全國中小學科展

高中組

以太陽光誘發水溶液中光觸媒與Cr(VI)間之光化學反應及其可能機制

近年來,光化學的技術廣泛的運用在我們的日常生活當中,但針對無機物方面的去除效果以及進一步的機制研判似乎較少被探討,因此本研究挑了課本中常見的重金屬汙染物'鉻'做為我們去除探討的對象。一般光催化反應主要依賴耗能的紫外光提供能量來激發光觸媒產生光生電子電洞。本研究主要係利用太陽光,在控制水溶液不同起始pH值、光照強度及添加不同電洞補捉劑下,討論比較誘發兩種光觸媒(ZnO, TiO2)與Cr(VI)間之光催化反應之效果及其可能之反應機制,再以固相及液相分析推論出其中可能機制。結果顯示,pH值的變化影響TiO2比較顯著,太陽光強度越強效果越好,電洞捕捉劑以Na2-EDTA幫助效果最顯著,ZnO可吸附之Cr多於TiO2,ZnO於反應過程中會酸腐蝕溶出升高水溶液pH值。

絕對零度的簡易求法

利用燒杯、量筒、溫度計等簡易的實驗器材,藉由測量不同溫度下量筒內氣柱的體積,經過體積校正及線性迴歸等處理,可以求出絕對零度的攝氏溫度平均值為-277.70±6.95℃,和理論值比較,絕對誤差為 4.55℃,百分誤差為 1.7%。由實驗結果發現:起始氣柱的體積愈大、讀取數據的溫度區間不超過 10 至 80℃及使用降溫方式進行實驗,所得的數值較為準確,而且,無論使用空氣或氦氣進行實驗,所得的結果並沒有明顯的差別。

紅景天對生物體缺氧之細胞層次研究

高山症,是一種因處在低壓缺氧的高山環境裡,使得動脈血中含氧量降低所引發的多種不適症狀,而西藏藏藥「紅景天」被認為可以緩和高山症的症狀。紅景天是景天科紅景天屬(RhodiolaL.)的多年生草本植物,主要分布在海拔3500~5000公尺左右的高寒地帶。紅景天屬的植物種類繁多,而其化學成分也有所差異。根據研究指出,有多種紅景天屬的植物具有多種療效,其中「抗缺氧」的藥效,可能成為未來對抗高山症的重要藥物之一。我們的實驗主要研究紅景天藥物在細胞層級上的影響,藉由處理過紅景天藥物的HepG2肝癌細胞之蛋白質分泌量改變,探討紅景天對於高山症治療的可能影響。我們發現HepG2細胞經過高濃度紅景天藥物處理後,會產生死亡的現象,並非坊間所普遍認為的無毒、可大量服用。但在適當濃度下,的確可以觀察到transferrin及albumin分泌量隨著藥物濃度的增加而上升,且在缺氧的環境下,transferrin仍維持此差異,但albumin在缺氧環境下的差異並不明顯,所以albumin在細胞調控缺氧這方面的功能仍有待進一步的查證。

溢流切斷裝置之研究

本溢流切斷裝置包含特製玻璃空管、浮子及彈簧。正立時,浮子重力與彈簧彈力合力等於零,因此彈簧完全壓縮呈開啟狀態;傾斜時,浮子重量於斜面之分力變小,使彈簧壓縮量減少,將浮子上推呈關閉狀態。因銅浮子表面μs(0.4152)較不鏽鋼(0.2131)大,較為粗糙,導致開始作動角度較大。為配合浮子作動,選用彈性係數較小之k3彈簧(彈性係數3.119gw/cm),k1(19.567gw/cm)、k2(32.262gw/cm)則因無法被浮子壓縮而不採用。為了加強氣密,挑選出不受浮力影響且密合度高的橡皮球。由流體流量定角試驗可測得不鏽鋼、銅浮子開始作動角度為47.8°、65.3°,完全關閉角度為67.0°、83.1°。裝置完成後,將其應用於生活中,包含:瓦斯桶關閉裝置、垃圾桶關閉裝置、飼料餵食器、水位預報裝置、娃娃車煞車器、水溝蓋防盜器、機車傾倒警報裝置、枴杖警報裝置,共計八項之設計,呈現裝置應用之廣度。

一波多折

當一顆球在撞球桌上晶無數次與桌邊碰撞,則入射角之間有啥變化呢?如果撞球桌不是長方形而且是正n 邊形時?球的出發點是否跟角度之間有關係呢?讓我們一起來探討這個問題吧!且當正n 邊形時,球由任一邊的中點出發且能碰擊其他各邊θ 的取值範圍,若不是由中點出發而是由任一點出發,那又是什麼情形呢?如果是任意凸n 邊形又有什麼情形?

ㄧ圓復駛

本文是從一個正三角形的內切圓切線所延伸出來的數學問題,假設O為正△ABC的內切圓圓心,在靠近頂點A附近的弧上選一點 ,過P作圓切線,並與AB,AC交於D,E兩點,我們發現當P恰好落在AO上時,可得AD/DB+AE/EC=1,後來又發現即使P在AB, AC兩條切線範圍內的弧上游走,仍然有AD/DB+AE/EC=1的性質。過程中我們將正三角形延伸至正方形、正n邊形都發現依舊保持等於1的性質,接著我們考慮任意三角形或任意四邊形是否依舊保持等於1的性質,我們利用仿射變換及射影變換來處理這些情形,以下就是我們的研究成果。

在水中上升之氣泡其長軸長度對其運動情形的影響

氣泡在水中運動時其形狀會近似於一橢圓體,我們利用攝影機分別垂直於兩垂直平面做拍攝記錄,並藉由影像軟體進行分析,定出其位置,發現它上升的路徑有時會在一平面上做來回運動,而來回運動的偏移幅度與氣泡本身的大小有密切關係,因此我們試著歸納出氣泡大小對其運動路徑的影響。我們討論的氣泡大小為長軸長度介於0.42㎜與4.36㎜之間,其中氣泡長軸在2.25㎜以上時會有明顯的來回運動,在長軸為2.96㎜時第一週期振幅即到達最大值,並隨著長軸長度的增減而減少,我們也發現垂直速度的第一個高點,會隨著氣泡長軸的增加使發生時刻延後。此外,我們設計了實驗,證明氣泡在水中會沿一平面做水平來回運動,是由於氣泡形變所造成的。

利用異位表現研究果蠅複眼發育相關基因之作用

眼睛是生物演化過程發展出的一精密器官,其發育過程必有許多基因參與作用。然而,那些基因與眼睛發育有關?這些基因有什麼相互關係?它們的作用方式又是如何?這些都是有趣而亟待探討的問題。\r 為了探討眼睛發育的基因調控,本實驗選用了果蠅為材料,利用異位表現(使基因表現於原本不表現的地方)的方式,研究與果蠅複眼發育有關基因的作用。選用果蠅為材料的原因有三:\r (一)複眼雖精密,卻非實驗室飼養條件下生存所必須,即使很嚴重的突變種都可以有一定的存活率。\r (二)果蠅幼蟲時期有器官芽( disc,以後發育為果蠅成蟲的各器官),由 X - gal 染色技術,可以清楚的看出器官芽的變異情形,藉此可以追蹤基因在發育極早期的表現情形。\r (三)許多果蠅的基因,在高等動物(包括人類)中,都有 DNA 序列極相近的同源基因發現,本實驗希望由較簡單較易實驗的節肢動物著手,期能為生物眼睛發育提供一相通的基因調控模式。\r 目前, ey , eyg , dac , dpp pathway (包括 dpp , tkv , Mad )與 wg 等基因被認為可能與果蠅複眼早期發育與形成密切相關,本實驗即針對這些基因,探討它們的功能與相互關係。

爆破時能量與動量的測定

雙十節晚上,淡水河畔萬頭鑽動,人人仰首望天,期待那目眩神迷的一刻。突然,清脆的爆聲一響,但見星星點點的火花,爭先恐後地四處奔竄,一剎時,黑茫茫的夜空,竟變得那般綺麗動人。觀眾看得眼花撩亂,歡聲與掌聲轟然雷動。但是,爆破時能量與動量又該如何測得呢?吾人是不是可以設計一種簡單的爆破裝置,藉實驗測得爆破時的能量與動量?

立體空間密碼問題

這次科展我的主題是──平衡中心的研究,這是延續我國三時的科展──「垃圾處理場的位置問題──平衡中心的研究」而來的。 問題是:已給定空間中 N 個相異點 Ai, i = l , 2 , ……, N ,求一點 P0,使得 這個問題的來源是:在一平而上有幾個城鎮,位於 A1 , A2 , …… AN,要共同設置一個垃圾處理場。設場的費用是一定的,而設立之後的費用一一運費,則和與諸城市之距離和(及垃圾重量)成正比。場址 P 應設何處方使運費最少?運費就是( P )。 這個問題並不好做,我只做出城鎮都在一直線上的等權、(垃圾等重)不等權情形,三鎮、四鎮(不共線)的等權情形,及附帶的,假設運費與距離平方正比時之情形。 現在上了高中,學到三維的空間,於是我們應該將平面上的城鎮推廣為空間中的鎮,即諸 Ai不必共面! 在平面的情形中,等權三鎮情形最是有趣,所以我主要做的,也是比較可能做的,是空間中等權四鎮的情形。