全國中小學科展

高中組

互補集合─從黃金分割比值及平方開始

威索夫( wy thoff )遊戲是一個兩人輪流取兩堆火柴的遊戲,遊戲規則每人取火柴時,需依下列三種取法之一: (I)從第一堆任取若干支火柴;(II)從第二堆任取若干支火柴;(III)從兩堆中各取相同數目的火柴,能取最後一支火柴者獲勝。我們研究威索夫遊戲時,發現遊戲的致勝關鍵在於黃金分割比值( G )及其平方( G2 )若干倍數後的整數部份所構成的兩個數列,此乃因這兩個數列存在的奇妙關係─互補關係。我們由黃金分割比值及其平方兩數所構成的數列以及一些關於互補關係的性質,找出另外兩數所構成的兩個數列也具有互補關係,並歸納得到凡兩數構成具有互補關係的數列,此兩數必備的條件。我們將具有互補關係的數列推廣也改變威索夫遊戲,在所有具有互補關係的數列中找出致勝關鍵數列。我們更廣泛地繼續討論任意兩個具有互補關係的數列,找出它們之間的關係,並以此關係舉出一個有趣的應用。

紙摺圓錐曲線的研究

在高中數學第四冊,講到圓錐曲線時,老師曾介紹用紙摺法摺出拋物線、橢圓及雙曲線之近似圖形,深感其妙趣之餘,卻不知所得之摺痕所為成的圖形為何會近似圓錐曲線?經老師指導之其嚴密證明須用到微分幾何之定理,並拿數學傳播季刊(65年5月創刊號)中關於紙摺法的某校科展作品讓我參考,但我不滿意其結果,經過多方嘗試後,我想利用高中學生所學的數學知識對此問題再加以討論。

『挖』出一線『生』機---大扁頭蟋蟀挖洞及生殖交配行為之研究

族群由同種個體組成,個體間具差異性,而在不同族群間亦有差異存在。為了探討族群\r 間的差異,自野外採集生長在不同地形、氣候環境的兩個大扁頭蟋蟀族群,從生活史與外部\r 型態、挖洞行為及生殖行為進行研究。結果顯示八卦山族群及柴山族群,在發育總時間、各\r 齡期發育速率已有差異存在;挖洞行為中,在有現成洞穴的環境下,兩族群有不同挖洞模式,\r 推測挖洞行為受各種環境及生物因素影響;在生殖行為方面,兩族群在交配儀式上有差異出\r 現,顯示其生殖隔離可能正在建立中。而在文獻中提出,分析不同族群DNA 序列,亦發現\r 有差異,與以上實驗結論具有一致性,或許正意味著分布在台灣的大扁頭蟋蟀因地理上隔離\r 而漸漸產生分化。

EGI 汽油噴射引擎電腦故障診斷暨故障模擬系統

由於電子的技街,日愈精進,以及對於引擎效率提昇的要求,汽油引擎的燃料供應系統,由原來的化油器,已逐換成了電子控制系統,複雜的油路,也被電路取代,引擎的狀態完全操之在數個感知器的電壓變化中,傳統的檢修方法或使用三用電錶逐一檢查的方法,難以掌握電壓瞬間的變化及暫態性的故障。

多一招,天長地久?稀子蕨生殖策略探討

稀子蕨﹙Manochosorum henryi Christ﹚是一種生長在台灣中海拔山區,是少數具有特殊生殖方式﹙不定芽﹚的蕨類。稀子蕨的生長環境相當潮濕且氣溫偏低,在東眼山具有相當大的族群分布。因此本實驗於 2001 年 7 月至 2002 年 6 月於東眼山深林遊樂區設置樣區進行稀子蕨兩種生殖方式的物候調查,並將孢子及生殖芽攜回實驗室培養及觀察。實驗結果顯示稀子蕨的孢子可發育為原葉體進行有性生殖,此外,它也可以在葉軸上長出生殖芽,兼行無性生殖。而無論在季節普遍性、發育成熟度和環境適應性上。不定芽繁殖都較孢子繁殖來的優勢。研究結果也得知稀子蕨對溼度相當敏感,於旱季時會有地區性滅絕之虞,但生殖芽的耐旱性似乎可化解此項危機。本研究結果除了可提供學理上之本土實證教材外,亦可作為延伸研究的基礎。

溶劑介電常數對混合物分離效果之探討

(一)在飽和食鹽水溶液,及飽和蔗糖水溶液中,分別加入不同介電常數的溶劑(其介電常數小於水且能與水互溶),探討析出食鹽晶體及蔗糖晶體質量與溶劑體積的關係。\r (二)從飽和食鹽水溶液中加入不同介電常數的分離溶劑,探討析出食鹽晶體質量與分離溶劑介電常數之關係。\r (三)以水與各種介電常數之分離溶劑配製成不同質量之混合溶液,探討對食鹽及蔗糖溶解度之影響,並進而建立其三成分系圖。\r (四)由三成份系圖,尋求分離食鹽與蔗糖混合物之最佳分離區。\r (五)利用沉澱定法驗證最佳分離區之分離效果,以資高中化學實驗之改進參考。

「生」「生」不息—本土種石田螺及外來種多稜角螺之生殖生物學

多稜角螺Angulyagra polyzonata為臺灣近期發現的外來種螺類,目前主要分布在屏東縣九如鄉崇蘭新圳。本實驗從生殖生物學探討外來種多稜角螺對本土種石田螺可能造成的影響,發現多稜角螺數量遠大於石田螺數量,兩者最小生殖體長約為16~18 mm,但個體平均懷胎數,多稜角螺卻高於石田螺。多稜角螺雌螺有效生殖個體占族群中的47 %,而石田螺雌螺有效生殖個體占族群中的46 %。相對死亡率累加至有效生殖體長之前,石田螺占族群中的91.82%,多稜角螺占族群中的91.73%。預估下一世代數量及可存活達生殖體長的數量,多稜角螺數量大於石田螺,兩者相差約8倍。從以上的資料可以看出,多稜角螺在生殖潛能上具有相對優勢,且已嚴重影響石田螺的生存空間,對臺灣生態的影響不容忽視。

花粉的萌發與傳播

本研究藉顯微鏡觀察和人為操作實驗的方式,研究各種花粉的型態、萌發條件及傳播機制。主要目的如下:(一)觀察各種花粉的基本型態與構造;(二)探討各種變因對花粉管生長的影響;(三)探討花粉型態、構造與傳播的關係;(四)探討風力對花粉傳播的影響。研究結果顯示:大部分的花粉的萌發溝(孔),其數目與形態會依種類不同而有差異,單子葉植物的花粉通常具有單溝的萌發溝(孔),雙子葉植物的花粉則具有三、四或五個萌發溝(孔);5~10﹪蔗糖濃度可促進鳳仙花、百合科植物(香水百合、姬百合、鐵炮百合)花粉管的生長;100~ 300ppm 鈣離子濃度可促進鳳仙花花粉管的生長;100ppm 硼離子濃度可促進鳳仙花及孤挺花花粉管的生長;固定風速下,風媒花粉的傳播距離較遠也較分散,而蟲媒花粉的傳播距離較短且較集中;不同風速時,風媒花粉及蟲媒花粉二者皆隨風速增加而傳播愈遠,但風媒花粉的傳播效果更顯著。

大地的傷痕-烏來紅河地區的地層研究

我們藉由許多的參考資料得知烏來紅河谷地區有較明顯的斷層,於是我們前往做地質考察。經過深入的調查及研究後,發現當地地層有明顯的節理和斷層,於是我們決定研究這兩種較清楚的裂痕。為補充其完整性,我們加入了關於層理、節理等模擬實驗與觀察,並到當地進行了多次考察,測量當地地層的走向、傾向、傾角。我們歸納大量的測量數據得出當地的地層位態、節理的方向,再運用實驗結果加以討論、證明,最後總結出結論。這就是我們的作品:『大地的傷痕』—烏來紅河谷地區的地層研究。下面是我們這個研究的大綱:

高雄市後勁溪水質污染

自從高三接觸到地球科學後,深覺鄉上環境與居民生活息息相關,休戚與共的,所以環境品質之優劣,為值得重視的課題。近年來,高雄市快速成長,雖成為全省首屈一指的工業都市,卻使市場居住的生活環境受到文明副產物之嚴重污染,其中以水污染產生的害處,對市民生活構成很大威脅。根據最近之報章雜誌報導中,顯示高雄地區河川,以後勁溪水質污染負荷量最為嚴重,身為高雄市民的一分子,對自己生長的鄉土,應付予積極關懷,囚此我們乃利用寒假課餘時間,對後勁溪水質污染情形,作實地調查研究,期能喚起大眾正視水污染問題,共同維護純潔水質,為創造更潔淨,美好的明天而努力!