全國中小學科展

國中組

殼殼好朋友-探討甲殼素和筍殼碳複合材料的吸附能力

我將甲殼素與筍殼碳依7:3、6:4、5:5、4:6及3:7比例混合製成複合物,吸附不同濃度的硫酸銅、亞甲基藍(色素)、硝酸鉀(無機鹽),複合物不同比例間對於銅離子、色素、硝酸鹽的吸附情形都不同,銅離子甲殼素比例高吸附好,色素碳比例高吸附好,硝酸鹽甲殼素比例高吸附好,但甲殼素價格高而碳的價格低,添加後除可降低成本,還可應各種不同需求選擇不同比例的複合物,而5:5的吸附效果與甲殼素相近,且成本較低,製成片狀易於回收,所以利用價值最高。

網絡儀作圖的探討

網絡儀( Spirograph )(如相片)的構造是使一小圓在一大圓內部,靠著齒輪囓合,沿著圓周滾動(如圖二)在小圓上((非僅圓周)一點開個小洞,用筆揮入,就可隨著小圓的滾動而描繪出許多美麗的曲線,把玩之際,我們發現這曲線有某些特有的規則性,更有其特殊的數學意義。但一般市面上所見多僅只有一個大圓配合若干個小圓,供人畫圓玩耍而已。事實上,在爾後的討論中,我們將發現,若有足夠的大小不同的大圓與小圓(即不同齒數)供我們選擇時,則網絡儀可發揮極大的作圖功用,在數學上實具有其不可忽視的價值。

魔數

當數學課上到數形關係時,想起之前偶然看到的一個遊戲,便向老師請教是否與所學的單元有關,老師也覺得頗有趣,於是我們找了幾位志同道合的夥伴研究討論。該遊戲的規則是這樣的:將點數為1~10的10張撲克牌疊成一疊(背面朝上),翻開第一張為數字1,第二張放到最底下,翻開第三張數字為2,第四章在放到最底層下,依此類推,使得撲克牌出現的順序依序為1~10。餵了找到如何排列能使撲克牌出現順序合於上述規則,於是展開我們的研究,結果發現此10張撲克牌的排列順序隱含著某些規律且可延伸至更多張的數字牌,此外,更能進一步的推出某個位置該放何數字或某數字該放置於何位置的規律。

高頻電磁波對基本生命單元的影響及探討

本研究探討高頻電磁場作用對單元細胞生命體作用的影響與電磁屏蔽環境的保護效能。實驗研究使用酵母菌和雄雞精子,施加 20KHz 至觀察電磁輻射對動物精子和菌類生命活動各有何影響。本實驗比較乾酵母菌粉與潮濕活化酵母菌受電磁作用狀態,以瞭解休眠狀態中的生物體對電磁波有沒有保護作用。進一步使用鐵磁性金屬與非鐵磁性非金屬物質,作成完全密閉及部分遮蔽容器,探討電磁屏蔽環境的保護效能。歸納實驗觀察結果得到:(一)受電磁場作用的潮濕活化酵母菌比沒有受電磁場作用的酵母菌,對葡萄糖溶液的發酵能力明顯減弱。(二)電磁場作用在乾酵母菌粉,對葡萄糖溶液的發酵能力有點變弱,但是並沒有明顯衰竭。(三)施加電磁場的雞精子生命活動力明顯地比沒有施加電磁場者還要弱。(四)施加較高頻率電磁場的雞精子生命活動力比施加較低頻率電磁場者易提早衰竭。於電磁屏蔽環境實驗結果歸納得到:(一)使用鐵磁性金屬完全密閉容器,能有部分電磁防護效能。(二) 鐵磁性金屬之部分遮蔽容器,會有些許電磁保護功能,但是並未十分有效。(三)非鐵磁非金屬之紙黏土物質作成完全密閉及部分遮蔽容器,則幾乎不具有電磁保護作用。上述結果近一步結論:(一)電磁波輻射對動物精子和菌類的生命活動力都有負面影響。(二)休眠狀態中的菌類生物對電磁輻射具有明顯的保護作用。(三)較高頻率的電磁場會對動物精子活動力造成較高的衰竭影響。(四)使用鐵磁性金屬作成完全密閉容器,才能有良好電磁作用防護效能,而作成部分遮蔽容器,則未具有完全保護作用。另外,本實驗還發現,電磁場作用對動物細胞造成生理機能的破壞,是隨著電磁場作用的時間漸漸累積而衰微,並不是突變式的破壞。這告訴我們在使用方便的無線通訊和高速電子運算的時候,除需避免長時間曝受高頻電磁場作用外,應該留意如何有效屏蔽或減少電磁場的作用。

線條穿越方格之謎

本研究主題是由計算方格紙上某特定矩形的對角線所穿越的方格數為起點,進一步深入探討『方格紙上,任意的曲線所穿越的方格數該如何的計數,並尋求其一般性的解決方法?』我們從開放曲線(含線段、折線段、曲線段)開始研究,先找到了遵守「最短路徑」的一般性解法;再配合「反曲點」將原線條做有效的分割,而將不同的曲線段做適當的組合計數,最後完成對任意封閉曲線的探討,並歸納得到完整的一般性的解決方法!

乾與濕的策略-捲葉濕地苔和水的關係

這個研究在探討捲葉溼地苔(Hyophilainvoluta)和水的關係,主要的結果包括: \r 一、形態、構造、生活環境等:假葉是由單一層細胞構成,細胞小而規則,成群體生長,58 株/1c㎡、126 株/1g,在潮濕的環境中,較常出現孢子囊,而在較乾燥的環境下則較少。 \r 二、乾旱與吸水:捲葉溼地苔在失去水分達一定程度後,細胞生理會產生一些改變,使水分不易再散失。而吸水過程主要由葉完成,二分鐘之內可吸飽水(水重達本身重量的573%)。我們推測乾燥始捲葉濕地苔細胞質濃度增高,這可能是捲葉濕地苔葉片能快速而大量吸水的原因。 \r 三、經乾旱後對生理的影響:經短期乾旱處理的捲葉濕地苔,再供水後,竟能迅速恢復光合作用,尤其第一小時的光合作用率,甚至比水分充足的樣本還高。但乾燥四天後光合作用率開始下降,到第十天已低於新鮮樣本的光合作用率。

綜合性實驗設計一密閉器中燃燒與氣相成分變化之研究

在國中理化課木第一冊第四章空氣成分中,我們發現蠟燭燃燒後能使瓶內水位上昇的奇妙現象,使我們深深體會到空氣的奧秘,也因為如此才促使我們更加好奇的想了解空氣的真面目,以及改用酒精、鎂帶等來代替蠟燭重新設計多樣化實驗裝置,以利更深入的探討和研究。

n柱河內塔的策略研究與最佳化通式的尋找

我們研究出 柱河內塔的移動,可透過優選得到最佳化,並推出其通式。成功的解決了”Explorations in 4-peg Tower of Hanoi” ( Ben Houston & Hassan Masum , 2004 )這篇論文,所談及的『百年來,河內塔4柱以上的移動是不能証明最優化』。在研究過程中,我們透過移動策略與優選方法,發現將 柱河內塔完成移動所需的最少步數,依序寫成數列,其間關係存在有趣的巴斯卡三角圖型,利用此關聯性,我們成功的導出4柱、5柱、6柱的公式及可一般化的 柱最佳化通式,完整的解決 柱河內塔長期以來未能解決的問題。

消長

課堂上曾碰到右題:已知,問圓 O 上那一點與 AB 所連成之三角形面積最大?當我們求出此點為 之中垂線與圓 O 中優弧的交點 M 時,老師隨即提出另一問題:此時三角形的周長是否也最長?由此引發探究的興趣。

「杞」幻之旅-探討黃杞翅果緩降落的飛行模式

黃杞翅果依左翅、中翅、右翅的比例分為四型。垂直方向的飛行模式可分為自由落體期,減速期和緩飛期,翅果先快速落下,接著翻轉減速並開始轉動,轉動後以接近等速的狀態落下。水平方向的飛行模式則以種子為中心轉動,翅果的角速度先增加,再減速下降,進入穩定狀態,以接近等角速度轉動。不同類型的翅果飛行模式略有差異,第一型(標準型)的翅果,飛行模式最為穩定,落下的速度小且飛行時間長,緩飛的效果最好。第二、三型左右翅長差異大,則飛行不穩,落下速度大而飛行時間短,第四型三翅近等長,最易轉動但飛行模式也較不穩定,落下速度比第一型大而飛行時間短。黃杞翅果的飄移距離小,並可承載6倍種子的重量,可作為空投飛行器的參考。