全國中小學科展

佳作

大法「溼」的魔法開關-以不凋花製作仿生開關

有一些天然的乾燥花—急凍花及蠟菊,澆水時花會閉合、乾燥後又會再度開花,本研究探討其連續開閉的構造及機制,並利用其特性製作自動澆水器。 研究發現控制反覆開閉的關鍵位置在於苞片近基部的轉折處,該處是水份的入口,吸水時細胞變長,使背側增長,導致花閉,失水時細胞變短,使背側變短,導致花開。形變角度受其材質特性、空氣含水量及溫度影響,具有Hydromorph現象。 本研究以蠟菊的苞片製作濕度感測器,利用其形變,控制澆水器的開與關,配合春夏秋冬不同的溫濕度及植物的喜濕性,調整感測器的通風程度,可控制澆水頻率,下雨時,則自動關閉並調整澆水節奏。以植物的素材作感測器開關,感測和控制一體,可環保省能。

它鎖的住我?~手機螢幕鍵盤鎖之探究

我們為了了解九宮格圖形的手機螢幕鍵盤鎖共有多少圖形,除了利用列舉法詳列外,還想出了樹狀法、部分樹狀法和刪去法三種計算方法,並請專家協助設計電腦程式檢測我們的數據,最後發現總共有139880種圖形。從問卷調查中發現目前圖像式鍵盤鎖十分普遍,而大家設定的圖像以點數量少或是和文字或數字有對應的居多。我們還找到了圖像中,點與點不能相連時,計算密碼圖形數量的公式,可作為圖像設計的參考,並設計出聖誕樹造型和立方體造型兩種鍵盤鎖圖像。

圍籬邊的食物鏈(雞屎藤→天蛾→寄生蜂)

我們在校園圍籬邊發現雞屎藤、天蛾、寄生蜂間形成的特殊食物鏈關係,於是分別透過校園調查與飼養觀察進行深入的探討。 調查發現本校共有5種取食雞屎藤的天蛾。日照越充足,雞屎藤越多,天蛾數量也多。天蛾各階段都有專一的寄生性天敵,包括:卵寄生、幼蟲寄生與蛹寄生,統計被寄生比率約為 9.48%,且天蛾數量越多,寄生蜂也越多。 飼養觀察結果發現:天蛾的蛹期 ÷ 生活史 ≒ 1/2。氣溫、日照時間是影響天蛾的發育速度的最主要原因。天蛾化蛹時僅在土表面形成凹巢,沒有鑽入土中,此結果可修正圖鑑所述。 校園的圍籬邊雞屎藤→天蛾→寄生蜂的食物鏈關係終年不斷循環著,而校園工程與人為的修剪成為改變這個平衡關係的重要因素。

壺底「糊塗」~藤壺黏著劑的探討

暑假去澎湖玩的時候,意外的發現巨大的礁石上面都黏滿了一種具有堅硬遺骸的「生物」,他們到底是分泌出什麼樣的黏液才能使自己黏在那裡呢? 我透過不同水溶液與藤壺遺骸粉末的交互作用中,瞭解藤壺粉末的特性、黏滯性,藉由純化作用在顯微鏡下觀察黃色物質,也利用蛋白質測定劑測試,發現藤壺遺骸的底部秘密。 探討藤壺底部黏著的可能成分。 藉由在加水或酒精或清醋藤壺糊狀物的磚牆(木牆),進行重物敲擊實驗,結果發現清醋的牆面最堅固,其次是酒精的牆面,水的牆面最脆弱。

建立線蚓 (Enchytraeus sp.) RNAi實驗模式並探究Hedgehog基因對其生長與再生之功能

線蚓(Enchytraeus sp.)與蚯蚓同屬於環節動物門,具有很強的再生能力。Hedgehog(Hh)基因在兩側對稱動物中對體節發育有重要的調控作用,而先前研究中已發現線蚓體內的Hh基因序列,所以本研究希望利用調控線蚓體內Hh基因的表現,探討Hh基因在環節動物生長與再生中的功能。 本實驗首次嘗試將RNAi技術應用在線蚓上。將線蚓浸泡在含有Enc-Hh的dsRNA溶液中以操作RNAi。利用免疫螢光染色法發現Hh基因受到抑制後,線蚓新生體節神經的連接不完整,顯示Hh基因與神經發育有相關性。由於線蚓快速的再生速度、飼養容易、構造簡單及身體透明且方便染色觀察,透過線蚓RNAi技術的建立,除了能進一步探討Hh基因功能外,也希望提供再生研究時的另一種選擇方式。

發現「星」奧妙─正n邊形邊長延伸形成多角星之性質

本研究探討正n邊形各邊邊長延伸經過p次交點所形成的p階n角星多邊形之角度及邊長,我們求出p階角星頂角的公式,證明:「n > 2(p+1)時,就存在p階角星」,並和正n邊形內部連線問題做比對,提出兩者的對應關係。對於多角星的邊長與各角星頂角的連線線段,我們使用三角函數列式求長度及使用電腦軟體EXCEL輔助計算討論。在這樣的觀察中,發現「正n邊形邊長在特定的狀況下會等於p階角星的邊長」等一些有趣的性質,而這些幾何特性的證明也能夠呼應它複雜的代數算式成立,除此之外,多角星的角度與角星頂點連線上計算都和原正n邊形的角度、邊長有一致性的關係,因此本研究把正n邊形視為一個0階角星。

電照「膜」行

本研究探討以自製PVA黏膠薄膜,加上各種金屬片成為方便攜帶的輕巧電池。首先探討不同形式電池的發電效益,包括不同金屬片適合的配方膠,金屬片之間的距離,膠添加了不同添加物……等等。綜合以上條件我們分別串聯發電量最好的原味膠及鐵粉膠做成伏打電池以及加上隔離層的勒克朗謝電池, 驅動溫濕度計、鬧鐘、 LED燈,並嘗試用達靈頓電路放大電流的特性,希望可以降低串聯電池的個數,達到不錯的效果。此外我們發現鎂片可以明顯提高薄膜電池的發電效益, 可以讓LED燈亮長達9天。

「生」生不「熄」!生質柴油的製作與應用

處理回收油最有效方法之一是製作成生質柴油,我們以新鮮的芥花油為原料,建立生質柴油製作程序,也嘗試將坊間小吃店的回收油製成生質柴油。研究發現,油加熱的時間越久,酸價就越高,可是酸價的高低不影響製成生質柴油的品質,但油品的乾淨程度或酸價高低會影響到生質柴油的產量。生質柴油在低溫時黏性高流動慢,可能會造成油管的阻塞;生質柴油的沸點高於柴油和酒精,相對的安全性也比較高。燃燒生質柴油時,提供的熱值比柴油多40%,產生的黑煙卻比柴油少。生質柴油的應用,除添加於柴油外,我們試著在酒精中添加一定比例的生質柴油,以改善酒精燃燒時火焰顏色不明顯的安全性問題。我們也試著收集碳粒製成墨汁,效果也不錯。

破風者-紊流與噪聲之流體力學探討

台灣綠能發展目前為能源界顯學,台灣為季風氣候,有得天獨厚的風場條件,然風機扇葉產生之低頻噪聲卻會對居民造成身心健康的影響。本研究嘗試研究扇葉噪聲之物裡蘊含,並以實作及模擬雙管齊下之方式,研究風機噪聲之行為特徵,實作實驗以自製之兩款風洞及四組扇葉,確實觀測到紊流,且與模擬圖形相似,並透過傅立葉轉換方法,得出噪聲強度最高處落於低頻。而模擬結果顯示,風機噪聲與紊流強度高度相關,且在攻角上升的情況下,會有愈大的紊流強度及噪聲,但商用型確有攻角上升,紊流與噪聲下降之情形。最後根據實驗結果比較改良,設計出自製創新型扇葉,其垂直最用力皆優於前列四款,且產出較低的噪聲強度,尤其在高攻角條件之下減噪效果更佳。

河邊海邊礫石大不同!~礫石圓度及球度分析與探討

日常活動中,我們發現河邊與海邊的石頭形狀不同,於是開始研究。首先,我們選擇三組地點進行實地觀察並測量河床礫石與海灘礫石,發現海灘礫石的圓度高於河床礫石,而河床礫石的球度則高於海灘礫石。也發現河床礫石會因為河流的水流速度及水量大小,而有不同的搬運方式,而海灘礫石會因為灘面上的沖流與回流,有不同的搬運方式。 我們也設計了設備來進行河床礫石與海灘礫石磨蝕的模擬試驗,模擬河床礫石磨蝕的試驗結果,與我們觀察到河床礫石球度較高的現象相符合,驗證河床礫石主要受到滾動與部分滑動的磨蝕影響。模擬海灘波浪礫石磨蝕的試驗結果,與我們觀察到海灘礫石球度較低的現象相符合,驗證海灘礫石主要受到滑動與部分滾動的磨蝕影響。