全國中小學科展

高中組

黑眶蟾蛛腮腺之微細構造、發育、免疫細胞化學鑑定及分泌物之生化分析

腮腺( Parotoid gland )是蟾蜍科( Bufonidae )種類特有的器官,其功能可分泌毒液,藉以嚇阻天敵, David ( 1956 )討論到光顯層次的腮腺微細構造;事實上,許多超顯微的構造,如分泌顆粒即無法利用光顯辨識;故研究者選擇台灣最常見的黑眶蟾蜍( Buro melanostticus),進行其腮腺光顯、電顯層次的腮腺微細構造。 根據研究者已往對黑眶蟾蜍生態的調查,可發現一些體長在 1 ~ 2 cm 的個體,便已具備腮腺的構造;由此可衍伸出下列的問題:在蟾蜍的蝌蚪時期是否已具備腮腺?在蝌蚪何時的發育階段時,腮腺才會特化成一個器官?目前關於蝌蚪皮膚腺體發育的研究顯示:在早期的發育階段,並未在蝌蚪皮膚中發現任何具分泌能力的腺體,此表示在變態期間,蝌蚪皮膚中有一些細胞會轉變成具分泌毒性物質的腺體 ( Tatsunori et a1., 1959 ) ;又證實此些腺體是在變態期間自表皮細胞開始發育 ( Bovloerg 1963 ) ; 而關於蟾蜍腮腺發育過程的文獻則闕如;故研究者初步利用掃描式電顯觀察蝌蚪皮膚的變化;並利用光顯觀察皮膚內腺體的變化,期能對上述的問題進行解決。

太陽能滅蚊燈

近年來隨著科技進步,工業的污染越來越嚴重,造成全球暖化、溫室效應…等環保問題、原來只存在於熱帶的病媒蚊慢慢傳播出去,造成登革熱越來越嚴重,病毒藉由病媒蚊子的叮咬傳染開來,而這些病媒蚊都生長於積水容器、廢輪胎、花盆、水槽、冰箱底盤…等,造成了許多人生命、財產的威脅。然而,現今市面上有許多的防護設備,像是補蚊燈、電蚊拍、殺蟲劑…等,並不能完全的消滅這些病媒蚊,人們大量使用殺蟲劑還有可能造成蚊子基因突變,產生出抗體,反而造成了反效果。我們所設計的太陽能滅蚊燈,特別利用昆蟲的向光性,蚊子喜愛燈光的波長,再加上綠色能源太陽能來進行能量轉換,達到節能的效果,將病媒蚊加以消滅,進而減少登革熱的病例發生,維護大多數人們生命財產的安全。

君子“號球”

本次研究的靈感來自於2011年亞太數學奧林匹亞競賽初選考題中:「將10個箱子編號為1 , 2 , 3 , … , 10,另將10個球編號為1 , 2 , 3 , … , 10。今規定編號i的球只能放入編號1 , 2 , 3 , … , i的箱子 , i = 1 , 2 , 3 , … , 10。求恰有一個空箱子的放球方法數?」 此報告由原題向外延伸,運用「遞迴數列」與「排列組合」找出關係,從10個箱子空任一個箱子的總方法數,推廣到m個箱子空任n個箱子的總方法數,其結果與Euler's triangle相符。最後也將限制條件加以改變,包括奇偶數、改變球數與限制容球數,並討論其解法。

恆星系統與三體運動穩定性的模擬探討

我們在討論天體運動時,當只有個天體,就行等速度運動;兩個大體時,軌道呈圓錐曲線;但是三個天體的運動分析並不能算出解析解,而只能以數值分析來算出近似值(早期對於太陽系──簡化的三體運動問題──使用攝動理論(先考慮恆星重力,再加入行星的影響)做短期模擬(因為長期的攝動共振可以使運動軌跡完全改觀) )。 一般而言,想要進行預測星體軌道,人們只要解開相關的微分方程式就可以了。雖然如此,經由牛頓的計算,證實了想解出只有三個物體的微分方程式都是極度困難的。它的運動定律指出三體運動的模式沒有解析解 。要預側三體運動,唯一的方法就是利用攝動的理論計算近似值。但是現在藉由電腦的的輔助,我們可以用數值分析的方法去做三體運動的模擬。只要計算夠精確、模擬時間不要太長,都可以得到令人滿意的結果。既然有了良好的土具,就可以探究一些三體運動的問題了。

層出不窮的彩蛋有「心」「跡」—圓內接與外切多邊形及其遞延圖形性質探討

本研究從兩個對偶的定理出發:Brianchon定理「圓外切六邊形三條對角線共點」以及Pascal定理「圓內接六邊形三組對邊延長線交點共線」,以「雙心六邊形共點共線性質探討」的前置研究為基礎,探討「雙心六邊形廣義Brianchon點與Pascal線的軌跡圖形與其邊延長或頂點切線交點連線所遞延形成的圓錐曲線雙心六邊形,其共點共線的可能情形」。研究有更驚人的發現,當雙心六邊形層層遞延所形成的圓錐曲線雙心六邊形,仍保有「三條對角線與三條對邊切點連線等六線共定點(Brianchon點)」及「三組對邊延長線交點與三組對頂點切線交點等六點共定線(Pascal線)」之對偶性質。

聖!聖!聖!100%聖「ㄅㄨㄟ」

曾經看過報導有擲筊比賽連續30個便可以帶大獎回家,我們覺得很不可思議,但那有沒有可能是因為跟筊本身形狀、材質,或者是擲筊的方式有關。而我們也有看過不肖人士利用灌鉛和灌水銀的方式詐欺作法騙財而讓迷信的人們有錯誤的解讀,甚至對他們或是他們的家人造成傷害,所以我們想要從科學的角度來做實驗,試著做出永遠的聖筊,告訴大家不要輕易被欺騙,讓那些迷信的人能明辨是非,對擲出來的結果,不要太過執著,但人們仍可保有信仰,我們目的純屬對不良的筊做研究。

黑鳳蝶兩亞種分類地位與種內分化研究

在國中二年級時,我以蝶類為題參加全國科展,以後我就繼續研究蝶類,在所研究的蝶類中,黑鳳蝶在遺傳與分類上有極高研究價值,亞種間的型態有極端的差異,其中燕尾型僅分佈在日本、韓國兩地,而其他分佈區皆為無尾型(圖一),自75年8月起利用課餘時間到陽明山、台北、埔里、墾丁等處採集無尾型黑鳳蝶,有尾型黑鳳蝶則由日本友人提供,藉著累代飼育來探討亞種間型態、生態上的差異與種內的分化。

花蓮區溫泉菌之研究

台灣溫泉資源豐富,花蓮區約有十個溫泉。目前花蓮溫泉區開發加劇,溫泉生態改變。但查遍文獻,並無人對花蓮溫泉菌做完整研究。本研究對花蓮的交通、文山及紅葉溫泉取樣培養,樣區水溫從文山35℃到紅葉的79℃,pH值 . 6.9~10.4。本研究共分離出12屬菌,革蘭氏楊性菌有Anoxybacillus、Brevibacillus、Geobacillus、Bacillus、Tepidimonas,革蘭氏陰性菌有 Caenibactrium 、Ramlibacter 、Deinococcus、Thermomonas 、Meiothermus、Xanthomonas,在台灣未記錄的有Brachymonas、Ramlibacter、Tepidimonas、Thermomonas、Caenibacterium、Anoxybacillus、Xanthomanas七屬。更換培養溫度時,發現同種菌取自高溫取樣點的菌株較能適應高溫,有受溫度馴化現象;更換異地溫泉水培養後,六屬菌生長情形無明顯差異,顯示水質不是它們分布的限制因子。

對稱跳躍回原點

本研究主題主要在探討在一平面上給定 n 條直線 L1 、 L2 、 L3 … Ln ,若有一點 P0 ,作關於 L1的對稱點 P1 。 P1 又作關於 L2 的對稱點 P2 , P2 又作關於 L3 的對稱點 P3 ,…, Pn-1 又作關於 Ln 的對稱點 Pn , Pn 又作關於 L1 的對稱點 Pn+1 ,如此反覆對直線 L1 、 L2 、 L3…Ln 對稱點 P1 、 P2 、 P3 …,Pm ,在什麼條件下 Pm 會和 P0 重合。這個問題是起源於三角形復原問題:已知三角形三邊的中垂線,要如何作出此三角形呢?我們知道中垂線其實就是兩個頂點的對稱軸。因此,要作出此三角形,如果能先找到這個三角形的一個頂點當作起始點,然後依序對這三條中垂線(對稱軸)作出對稱點,而能再回到起始點,就可以作出此三角形。我先從二條、三條、四條直線的情形開始研究,再逐步推展到一般的 n 條直線的情形。在研究過程中,從線對稱性質,分析四條直線情形,發現任一點依序對四條直線作線對稱,可以簡化成依序對二條直線作線對稱。這個重要性質,對 n 條直線連續作線對稱可依 n 為偶數或奇數化簡成對 2 條或 3 條直線作線對稱。因此再回頭分析 2 條以及 3 條直線的情形後,發展出一種雙重起始點測試法,對給定 n 條直線,會重合到起始點的的條件以及作圖法。這種化繁為簡的方法,完整的解決了 n 條直線的複雜問題。

隨心所欲廣告燈控制

某日與朋友夜遊北市,眼前各式各樣,紅紅綠綠的廣告燈,把累了一整天疲憊不堪的市容,點綴得生氣蓬勃,這些花枝招展的燈飾,似乎象徵著目由、和平、與幸福,多少家庭,趁此一遊市區,享盡天倫之樂。正在大家拍手道好時,吳君卻說:我剛上北市時,也和你們一樣看得出神,不過看久了也就沒什麼新奇了,經吳君這麼一說,頓時人家像被澆了冷水般,靜了下來。於是我們就想看:要是我們能將眼前花花綠綠的的廣告燈心所欲的改變變化方式,那除了對增進市容有莫大助益外,對於促進金融的交流,也未嘗不是一種貢獻。