根長改變則影響不大,顯示根的重量對穩定有重要的影響,但實驗也發現根部太重對植株也有不利的影響。植株型質分析發現葉子提供浮力,而根的重量提供穩定作用,使之不會在水面上亂漂或可能翻覆。最後,生長在各水域的植株根會隨水愈深而愈長,實驗結果支持我們的假說,即是水芙蓉根的長短和穩定有關;同時也暗示水芙蓉的生理具可塑性,能依其生活環境的不同,對根或葉部做不同能量的投資。