全國中小學科展

國中組

我糊塗,但我不愛「風狂」 -探討影響彈塗魚離水上岸行為的因子

本研究探討影響彈塗魚(Periophthalmus modestus Cantor, 1842)離水上岸的因子及其棲地選擇情況。在定點觀察及穿越線調查中皆發現,彈塗魚在冬季東北季風強烈時不容易被觀測到,經實驗設計及野外持續追蹤後發現,彈塗魚在風速較強的情況下,仍然會離水上岸活動,但往返水陸的頻率較高,顯示風速是影響彈塗魚離水上岸頻率及時間主要的原因之一。在微棲地的選擇方面,彈塗魚會選擇空間異質性較高的棲地類型活動,亦即並非單調的泥灘地。日照長短及風速會影響彈塗魚的離水上岸行為,進而影響其攝食行為及生長 (圖1)。

聲音發電

發電的方式有很多,有火力發電、核能發電…等,不過這些發電方式都會有環境汙染的問題。環保的發電方式如風力、太陽能…等,那聲音是否能發電呢?我們運用喇叭中線圈與磁鐵的相互運動來發電,並研究如何使發出電壓加大的方法,找出適當的方式使LED發出亮光。運用這樣的研究希望可以開發出效率較高,且較不易產生汙染物的發電方式,進而能將這種發電方式應用在日常生活中。

非線性光影共振:利用雙振盪器研究其相位耦合特性

在此科展實驗中,我們設計一對耦合的蠟燭火焰振盪器來觀察之間的相對距離改變與耦合相變的關係,並用iphone慢速攝影與Tracker分享軟體來分析同步振盪與振幅死亡的區域,即期導致相位翻轉分叉變化的實驗條件;實驗結果顯示相變區域發生於雙振盪器距離d=0.8~1.2公分間,且在d=0.8公分處觀察到同步振盪(IP)、振幅死亡(AD)、反向振盪(AP)和相位分叉振盪(PFB)的混合狀態,我們成功的利用簡易雙振盪器實驗來解釋此非線性物理特性,而進一步瞭解振幅死亡和相位翻轉分叉之間的這種轉換現象,在未來,此成果將有助於我們避免其他的不適現象發生,例如神經元和腦細胞中的振幅死亡、捕食者系統中的振盪狀態、振盪傳播、或傳染性疾病傳遞等現象。

草上飛龍—菟絲子

這個研究是運用學校現有器材,探討校園中菟絲子(Cuscuta australis R.Br.)的形態、構造、生殖方式、吸器產生機制、快速散播原因及圍堵其入侵的方法。根據研究結果顯示,校園內菟絲子的寄主已經超過8 種,大多為草質莖植物,各寄主被寄生嚴重度不同,這和寄主植株形態和族群分布狀況有關;菟絲子莖上沒有氣孔,一個雌蕊有兩個花柱,莖內與未成熟的種子內有豐富的澱粉,但成熟種子則沒有發現澱粉。菟絲子的結果率和產種子能力十分驚人,每平方公尺的寄生地,可產下8 萬顆以上種子,種子發芽率也達60%以上;菟絲子的莖有極強的再生力,只要仍有一個節或生長組織存在,就可再發新芽生長,一般蔓莖平均每日可向外擴展4.4 公分。菟絲子的莖有向觸性、背地性及輕微的背光性。菟絲子幼莖才會產生吸器,而大多數材質都可以誘發它纏繞並產生吸器。菟絲子有很重要的中藥用途。我們可利用防火巷的觀念,開闢60 公分以上的空白地阻隔其蔓莖向外擴展。

豆子發芽時養分的分布及其發芽率與浸水時數的關係

上學期作實驗 4-2「種子發芽時養分的分布」時,發現結果與老師在採前提出的理論顏色不符合:當作「澱粉測定」時,不但子葉,連勝芽也漸山黃褐色憂為藍黑色,而作「糖測定」時,不但胚芽,連子葉也漸由無反應變為淡紅色再變成深紅色,於是想到浸泡試液時間越久是否會使顏色發生變化,又因豆子是事先浸過水的,那麼浸水時間的長短是否也會影響豆內養分的改變,而間接影響實驗結果,並聯想到如以不間種類的豆子作實驗,結果有無差別。後來我們又作實驗 5-3「幼根的觀察」時,發現同學們取用的豆子不同,則幼根出現有快慢,又聯想到浸水時數對發芽快慢是否也有影響,所以當上學期課結束後老師問回學們有沒有興趣再作實驗時,我們便提出了以上的想法,請老師幫我們設計實驗,以便解除上面的疑問。

蕨類植物抱子囊群的探討

有一天與同學在校園池塘邊玩耍時,看到池中假山上有些植物葉背面上長了褐色點狀或線狀的東西,排列很整劑。請教生物老師,老師說那是蕨類植物長孢子囊群,由孢子囊集而成,囊內會產生孢子來繁殖。我突然想到是否所有蕨類植物葉背面都會長孢子囊群?不同種蕨類孢子囊群的形狀及排列都一樣嗎?孢子囊構造如何?所有蕨類植物的孢子囊及孢子形狀是否都相同?為了想了解這些問題,於是利用課餘的時間,從事下列研究。

多邊形的旋心之推廣與應用

文獻上,要尋找任意多邊形的內接母子相似圖形,尚未有好的辦法可解決此問題,本研究藉由多邊形的旋轉與伸縮觀念產生相似形的定理,發展出「內接母子相似作圖」的好方法,即利用本研究命名的「旋心」,透過旋轉可輕易得到過邊上一點、形內一點作出內接母子相似圖形。並研究出「旋心」的相關性質,利用此相關性質,我們得到特殊四邊形,何者圖形必無內接母子相似?何者圖形在什麼條件下,才會有內接母子相似?

矩形的比例分割與其衍生數列之探討

黃金矩形與費氏數列的關係是數學上十分著名的例子,國民中學數學課本第四冊曾介紹以一元二次方程式來解決黃金矩形的長寬比值問題,此種方法使我們感到新奇,想看看是否能加以推廣?是否能找到類似於黃金矩形而可無限次分割的矩形?若是能找到這種矩形,那麼它的長寬比值,是否類似黃金矩形和費氏數列之關係,而伴隨一個數列?此數列能不能發掘出它內涵的規則所在?這些新穎的問題,使我們興起了研究的動機,試著去探討,希望能解決這些問題。

讓我們瞧瞧有色離子移動的真面目

當我們做電離質導電實驗時,經過老師一番講解後,使滿懷自信的做了起來,但我們辛苦做出來的實驗,效果卻不理想;不是藥品在溼濾紙上擴散得模糊不清,就是有色離子移動的方向不明,於是心中浮起了疑念,是我們技術太差了?還是實驗本身就有問題?但最後唯一的辦汰就是請教老師,老師說每年做這個實驗都是不理想,但是內心不甘;天下無難事,只怕有心人,這實驗一定有更好方法,就這樣引發了我們的實驗興趣,老師看我們有這股熱誠也義務的指導我們,經我們的熱烈討論,收集資料,以及實驗,這一他改進的實驗就這樣的展開了!

多邊形與二條水平平行線所截出的上下二個圖形其周長和之探討

由AMPO 的題目「設ABCD 是一張長為a 的正方形的紙片。平面上有二平行直線L1,L2,其間隔之長也是a 。將正方形的紙片置於平面上,使AB,AD兩邊分別交L1於E 和F 兩點;同時CB,CD 兩點分別交L2於G 和H 兩點。設ΔAEF 和ΔCGH的周長分別是m1 和m2 。試證不論正方形ABCD如何擺,m1+m2是一個常數。」展開這趟充滿挫折、振奮、驚喜…五味雜陳的研究之旅,過程雖然艱辛,卻也帶給我們無限的成就感與更敏銳的觀察力。 我們的研究內容為多邊形與二條水平平行線所截出上下二個圖形其周長和之探討。一開始我們與在課本相似形單元時老師所問的問題連結並依此做猜想,再利用簡單的圖形基本性質做特殊化的驗證。當完成了原題目(正方形)的證明之後我們又繼續利用GSP 做輔助去尋找是否有其他的圖形也能擁有如此漂亮的性質?接著我們將研究分成兩大方向:1.奇數邊多邊形2.偶數邊多邊形的探討。 首先完成了所有奇數邊多邊形所能符合的條件討論與結果。接著又著手於偶數邊多邊形的探討:從正六、正八、正十、正十二邊形的研究中我們觀察出似乎按照某種方式去排放的話可以推廣至所有的偶數邊正多邊形使得它們都能像原題目那樣有著令人驚豔的結果呈現出來。 最後我們要對於先前所觀察猜測的部分做一完整的驗證:將所有偶數邊正多邊形分成兩大類1. n=4k, k?N 2. n=4k+2, k?N 完成研究討論。至此我們已經完整的將全部的多邊形與二條平行線截出二個三角形時的所有情況討論完畢,並且成功的推導出了正n 邊形的適用公式。