全國中小學科展

國中組

台灣厚蟹生態習性與挖洞行為之研究

台灣厚蟹與雙齒近相手蟹是二仁溪河口的優勢蟹種。台灣厚蟹蚤狀幼體具趨光性,幼蟹棲息在高潮線以下,成蟹則在高潮線以上。遇敵會舉起螯足威嚇或躲入洞穴避敵。雜食性,母蟹會吃自己卵堆。幼蟹在水陸交接挖洞,成蟹在遮蔽物下方挖洞,遮蔽物愈大,挖洞率愈大。土表有水挖洞率較高。從石膏模型顯示洞底有膨大空間,洞穴側面像襪子。大多一蟹一洞穴,洞穴先搶先贏,主場蟹會趕走客場蟹,不會固定住某洞穴,會整地並變換洞穴。台灣厚蟹會在人造洞穴棲息,無法辨認自己洞穴。雙齒近相手蟹挖洞率低,洞口寬,愈往下方愈窄,洞底無膨大,洞穴側面像釘子,土表多水會挖水溝狀淺洞穴。雙齒近相手蟹搶奪台灣厚蟹洞穴常失敗,與台灣厚蟹是競爭也是掠食關係。

花若盛開,蝶自來;草若拔尖,蝶自棲?─探討來自不同植被高度灰蝶之夜棲行為

本研究探討來自不同草地高度的灰蝶夜棲行為之差異,並進一步了解灰蝶夜棲點是否受環境因子(溫度、濕度、風力、音頻)及獵食者有無、獵食者種類及生存壓力等變因所影響。實驗結果顯示,來自不同草地高度的灰蝶各有夜棲點高度偏好,並受溫度、風力、音頻、獵食者種類所影響,其中灰蝶夜棲點高度與風力呈負相關;與音頻呈正相關。另外,獵食者的習性亦會影響夜棲點高度,實驗發現斜紋貓蛛會使灰蝶夜棲在較高處,然大銀腹蛛與螳螂則相反。本研究尚藉由油性麥克筆對灰蝶進行標記編號以研究忠誠度,結果顯示並無忠誠度。

「稻」出「鋁」想「充」能力

本研究利用農業廢棄物再加工後的-炭化稻殼,經食用醋處理後搭配環保防水明膠配方製成碳紙電極,作為可充式鋁電池的正極材料;負極則是在鋁箔上塗一層較環保無毒的PVA;電解液使用2M氯化鋁/0.1M食鹽水/5g醋酸鈉,吸附在濾紙上,成功製作出可充式「炭化稻殼紙/鋁電池」,充放電循環3次後,放電的初始開路電壓最高可達1.296V,初始短路電流可達137.1mA,串聯兩個電池後,成功使LED燈發光持續至少72天,亦可推動風扇在約4mA的工作電流下維持215分鐘。 本作品多使用食品級的環保材料,較以往作品具有低汙染、低成本、超輕薄、可充電、可彎曲等多項優勢,充電後的穩定性更優於市售石墨片電極,可連續充放電至少5次,期待能為大型儲能系統添加一股永續環保的新契機。

「藜」所當「染」-台灣藜的染色研究

我們以紅藜作為研究主題,使用帶殼紅藜來進行實驗。一、基礎染色:染液濃度高且重複上色後,可使染布有最佳色調與飽和度。二、媒染劑:事前浸泡濃度0.2%的白礬或綠礬的媒染劑,染布的色調與飽和度效果最好。並利用自製光度計測量加入媒染劑的染液,其亮度值有明顯變亮,離心後發現有沉澱物,驗證其有發生化學反應。三、助染劑:將布事前浸泡在自製無糖豆漿後,所得染布效果最佳。四、關注紅藜脫殼後的廢棄物,本研究以紅藜殼粉為染料,以白礬當媒染劑來進行染布,得到色調=347.7、飽和度=72.7% 的最佳染色結果。五、我們利用Arduino設計顏色檢驗儀,結合雷切研發製出「自動染布監控機」。同時將染後的紅藜渣培育繁殖,達到環境永續經營的環保理念。

荒野守護神—多功能行動電源之研究

由於新冠病毒肆虐,大家無法出國,國內登山健行活動盛行,不過也造成山難及染疫的問題,為了解決此問題,我們自製「荒野守護神」。我們編寫程式碼利用雷射遮蔽系統與模組化LED燈、蜂鳴器,進行安全防護。紫外線進行消毒。雷射結合SOS訊號進行求救。運用太陽能蓄電。我們通過實測後發現,AI判斷雷射遮蔽再啟動防衛系統,啟動值較接收值低50以內最靈敏。LED燈閃爍每秒5次,效果較佳。紫外線消毒距離3公分只需27秒即滅菌99.9%。雷射發出SOS訊號,配合雲霧,距離較遠。本裝置總重492公克,使用兩顆電池可連續使用雷射防護30小時,LED燈6小時,紫外線80分鐘,再搭配太陽能蓄電,是個人安全防護最佳神器。

陸遙知馬力——山蛩傳

福爾摩沙山蛩(Spirobolus formosae),分布於台灣北部低中海拔地區,為台灣特有種,棲息在潮濕腐質土或是爛掉的木頭中。馬陸在成長過程中,體長會增加,但體節數不變。大部分的福爾摩沙山蛩體節數在56-62節之間。每節有四隻(兩對)步足,尾部一節沒有步足的,雄馬陸除此節外,第七節也因生殖器而沒有步足,雌蟲步足公式:(體節數-1)×4;雄蟲步足公式為:(體節數-2)×4。高強度震動15分鐘後,馬陸鑽土的深度從平均值5公分變成7.375公分。馬陸為間歇性行走,雌雄無差。不同介質對於馬陸的行走並無太大影響。介質傾斜角度對於馬陸有非常大的影響,到0度以後速率明顯下降,D的速率在90度時甚至接近0。

從正方形內接四十五度的三角形談起

本研究源於一道常見的正方形內接三角形的動態幾何問題。我們考慮對角線,先刻劃出兩個動態的△𝐴𝐸𝐹與△𝐴𝑀𝑁之面積比值恆為定值,並且巧妙構造輔助線,利用純幾何方式證明共圓的動態四邊形 𝐸𝐹𝑀𝑁 的圓心軌跡為等軸雙曲線。為了一般化推廣,我們依序設定了等長、半角等條件去探討,實驗了長方形、菱形、直角箏形等,有趣的是,我們發現其兩個三角形面積比為定值的幾何結構是兩組四點共圓,並非等長或半角。值得一提的是,為了刻劃一般化的箏形中的圓心軌跡,我們先建立了菱形的模型,再給出箏形與菱形的對應模型,成功證明其圓心軌跡也是雙曲線。本研究將常見的幾何問題循序漸進地深化,刻劃出內在結構且給出獨特且有趣的成果。

田中吊鐘姬蛛築巢行為之探究

本研究主要想了解田中吊鐘姬蛛生活史過程中能量之權衡及其特殊巢穴之功能,經相關研究發現,蜘蛛生活史過程中在能量分配上明顯具有權衡現象,捕獵能量的投資隨著齡期的增加明顯減少,例如,捕捉絲的數量及捕捉區的角度逐漸減少,而防禦能量的投資隨著齡期的增加明顯增加,例如,巢穴長度及巢穴重量逐漸增加,尤其到了成體後更加明顯;關於蜘蛛對築巢材料形狀的選擇明顯偏好粒狀材料,但顏色方面,蜘蛛對淺色及深色材料並無明顯選擇偏好性;另外,巢穴對蜘蛛來說避敵的功能大於避光,且巢穴內有保溫功能,有利於卵的孵化;最後,巢穴上黏附蜘蛛捕食後的螞蟻屍體有利於吸引其他螞蟻靠近,增加捕食機會,但無明顯抑菌效果。

虛境探定數

從撲克牌魔術中,發現了數字1~9的號碼牌利用3*3的排列方式,找出三組三位數值總和之數字和分別為9、18、27,可以藉由與9的倍數之差距猜出覆蓋的數字牌,並將此方法加以發展到數字1~6的號碼牌利用2*3及3*2的排列方式,找出其數值總和之數字和並猜出覆蓋的數字牌。

冷暖視知-熱致變色材料製備及應用

本研究旨在探討熱致變色材料製程及變色特性並自製試合的測量儀器,以發展出防燙產品。本研究成功改良了 四氯銅雙二乙基銨鹽([(𝐶𝐻3𝐶𝐻2)2𝑁𝐻2]2𝐶𝑢𝐶𝑙4)製程,並發現四氯銅雙二乙基銨鹽([(𝐶𝐻3𝐶𝐻2)2𝑁𝐻2]2𝐶𝑢𝐶𝑙4)是一種不連續熱致變色材料,在45.0℃時由於幾何構型改變會由亮綠色低溫轉為深棕色(高溫),可應用於各式防燙傷產品如廚房用品、防火門、馬克杯、藝術品等,但本研究亦發現此化合物極易與水結合影響變色特性,經熱重分析(TGA)判斷需加熱至80℃時才有辦法去除結晶水,因此本研究將此銨鹽除水後製成PVA薄膜、防水塗料以維持其變色的穩定性。同時本研究亦將四氯銅雙二乙基銨鹽中的銨鹽置換成其他種類,利用加熱時其幾何構型改變,以得到不同變色性質之銨鹽。