全國中小學科展

高中組

永續的鑽石海岸─有孔潛堤消波能力之研究

潛堤能消散部分波能,控制海灘侵蝕達到保護海岸,但現有潛堤皆是實心的結構物,研究者從海蝕洞的特殊景觀聯想嘗試應用孔洞在潛堤結構,讓不透水式潛堤成為有孔透水式,故使得研究者想了解透水式潛堤其消波能力、堤後渦流強度與分布到底和不透水式潛堤有何差異?因而引發本研究之動機。由於實際潛堤之結構相當龐大,因此本研究嘗試設計透水潛堤之模型,再進行模擬,實驗中針對(1)透水性潛堤(編號:A 結構物,進6 出4)、(2)透水性潛堤(編號:B 結構物,進8 出4)、(3)不透水性潛堤(編號:C 結構物)等三種潛堤加以試驗,根據所得的資料分析潛堤之特性,其中包含消波能力(反射率)、堤後渦流分布與本體穩定性。由實驗研究結果發現(1)潛堤對不同波長的入射波會有不同的消波效果,在這其中會對某一特定波長產生最佳的消波能力(最大反射率)且將潛堤改成透水式潛堤則其反射率會降低,再者入水口孔徑愈大,反射率會愈低、(2)研究中所設計的透水式潛堤在水平出水口處會產生射流,有削減堤頂上方透射波所形成之渦流的功能,但射流如過大反而會形成更大之渦流強度、(3)渦流的產生會引起侵蝕,而堤頂壁的侵蝕會造成上方結構被破壞,其中以C 結構物最嚴重;而堤腳的侵蝕會造成潛堤傾倒,偏離原位置,失去原始功能,其中也以C結構物最嚴重、(4)透水式潛堤,其水平入、出口之孔徑比例如不超過3/2,則會在本體之穩定性表現較佳、堤後產生之渦流強度較低與渦流影響範圍會較小。海岸防禦之施工方法選用何種結構物來保護海岸,應慎重考慮其立即性及長期性之影響,避免保護施工方法選擇不當,長期後反而更難保護;此外在設計上除要求結構物本身安全並發揮最大保護效果外,應使其對鄰近海岸之影響降至最低,就潛堤而言,因其承受巨大的能量,所以壽命也十分有限,故在消波效果、潛堤壽命長短與生態保育等方面取一平衡,是相當重要的。

數位攝譜儀及其數位分析方法

「數位攝譜儀」是利用光柵分光,使用數位相機拍攝光譜。「數位光譜分析法」是電腦軟體程式,可將拍攝到光譜數位影像放大成「馬賽克」,作為光譜的最小「色塊」,並將每個色塊轉換成一組七維的顏色座標[(波長),R(紅),G(綠),B(藍),H(色相),S(彩度),B(明度)]分析光譜,可精確測量各種未知光源放射出的光波波長、鑑定原子光譜,且操作方便,無須使用電路設計,其中: 1. λ座標係由光譜線的位置(x,y)轉換而來。 2. R、G、B座標則記錄對應的紅、綠、藍色成分強度 3. H(色相)為紅、黃、藍分佈於360?色環,表示「色彩相貌」,是顏色的特徵。 4. S(彩度)為色彩中灰色的含量,灰色含量越低,彩度值越高,色彩會越飽和。 5. B(明度)為色彩的明亮程度,數值越高接近白色,數值越低接近黑色。 我們完成以下實驗:\r 1. 測量氫、汞及鈉原子的原子光譜,建立「數位光譜資料庫」。\r 2. 鑑別波長589.0、589.6奈米的鈉雙線。\r 3. 比較數位相機影像與光學相機正片的色彩顯影。\r 4. 鑑定太陽光譜中的吸收光譜(Fraunhofer Lines)。\r 5. 分析獵戶座α、β的可見光光譜。\r 6. 用顏色座標(λ,R,G,B)測量發光二極體的波長範圍。\r 7. 比較He-Ne雷射與雷射光筆放光的波長範圍,發現雷射光筆之光並非單頻。\r 8. 使用光感應器測量LED於不同距離的照度,發現約與距離平方成反比。

紗窗大小與通過風速的關係

想必大家的家裡面多多少少都會裝紗窗或者是紗門吧!其目的是在於防止蚊蟲進入,但是經過了這一道阻隔卻往往造成夏日涼爽的清風無法有效進入室內。本實驗的目的即在於探討是哪些可能因素造成了風在通過紗網時流速的變慢。首先在實驗一中我利用了線香來拍攝氣流通過紗網的軌跡,以推論紗網密度與紗網前後風速變化量的關係,接下來在實驗二中我測量同一高度下,紗網前後各點的平均風速,進而確定紗網網格密度、網徑大小以及通風面積比(網孔總面積/模型總截面積)均會造成風速的變化。最後經由風洞內各點的壓力分佈分析得知,風速之所以會減弱是因為紗網網格過密,形成了風阻,阻礙了風的流動,所以風在吹到紗網前,風速早就已經降下來;而經過紗網時又阻礙了一部分的風量,故在紗網後的我們才會感覺風明顯的變弱。但同一紗網對不同的入口風速造成的風速降低比例大約是相同的,不因其入口風速的快慢而改變;而且紗網網格密度越小造成風速降低比例值則越小。

蛋殼中CaCO?之定量研究

本研究利用高中三年所學之熱重分析(1)、排乙二醇速率(2)、酸鹼滴定(3)及等壓差(4)四種方法推求蛋殼中CaCO3(s)含量。熱重分析試驗是以質量守恆及嘗試錯誤法之概念推得所求,試驗結果,一般蛋殼粉體中CaCO3(s)含量為90.8%,土雞蛋殼粉體為93.9%;排乙二醇速率試驗是利用非勻相反應中,相同接觸面積下,排乙二醇速率與市售CaCO3(s)及蛋殼粉體中CaCO3(s)含量成正比的關係推得所求,所得結果,一般蛋殼粉體中CaCO3(s)含量為87.3%,土雞蛋殼粉體為\r 89.4%;酸鹼滴定試驗是以逆滴定的方式進行,試驗結果,一般蛋殼粉體中 CaCO3(s)含量為88.7%,土雞蛋殼粉體為91.4%;等壓差試驗是於相同壓差下,比較市售CaCO3(s)及蛋殼粉體所取克數,結果顯示,一般蛋殼粉體中CaCO3(s)含量為87.8%,土雞蛋殼粉體為90.4%。本研究於試驗結束後,以文獻(5)提及之蛋殼粉體中CaCO3(s)含量92.0~95.8%為標準值進行試驗誤差分析。本團隊於此研究最大之收穫,即是將高中三年所學,學以致用,並得到從做中學的寶貴經驗。

綠電池的化學推論

葉綠素為自然界中常見於光合作用生物體內之物質,在能源領域內也有不少的應用。本研究探討葉綠素作為普通化學電池之電解質、染料敏化太陽能電池之染料與新型葉綠素電池中自發物質時之化學反應,另外也探討葉綠素之濃度對於發電效能的影響。當葉綠素作為電解質之實驗中,將使用鋅銅電池組為對照組,改變陰極溶液及鹽橋為實驗組,分析數據圖並推測其運作原理。自發物質之實驗運用一裝置由兩片玻璃與兩片矽膠片組裝而成的電池,改變電解液與光照有無來探討葉綠素在該電池中是否有明顯的氧化還原作用,並推出化學反應式。染料方面使用二氧化鈦製作染料敏化太陽能電池,加入葉綠素作為染料。結果顯示葉綠素可自身氧化還原,而且葉綠素本身是弱電解質。

昆蟲纖維水解酵素生產及其於生質能源應用上的特性

纖維素是最豐富的再生能源之一!如何有效的將多醣組成的纖維素水解成單醣並加以應用是生質能源發展上的一大難題。我們以真菌Trichoderma reesei 纖維水解酵素作為對照組,研究兩種新發現的昆蟲纖維水解酵素CH1、CH2 與纖維素是否具有結合區位,同時探討結合區位對不同纖維素的影響,並進行水解反應。蛋白質電泳實驗證實T. reesei纖維水解酵素確實能與纖維素結合。家蠶生產的CH1、CH2 因體液未純化,改採西方墨點法分析。參酌實際水解的結果得知:具結合區位的CH1 較無結合區位的CH2 水解效率高。昆蟲纖維水解酵素(CH1、CH2)較商業用真菌酵素(T. reesei)水解效率高。本實驗使用具東方特色的家蠶作為生產CH1、CH2 的平台,除提高效率外,亦可作為台灣生技發展領先全球的特色。

應用橢圓曲線在中文加解密之使用探討

在此次的科展中,我們將利用高中數論所學的同餘運算,來進行加解密計算。並利用橢圓曲線逆運算不易的幾何特點[4][5],來確保明文加密後的安全理論並設計出結合中文加密模式。我們研究結果如下:一. 公式分析:我們先引用橢圓曲線的加解密運算式分析出它的數學原理,進而推算出其關係式以進行電腦演算。二. 演算法內容分析:由公式分析出的結果,我們開始為每一個中文明文進行編碼,並歸納出其關係式來推論出可用的加密點。三. 由橢圓曲線上的可加密點來進行中文注音及標點符號的編碼,並以馬致遠的「天淨沙」來實作出我們模擬的成果。

畢卡索的心情調色盤—色彩感受與語意知覺連結的研究

蒐集各色系的圖片,分析不同圖片的色彩比例,再與色彩理論中出現的色彩形容詞進行關聯性分析。利用問卷調查,了解色彩與語意知覺的關聯性,加強色彩與形容詞的連結。將統整後的資料建立成資料庫,撰寫程式,針對使用者選取的形容詞,提取資料庫中的內容,以不同的配色方式,對使用者的需求提供色彩配色推薦。

螺旋藻分解物對乳酸菌抗酸性之研究

現今乳酸飲料風行,但是乳酸菌是否真能通過胃酸到達腸道為人體利用?首先以市售乳酸菌粉做為材料,研究其適合生長的酸鹼值,再於培養基中添加不同濃度的螺旋藻分解物,利用分光光度計測乳酸菌的生長能力。結果顯示乳酸菌的抗酸能力提升,利於人體利用。此外,還自市面取樣 4 種廠牌,種入不同螺旋藻濃度的 Thioglycollate 培養液中,測其吸光度,發現細菌的菌種與菌種數會影響螺旋藻的效果,除此,食品添加物也是妨礙乳酸菌抗酸的因素之一。綜合此實驗所得的結果,相信妥善添加螺旋藻可提升乳酸菌的抗酸性,有助於改善人體吸收,更能促進人體健康,不啻是食品科技的一大發現。

師大附中校園黏菌相之調查

以往師大附中的學生對黏菌的研究偏向於原生質體的培養,很少作過分類方面的研究。作者自 1994 年 7 月至 1995 年 1 月在師大附中校園尋找黏菌,已發現了 5 科 15 屬 31 個種或種以下之分類群。所找到的都是較大型的種類。針對所發現的種類與基質比較的結果顯示大部份的黏菌出現在朽木和落葉上。作者觀察到有些原生質體能形成休眠體或藉由其他的方法度過較乾燥的時期。本次調查亦證明黏菌在都市環境中並不稀少。