全國中小學科展

高中組

Johnny the Random Walker-振動平面上的顆粒運動

顆粒在受垂直振動時有擴散、對流的現象,其中對流的情況較難觀察,但表面的擴散可用影像擷取分析系統來測量。本實驗利用喇叭作為顆粒振動的能量來源,將顆粒放入扁平的壓克力圓盒,再用攝影機、ImageJ作為影像分析系統。同時透過顆粒數目與Γ值(振動台最大加速度與重力加速度的比值)兩種變因,分析兩變因對於擴散係數、平均自由徑及平均自由時間、速率分布的影響,探討顆粒在近似於平面上的運動行為。

談整數分組問題

我們的主題是「已知有1k、2k…mk(m?N且k?N),將這些數分成n 組,使每組的數字皆有 m /n 個,而且每組的數字和皆相等,試問應如何分法?」,研究重點放在k、n、 m之間的關係,希望對於1k、2k…mk來說,我們能很快求得到一組分法解。

瓜果為具有多種生物活性的天然保健聖品

因應天然美白及抗氧化成份日漸受人們喜愛,本研究針對國產瓜果類的水萃取物,進行生物功能性之探討,包括抗氧化特性、美白效果等,並對其抑菌效果加以試驗,期望能找到純天然、全方位的保健聖品。首先,本研究證實瓜果萃取物都具有高量的總抗氧化活性,也都能有效的抑制鐵釘生鏽。我們再分析這些瓜果萃取物的美白效果,以青梅抑制酪胺酸酶的能力最佳,其次是番茄,我們又證實醃漬梅、香瓜皮與甜椒的萃取液也有明顯的美白效果。有趣的發現,香瓜皮、甜椒、梅子和番茄都能抑制大腸桿菌(E.coli)的生長。由本研究結果可知,香瓜、甜椒、蕃茄與梅子皆為人所喜愛的食物具有良好的抗氧化能力,對於皮膚保健與美白、抑菌也有效果,經常食用,將會是一項既便宜、實用、又討人喜愛的健康食物。

邏輯控制機械人之研究

由於機械人一天可二十四小時工作,不會疲勞,不怕危險,不具髒亂及吵雜之環境,使生產力及具增加值此,發展機械人正可配合政府大力推動資訊工業,和生產自動化之政策,因而引起吾人研究機械人之動機。

螢光秘辛

為求在一般實驗室中能以簡單的方式建立並探討螢光發光的原理,添加不同金屬離子當催化劑,發現部分B族過渡金屬離子能啟動整個機制而發光。在我們的實驗過程中發現過渡金屬離子與雙氧水其條件缺一不可。 過渡金屬離子能協助反應物中的“鄰苯二甲酸甲酯”與H2O2產生的O2反應形成一種高能量的過渡狀態,而這種高能量的過渡狀態再將能量轉給染料發光。“ 另外我們也以鄰苯二甲酸甲酯為主體,改變碳鏈以及與醯胺類的化合物作為比較,發現醯胺類的化合物並不會發光,而酯類的碳鏈愈長其發光亮度的最高值則會降低。另外討論了官能基在苯環上不同的位置,進而提供了在反應機制上一個較合理的解釋。

電解質離子錯合與聚合效應之研究暨電腦化學分析系統之設計與製作

筆者曾於二十屆科展發表作品「﹝( Cu(NH3)﹞SO4,H2O 之定性定量分析雙分析儀器自製」,本研究乃繼此之系列研 究。在為期兩年的研究中,筆者利用各種物理化學分析法,並配合電腦處理系統,來對離子之錯合與聚合行為,做更廣泛,更深入的研究。

風塵僕僕—以PM10探討大陸沙塵暴對臺灣的影響

本研究利用PM10值的逐時資料,探討1996年至2009年間,臺灣地區發生沙塵暴之時間與空間的分佈特徵。本研究獲得重要結論如下:一、 沙塵暴好發於春夏交替之際,北部區域受沙塵暴影響最為明顯;南部區域次之,東部區域和南部區域相似。二、 沙塵暴嚴重影響的區域分布類型共可分為10類,最常發生的類型為「北部區域嚴重影響」。三、 2004年沙塵暴發生次數最多,但強度方面卻較為不顯著。四、 馬祖測站PM10值上升的時間大多較北部區域為早。五、 沙塵暴逐時分布特徵之分析,可將逐時濃度變化分為7種類型。風向的變化可能是造成類型變化的可能原因。六、 到達臺灣的懸浮微粒含硫化物的比例較高,導致臺灣在沙塵暴發生期間SO2有增加的趨勢。

氫「氣泡」燃料電池

綠能環保意識抬頭,擁有無污染、單位能量轉換效率高等特性的氫氧燃料電池,常是陪伴在科學家身邊的好題材,但由於電池反應牽涉固、液、氣三態之間的非勻相接觸,所以真正在做實驗時,氫氧燃料電池「高能量轉換效率」的特色並沒有獲得完全發揮,一般研究大多在進行「固相」的電極改造,本研究則對「液相」的電解液進行改良,利用界面活性劑黏稠、易起泡的特性,將界面活性劑與電解質溶液混合,並利用電解時所產生的微小氣泡,氣泡為電解液、氫氣同時存在的狀態。氣泡包覆氫氣、增加電池三相接觸表面積,增加電池效能,並探討不同的溫度、濃度、電解質、氣泡大小是否會影響電池效能的升降,而推論造成上述影響的可能因素,並多方面地輔以佐證。

水中的吸塵器-黃花狸藻生活史觀察以及捕蟲行為與消化功能研究

黃花狸藻(Utricularia aurea Lour)為狸藻科狸藻屬,是臺灣瀕臨滅絕的原生的大型沉水性食蟲植物,目前的研究顯示,在台灣僅在宜蘭雙聯埤、台北士林、汐止的新山夢湖發現其蹤跡。它不僅與其他植物一樣能行光合作用,且能利用特殊的捕蟲構造,捕捉水中如孑孓等小生物,補充在貧瘠環境中所缺乏的必需營養元素,因此也降低了附近地區的蚊蚋數量。 本研究針對黃花狸藻的形態、生活史、捕蟲行為、捕蟲囊的消化及其原生地調查進行一系列的研究。在研究生活史的過程中發現黃花狸藻的花果期為6-11 月,此時花果挺出水面,在其他的月份全株會下沉至水底,打撈不易,因此野外取材最佳時間為花果期;此外,我們以水蚤及孑孓,餵食研究其捕食機制;以剛果紅-酵母菌溶液餵食得知其四臂腺毛的消化吸收功能;並以螢光分光光度計測定在捕食水蚤及孑孓2天及4天後,捕蟲囊內總蛋白的磷酸水解?及幾丁質水解?的活性。希望能藉此研究了解黃花狸藻的完整生活史,及有關捕蟲行為的形態構造和生理變化,未來可探究在各生長階段黃花狸藻可適應的環境範圍,為其在台灣的復育,及生態多樣性的維持上盡一份心力。

莫攻-莫拉克颱風驚人雨量因素之探討

影響颱風雨量之因素在侵台颱風路徑預報專家系統中已有詳細的分類,卻未有颱風降雨型態的研究。為探討莫拉克如此驚人雨量的原因,我們自歷史颱風資料庫選出與莫拉克路徑相似的颱風,用各種統計法分析這些颱風之兩種降雨型態,由兩種降雨型態的差異探討颱風降雨因素之間的相關。將分析結果與各項氣象資料統整,找出由綜觀環境到颱風內部結構等和莫拉克相近之颱風,分別和莫拉克作比較來探討影響雨量之因素。由以上分析過程我們找出莫拉克的降雨型態及超大雨量與下列因素有關:暴風環流通過臺灣時間、西南氣流效應、颱風路徑及綜觀天氣條件。這些因素中,最顯著的因果關係為暴風環流通過臺灣時間越長,則颱風擺盪越明顯,強烈季風槽長時間供應水氣,於是中尺度對流不斷發展使測站累計接受降雨時間長,導致中南雨區百分比越大,造成莫拉克颱風全臺累計雨量創三十年來的最高記錄。