全國中小學科展

高中組

鬼謎藏

我們這次的作品是探討一個撲克牌遊戲-抽鬼牌,其規則如下:一副撲克牌五十二張,外加兩張鬼牌,共五十四張,隨機發牌給二人各二十七張,發完牌後手中的牌同樣點數的兩張必須要丟出,之後兩人輪流抽對方的牌,且抽完牌後一旦手中有同點數的牌就必須丟出;玩到最後,一方手中沒有牌的人為贏家、另一方手中剩下兩張鬼牌的人為輸家。我們的目標是求出拿到各種不同牌型時,贏的機率是多少,最重要的是:找到這個撲克牌遊戲之贏的機率的函數。在求的過程中,我們一開始先畫牌組的樹狀圖並計算贏的機率,觀察機率的值,試圖找出其規律;後來由樹狀圖發現了牌組和牌組之間的遞迴關係,於是我們開始想辦法解遞迴數列,其難度甚高,讓我們苦惱了好一陣子,很高興能堅持到最後,完成這份作品。

微在蛋隙─探討蛋殼奈米孔隙的通透性質

我們觀察到茶葉蛋的蛋殼為褐色,但其蛋白為白色;相反的,茶焗蛋蛋殼為淺色,但蛋白呈現褐色。這種現象使我們對物質通透蛋殼的情形產生了種種疑問,促使我們更深入的研究。 我們參考茶葉蛋與茶焗蛋的製作情形設計實驗後,發現即使同為茶分子,但由於氣態及液態分子間的距離不同,仍會造成不同之通透情形。液態物質不易通過,但氣態分子可輕易通過。蛋殼為卵生動物胚胎時期的保護構造,其表面有許多微小孔隙可使H2O、CO2及O2等維持生命所需之氣態物質輕易地通過。經過實驗發現,蛋殼孔隙易使蛋殼外部的氣體分子通透至內部,但氣體分子不易由蛋殼之內部到達外部。 另一方面,同一顆蛋其蛋殼的不同部位通透情形並不相同,以氣室部分通透最快,而蛋殼尖端之通透最慢。不同蛋殼之間通透情形也不相同,因其不同種類蛋殼間之孔隙大小與孔隙數目都有差異,實驗結果也顯現蛋殼的厚度亦會影響通透度的大小,蛋殼較薄的鵪鶉蛋殼較其他種類的蛋殼更易使物質通過;反之,蛋殼較厚的土雞蛋的蛋殼最不容易讓物質通過。皮蛋由於已經過人工處理過,因而破壞蛋殼表面影響其通透情形,使得蛋殼通透情形呈現不穩定的狀態。 因為工業的發達,環境充斥著污染,空氣中之污染物也會通透至蛋殼內部,空氣污染物溶於水之後形成酸性物質會與蛋殼反應,有些甚至會破壞蛋殼結構、或是腐蝕蛋殼,而間接地影響到生物行呼吸作用必須之氣體交換,故汙染物也會影響蛋殼之通透性。

根與係數關係—有符號的 Lucas 三角錐

本篇文章從”將βm1 +βm2 +βm3 分解成β1 +β2 +β3 , β1 β3 + β2 β1 +β2 β3 , β1 β2 β3 的非線性組合出發,令fm(a1, a2, a3) = βm1 +βm2 +βm3 ,m = 0,1,2,......,我們發現fm(a1, a2, a3)= , i,j,k? N ∪{0},代表 ai1 aj2 ak3且i+2j+3k=m 這一項的係數,在空間座標中,標記在(i,j,k)點上,結果得到許多類似巴斯卡三角錐圖形的相關性質。而 的絕對值在 k=0 時的圖形,是一個 Lucas 三角形 ,因此我們稱 的圖形為”有符號的Lucas 三角錐”。 在探討巴斯卡三角錐 和”有符號的Lucas 三角錐”在X-Y 平面上的奇偶性圖形時,結果竟然發現只要把巴斯卡三角錐的奇偶性圖形往 X 軸正向移動1 單位就能和”有符號的Lucas 三角錐”的奇偶性圖形全等,這使我們更想知道巴斯卡三角錐與”有符號的Lucas 三角錐”在空間中的奇偶性圖形之間的關係。 最後我們將 的相關性質推廣到四維的情形。

生態密閉系統?生物與理化因子之探討

生態系透過生物成分與非生物成分的交互作用,可以讓物質供需、能量流動、空間運用、代謝維持等達到相當程度的穩定性。本實驗試圖建立一個密閉微型的生態系統來探討密閉生態系統平衡及穩定的因素,以碳氫氧循環及氮循環為主軸,來著手建構密閉生態系統。首先透過調查水族生態系統來提供實驗的大致方向,進一步從數種生產者、消費者和分解者中選擇在食性上和元素循環穩定的生物種類,分別是水蘊草、黑殼蝦和硝化菌。針對生物因子分別進行水中溶氧和二氧化碳的定量分析和並作時間變化關係圖,試圖找出生物變因中能達成穩定的質量比例,其中生產者和消費者以 8:1 能呈現出最持久穩定的狀態,再加入分解者後我們對此密閉生態系統進行長時間的觀察,並針對數種理化變因作橫向分析比較,發現空氣和水比例以 1:2、光照介於 1200~2400Lux、光照 24 小時、以及加入底砂對於此密閉生態系統的穩定有所幫助。因此,依照我們自行試驗所選擇的生物種類、比例和所處理的理化因子著手製作出密閉『生態球』,雖然此微型生態系只維持了近一個月,但是讓我們對高一生態學所闡述的概念有更深層的認識。

金屬腐蝕與環境

近幾世紀以來,由於工業革命的成功,金屬材枓在我們的生活中造成了舉足輕重的影響,在我們周遭一定不難教現金屬的蹤跡。大多數的金屬在大氣中或腐蝕介質中,因它們的熱力學性質是不穩定的,有自發腐蝕破壞的傾向。而台灣位於亞熱帶地區,氣候潮濕且高溫,又近年來由於工商業發達,工業及汽機車廢氣造成了普降酸雨,使建材和機具皆暴露在惡劣的環境中,影響建築及公共安全問題甚巨。因此研究腐蝕及防護腐蝕,不單是科學技術問題,更是關係到保護資源、節約能源、保護環境、保證安全生產的重大社會問題相經濟問題。

瓜農的奧祕~西瓜成熟與聲音的關係

一般人從小就知道如果要判斷西瓜有無成熟,只要用手輕拍瓜皮,利用聲音的特性就可以知道西瓜是否成熟,此技術看起來容易,卻需有多年經驗之西瓜商始可為之。本研究利用拍擊西瓜所造成之聲音進行非破壞性音波檢測,來探討西瓜之成熟度。換言之,本研究希望在依照西瓜商拍擊的習慣下,從客觀的科學角度,探討存在於西瓜商手上「聽音辨瓜」的奧秘。由研究結果得知,西瓜的拍聲在頻譜中可分為三個頻區,即西瓜殼所造成的高頻區,水及含水量高的果肉所形成的中頻區,及由空洞及含水量低的果肉所造成的低頻區,而西瓜商就是藉由這三種音頻所表現出的綜合效果進行判斷。

回鍋再利用---葡萄糖讓壞油變好油

回鍋油的環保問題始終為討論的課題;重覆使用有健康之虞,廢棄倒入水槽,不僅會黏貼在水管中,孳生蟑螂細菌,排放到河川又污染水質,對生態環境的影響很大;台灣每年廢棄的食用油約有二十萬噸,佔了生活廢棄物的一部份,是不得不注重的環保問題。本研究便是提出一個方法,希望能將回鍋油中仍有某些有用的成份,提取出來再利用。因為脂肪酸的羧基(-COOH)與另一化合物的羥基(醇基,-OH)會產生酯化反應得到酯類;油脂的成分一般為三酸甘油脂,即是三分子脂肪酸的羧基與一分子甘油的三個醇基發生酯化反應所得到的一種酯類。而糖類是具有很多的醇基的分子,我們希望能夠利用油品中脂肪酸的羧基與糖類分子上的醇基產生酯化反應,形成一種分子量更大、穩定性更高的新油品。並進一步嘗試應用在使用過的回鍋油上,以期製成新的油品,如此一來便可以達到降低廢棄油的量、減少污染的目的。實驗結果發現由回鍋油製得的肥皂,較易結塊,且其起泡率亦較佳,洗淨效果最好,所以回鍋油肥皂是絕對值得推廣的。而利用糖類分子所合成新油的部分,我們也合成了許多新的油品,雖然品質及產率還有待改進,但已能證明的這是一個可行的方法。如果有研究機構採用這個方法,也許就有發展成功的一天。

水稻偏食會怎樣

中文摘要 植物體在生長發育的過程中,有許多必要的營養素,一旦缺乏這些營養素,植物的生長 狀況會產生問題,不但會抑制植物生長,植物對外界的免疫力也會跟著下降。在台灣,水稻 不僅是台灣人賴以維生的糧食,更是台灣人引以為傲的作物。但台灣高溫多濕的海島型氣候, 適合多種稻作病害的發生,紋枯病及白葉枯病就是危害台灣稻作主要兩種病害。這些病原菌 的感染直接限制了該土地中植物的生長和生物的存活,間接的影響人類的生活。 本研究中,以水稻為實驗對象,我們主要探討六種水稻生長所必須的營養素:鈣、鎂、 鐵、鉀、氮、磷和水稻之間的關係。我們將水稻種植在缺乏某種特定元素的培養基中,觀察 其生長的異狀,以便於得知某特定元素對於水稻生長發育的影響為何。之後,再將缺乏各種 營養素的水稻及營養素供應正常的水稻,分別感染白葉枯病病原細菌及紋枯病病原菌,觀察 受感染的水稻之損傷程度,並檢測受感染植株中過氧化氫酵素活性的變化,試著歸納出其防 禦機制和營養素之間的關係,期望對其防禦機制能有進一步的了解。 英文摘要(Abstract)\r When plants grow up, there’s a lot of necessary nutrition. Once plants lack of this nutrition, some problems will occur. It can cause plant growth retardation and decrease the immune ability to the surroundings. Rice is a main cereal in Taiwan, and we are all proud of it. However, rice is frequently attacked by many pathogens , such as Xanthomonas oryzae pv. oryzae and Thanatephorus cucumeris. The infection directly limits plant growth and survive of organisms, but also indirectly effect life of human. In this research, we study the effect of nutrition deficiency such as nitrogen , phosphorus, potassium, iron , magnesium and calcium deficiency. First , we cultivate the crops on the media which lacks of some specific nutrition. After intensive observes on the plants, we can slightly discover the relationship between these nutrition and the plants. After the plants are infected by the pathogens (X. oryzae pv. oryzae and T. cucumeris) in two weeks, we record the spread of the lesion size resulted from the infection. The changes of Peroxidase activity after infection are also studied. We hope we can get a deeper understand about the immune system of rice.

醇水之蒸

在實驗中,我們將探討拉午耳定律的偏差現象,測定混合液體的蒸氣壓、混合後的反應熱以及一系列的醇類之間關係,再比較不同種類的溶液性質。藉由實驗結果試著解釋為何蒸氣壓為正偏差的酒精溶液,混合後體積會減少以及為放熱反應。我們也將測量數種物質,包括有、無揮發性的物質,固定濃度的混合液體,改變其溫度,觀察蒸氣壓,分析其中的關係,並藉由數據推出關係式,並試著預測其沸點。最後,我們在實驗中發現,不同濃度的酒精與水混合液中,在特定濃度時會有混濁現象,我們去模擬內部結構,探討混濁形成的原因,藉由巨觀的現象去了解微觀的實際情形,使我們有更多討論的空間。

滲透來去

為進行綠色實驗,達到實驗器材微型化的目的,使用毛細管及離心管取代高中課程中的U型管,我們選用毛細管來觀察兩端液面差(△D) ,並將毛細現象可能造成的誤差(△H)納入校正後,解決了一般滲透壓實驗耗時、效率差的問題,一套不到60元的有效率的簡易滲透壓儀便成形了。滲透壓為一種依數性質,溶液中粒子的數量會影響滲透壓的大小。在滲透壓公式:P=i*CMRT中i為范托夫常數,故我們選擇i不同的3種溶液(C6H12O6、NaCl、Na2CO3)來進行實驗,並建立簡易滲透壓儀測量3種溶液(C6H12O6、NaCl、Na2CO3)的毛細管液面差(△D-△H,經毛細現象校正)與濃度關係式如下: C6H12O6: P實驗值=[ (△D-△H)+3.2/17.6]xRxT*i NaCl: P實驗值=[ (△D-△H)+0.7/14]xRxT*i Na2CO3: P實驗值=[ (△D-△H)-3.67/6.93]xRxT*i