全國中小學科展

國中組

燃燒吧!花生米~火箭罐卡計在熱量測量上的應用

食物的養分單元有一個示範實驗,測量洋芋片所含的能量。利用課本的方法做完實驗,不論花生米或洋芋片,大部分的熱量都會散失。 我們在荒野活動時學到了火箭爐,想說可以利用火箭爐,來製作熱量測量的卡計。火箭罐卡計將原本散失的熱量,用內外罐間的水吸收,因此熱量準確率大幅提升。純氧可以幫助燃燒更完全,花生米及洋芋片的熱量準確率都超過9成,以此來測量食物中的熱量,非常可行。 由於我們使用的火箭罐卡計,在食物熱量測量上獲得非常好的效果,因此我們修正了部分構造,完成了簡易火箭罐卡計的設計圖,並依據這個設計圖製作了一個模型。如果有廠商願意幫忙生產這個實驗裝置,全國的國中生,就有一個非常簡易且準確的熱量測量的實驗器材了。

淹淹「易」息─探討植物在淹水逆境下的生存機制

氣候變遷造成日漸頻繁的區域性水災,使植物生態遭受衝擊,從種子及幼苗在淹水下的發芽及生長狀況,得以探討植物對抗淹水逆境之策略,以供未來災害防治策略參考。而十字花科與菊科植物實驗中,我們發現不發芽為種子抗淹水逆境之共同策略,但氧化壓力則促使淹水下的種子發芽,而增加葡萄糖卻反之。除此之外,從不死鳥的觀察,我們發現淹水會導致幼苗抽長,且黑暗及紅光照射下更為明顯。十字花科氣孔在淹水下會關閉但菊科則否。而分子層面,鈣離子會調控淹水植物的發芽、氣孔開閉及莖節抽長,且過氧化物及葡萄糖亦參與其中。這些新發現值得後續深入探討。

一個競賽題目的聯想~二項式係數整除性的研究

我們這份研究主要是看到了IMO 預選題題冊裡面的一題「當都不被2 整除時,求n 的條件?」後,決定要做更進一步、更大範圍的研究,我們把2 換成其他質數或其他質數冪次方等,試著找出在符合所設條件時的n 及質數a 的關係。 這個研究分為兩部分: 一、探討二項式中某一單項,若不被(或被)正整數a 整除時,n、r 與a 的關係。 二、探討二項式係數都不被正整數a的倍數整除時,n 與r的關係。 ◎ 第一部份,我們用了餘數的關係與不同的進位制去導出n、r 與a 的關係。 在此部份所得到的結果分成兩部分: (1)當a 只含一個質因數時,可求出n、r 與a 的關係。 (2)當a 含有兩個以上的質因數時,則要同時滿足a 的所有質因數的條件。 ◎ 第二部份,我們用了兩種方法去證明我們的結果。 一個是用解原題所引申的方法去證的。另一個是利用第一部份中所得到的結果去配合證明的。 在此部份所得到的結果分成二種: (1) a 只含一個質因數時,可求出n、a 的關係之充要條件。 (2) a 含有兩個以上的質因數,雖然我們不能有n、a 的關係之充要條件,但卻可求出n 的充分條件與例外的範圍。 接下來,再探討n 項式係數時,運用了前面兩部分研究的結論。但由於n 項式係數中受到了許多限制,我們只研究出了當a 為質數時的條件。 而未來,我們除了希望能有更簡易的方法來表示a 為合數時的條件,也希望能夠在n 項式係數的研究中,能夠有更多的發揮。

循環不息

由遞迴關係式產生的數列各項除以質數k後,會產生一個循環的餘數數列,故本研究主要探討其最小循環節性質。我們先得到g階遞迴數列的循環狀況,在特殊情況下,餘數數列會成純循環。 若將最小循環節各項加總起來,除特殊狀況外,其和皆是k的倍數。在二階遞迴數列中,由於最小循環節必能分成數個每段項數相等的數列,將其依序排成有序的形式後,相鄰二行會具有倍數關係,在某些排法中橫列數字和必為k的倍數。我們還得到簡化計算循環節長度的過程,並且知道若餘數數列非等比數列模k後的形式時,則起始值對最小循環節長度無影響。

纖纖玉手

為了了解清潔劑如何破壞細胞, 並設法降低他的破壞性, 因此我們做了此實驗。第一個實驗用雞血浸至清潔劑中, 來測量清潔劑對細胞所破壞的的百分比, 來發現哪種清潔劑破壞細胞最嚴重。由實驗可知我們哪種清潔劑使得細胞膜破裂最嚴重。我們發現中性清潔劑對細胞的侵蝕作用最嚴重,再來是鹼性,而弱酸性的清潔劑破壞情形最小。第二個實驗為滲透壓實驗, 因為清潔劑可能因為滲透壓而破壞細胞。這次實驗和細胞置入蒸餾水中而破裂的情況不同,不完全因為滲透作用而產生破裂, 還有其他原因。希望能更深入了解清潔劑破壞細胞的因素,甚至克服這些因素,做出不傷身體細胞並且環保的清潔劑。

聲聲不息?探討各種變因對硫酸銅晶體的影響

一、晶種在試管內,距底部4cm為最佳的結晶位置,結晶後的量較多。二、不同樓層高度(50m之內)對結晶量的影響並不大。三、硫酸銅的結晶在自然狀態下,反應時間以兩天的結晶量最佳。四、不同聲音頻率下的環境,以300Hz的音頻,結晶量最多,1200Hz的音頻,結晶量最少,我們推論1200Hz為硫酸銅水溶液自然震動的頻率。五、300Hz的音頻環境下,反應時間為三天的效果最好。六、銅線共振頻率為600Hz,銅線共振的結晶量均較硫酸銅水溶液自然震動下的結晶量少。七、六字大明咒與打擊樂音樂型態,結晶量較佳,噪音對結晶量為最差。八、使用乙醇與水的雙溶劑對結晶量的影響比單溶劑效果好。九、酸鹼值對硫酸銅對結晶量有影響,但無規律性,加入濃硫酸,硫酸銅的結晶量特別明顯。

完美自戀數與自戀環之結構探討與研究

本研究主要是探討自然數系中,在t進位制k次方和的遞迴運算下,針對其週期解(自戀環)與不動點(完美自戀數)的存在性,進行一系列系統性的研究。 在自戀環的研究中,我們發展最適子區間的理論,期能最短的時間內求出自戀環;在二階完美自戀數研究過程中,我們不僅給出存在性的證明,利用數論上的定理證出自戀數C(t)的個數理論:C(t)=(∑d︱t2+11) -2。再分別利用Pell方程與聯立方程的方法給出二階完美自戀數的遞迴解與通式解,並且發展實用的電腦運算理論。 最後在三階完美自戀數的探討中,我們更將四元三次不定方程,轉換成聯立方程組求解的線性問題,目前已可將t進位制以9做分類,當r=1~8時t=9k+r的三階完美自戀數皆可找到相對應的通式解。

The climbing strandbeest

我們的目的在於完成一架能攀爬樓梯的「仿生獸」Strandbeest註。研究則專注在連桿系統上,並發現了腳尖的軌跡與系統所承載的阻力,分別肇因於連桿長度的比例與重心位置相對于曲柄的力矩有關,又分別影響著仿生獸是否能克服地形與產生足夠強大的前進力量。最後,我們再探討了足底的摩擦力和四足間軸距的學理,並使用3D列印調整連桿長度設計的便利性,完成一架可以克服地形的「仿生獸」。(註:所謂「仿生獸」,是由一位荷蘭科學家泰奧·楊森所發明的機械體,利用風力與力學原理制動,可以躲避障礙物或模仿生物的一些行為。)

不能說的”蜜”密—可見光與近紫外線光譜分析蜂蜜品質

蜂蜜真偽及其品質優劣在市面上引發不少問題,本研究以12件國內外市售蜂蜜為材料,進行蜂蜜飲用口感品評、7項物化分析實驗且與CNS品質規範進行比較,再將其結果利用可見光與紫外線光譜儀測定進行相關性探討,找出3個光譜範圍和3個特定波長可鑑別蜜種、產地和品質。最後將各樣本光譜吸收度作迴歸分析,發現同蜜種的R2值可達0.85以上,表示本研究光譜檢測法對於蜜種判別有不錯的準確率。此外,光譜資料與花粉計數實驗比對,可用光譜儀在272 nm黃酮類化合物吸收峰來對應花粉含量,用於判斷蜂蜜相關營養成分含量多寡。本研究綜觀蜂蜜口感評鑑、物化實驗結果與光譜分析得知:可將光譜分析用於鑑定蜂蜜蜜種、產地,並結合傳統檢驗以確認蜂蜜品質優劣。

小"豆"士化身大"銀"家-天然還原劑大解密

近年來取得奈米粒子的方法主要分為塊材粉碎及原子構築法,但塊材粉碎法大多高耗能而原子構築法中多數方式須使用會造成汙染的化學還原劑,因此本組以較經濟且環保的生物法進行各項研究。各項生物還原方法中我們使用了植物萃取液,在參閱相關文獻中我們得知了一種物質─植酸。植酸是種天然的有機酸,它具有還原力及保護力。而植酸在豆科植物的子葉中有比較大量的存在,因此本組選用易取得的綠豆為素材,用其含植酸的浸泡液來進行各項實驗。