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國中組

逆流而上~測量物體於流體中所受阻力之創新實驗設計與簡易方法

本研究主要目的是創新設計一套既實用又簡便的實驗裝置,來測量物體在流體中運動所受的阻力大小,此裝置可自由的改變液體流速並利用聯通管原理控制水位高低,藉以使液體流速保持穩定,並由電子秤的讀數迅速得知阻力之大小。 為了瞭解本實驗裝置之精確性,本組使用鋼製球體及圓柱體分別在水及甘油中作相對運動來實際測試。實驗結果發現,在湍流的情況下,當物體為球體或圓柱體時,其所受慣性阻力大小與物體的橫截面積A及相對運動速度v的平方成正比;而在層流的情況下,其所受黏滯阻力大小與物體半徑及運動速度v成正比。結果與理論相符,意謂著本組所設計的創新實驗裝置是一個能簡易測量物體在流體中運動所受阻力大小的有效方法。

「蕨」對棒的生長環境-孢子囊的耐酸性與耐熱性

台灣被稱為「蕨類王國」,蕨類資源豐富,蕨類的密度更是世界第一。為明瞭林口台地蕨類的多樣性,選擇桃園縣龜山鄉長庚村作為田野調查地點並進行一年的觀察研究。藉由調查蕨類物種的分佈及數量,來探討蕨類植物的特性與生長棲地條件的相關性,並探究蕨類孢子囊的耐酸性與耐熱性是否是決定優勢種蕨類生長的重要關鍵。實驗發現本區數量最多、分佈最廣、最具代表性的優勢種蕨類為密毛小毛蕨,而不同pH值(pH 8~3)及溫度(20~40℃)對密毛小毛蕨孢子囊無明顯破壞效果,對照組則相反,推測其對生長環境的要求不高,像在有陽光處和陰暗處都可以生長,同時具有極強的耐酸性與耐熱性,適應性強,因此容易繁殖而成為本區的優勢種。

米蟲?很久沒見過了

平時若白米放太久沒吃完,就會滋生米蟲,故因此想設計一套方法可以有效驅除米蟲,減少米蟲的危害。一開始先觀察米蟲的特徵外型與行為,做一些簡單的紀錄,發現二種常見的米蟲--米象與擬穀盜。以擬穀盜為實驗材料,利用各種可驅除其他害蟲的方法,如色光、氣味、溫度等,設計實驗去研究驅除米蟲的效果,發現冷藏法與使用柳丁皮、辣椒、大蒜的氣味驅除米蟲效果最為實際與有效。

植物在酸性溶液中的成長

對綠豆、嫣紅蔓、茄子、玉米、等不同的植物分別灌溉不同濃度的酸性溶液,以模擬酸雨對植物成長的影響,並紀錄比較之。

「貝」受矚目--探究貝蚤的外形特徵與行為模式

貝蚤的長短軸比值都介於1.3~1.4,外型為顯著的兩側對稱,殼紋分為三種類型:紅棕色殼紋有橘點、紅棕色殼紋無橘點以及墨綠色。移動速率與分布密度成正相關,具負趨光性;環境溫度愈高,平均速率愈大,NGDR愈小;面對刺激物採取的行動會先暫停再快速地離開。 運動行為大致分為沿壁、停止、繞圈、跳躍等機制,其中又以沿壁的個體數最多。貝蚤相遇可能停止移動;且貝蚤與水蚤同時存在時,數量並無明顯關係;貝蚤沒有趨向或背離死蝦子的行為。在酸性、高鹽份以及含重金屬離子的環境,皆會使貝蚤的活動力下降。

暗藏玄機-跳舞草的秘密武器

本研究目的在探討引起跳舞草擺動的刺激物及原理,並進一步探究跳舞草擺動的生態意義。由實驗結果,我們發現跳舞草的側葉在接受非直接的”音波”或”磁場”的刺激,以及探針或昆蟲的直接刺激,皆會引起側葉擺動,甚至引起鄰近的側葉也一起受到影響而開始擺動。我們推測接受擺動的構造可能位於主葉基部細毛,我們稱它為「感應毛」;感應毛的數目以及長度可能會影響側葉擺動的強度。研究中,我們設計逆境實驗,由結果我們推論,跳舞草在演化過程中,可能演化出一些構造或功能,保護其新生組織。如初生幼葉,常呈現下垂對折閉合,可能是盡量減少受損的可能;兩側葉擺動亦可能是跳舞草演化出的重要保護功能。

現形─探討電解的奧妙

報紙上的一則小消息吸引了我們的注意,並引起我們的興趣─「遭解體的汽車車體上識別號碼已被磨掉,警方鑑識人員正以電解方法使號碼重現,以便追查贓車」(附圖一)於是我們懷著躍躍卻試的心情,想利用電解法來實驗一下,看看真否能在被磨掉的金屬表面上找回一些蛛絲馬跡,並研究那些條件能使字跡顯現效率更高。那麼以後不但是被磨掉的車體號碼,甚至保險箱的號碼、槍械號碼、金戒指上的刻字等等都能依「法」追回。於是開始了我們下列一連串有趣的實驗。

環環相扣〜我的數學「週期表」

本研究主要探討四位數經 f(X)函數運算後的結果。研究後得知經 f(X)函數運算後輸出值的標準形態 (x,x-1,k-x-1,k-x),只需要用一個變數即可控制所輸出的四位數之值。從而導出若進位制為 3 的倍數則有固定點,其通式解為 ( k/3 ,k/3-1 ,2k/3-1 ,2k/3 )。後來更進一步將進位制限制在 3×2n ,則只有固定點而沒有自戀環,而進入固定點的兩種路線型態之步數為 n-t+1 和 2n-t+1 。而在自戀環方面,我們將週期解寫成r1Tk/r的型態,並得知其週期解的個數公式 ∏i=1n=(ni+1)-1,和週期解內元素個數公式(k/r-1)/2-∑i=1^( ∏i=1n(ni+1)-2) Tli=φ(k/r)/2,以及週期解內元素為何。另外,藉由歐拉公式推導出不在週期解內且滿足標準形態的四位數,經f(X)函數運算後進入週期解 rTk/r內個數的公式,且依照週期解條件不同,其計算公式分為下列兩種 ∑x=0p-1φ(k/2x)+φ( k/2p)/2+∑y=0p-1φ(k/(m⋅2y))以及 ∑x=0p-1φ(k/(2x r))+φ(k/r)/2。

地下水流的模擬

去年學姐們從事有關地下水的實驗工作,使我對於地下水的問題產生興趣,由於她們的實驗中並未詳細討論地下水在土壤中的流動情形,因此我想自行設計實驗來加以探討。

黏黏有蝓

之前,小組同學在家中的花園,找到了一隻豐腴的蛞蝓,牠那軟趴趴的身軀,引起了我們的注意。還記得,我們曾學過昆蟲會分泌化學物質“費洛蒙”進行溝通,這種現象使我們大開眼界。因此,我們便想了解在土壤中的雙線蛞蝓是如何找尋同伴的?我們的實驗主要設計以下四項: 1.利用了網路、書籍查出蛞蝓分類學的地位與相關資料,蛞蝓的學名是 Philomycus bilineatus。並實際觀察與飼養中,發現雙線蛞蝓在爬行時,會留下明顯的黏液痕跡 2.以解剖顯微鏡定期觀察蛞蝓卵粒孵化的過程,發現卵粒的顏色會由透明無色逐漸變成黃色 3.利用自製透明管,探討光線對雙線蛞蝓的影響,在 74 次的實驗,有 47 次是往暗處爬,所以我們判斷蛞蝓具有負趨光性 4.探討黏液是否對雙線蛞蝓的活動有影響,我們做了 63 次實驗,有 38 次會往同伴遺留下的黏液方向移動,所以我們推測黏液對雙線蛞蝓的活動會有影響,可以幫助牠找尋同伴。