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佳作

叩頭蟲的彈跳力---生物力學

本研究目的在探討叩頭蟲彈跳的原理及影響彈跳的因素。研究中以機械模擬彈跳、環境影響彈跳高度以及所能承受的力等實驗來檢驗叩頭蟲彈跳的原理,並進一步探討其生態意義。根據實驗結果,叩頭蟲之所以能夠彈跳是運用了彈器造成反作用力,而溫度與地表等外在環境則會影響叩頭蟲的彈跳力,且叩頭蟲所能承受的力大約為自己重量的100 倍。此外,我們也驚訝的發現,當牠受到威脅及壓力時,叩頭蟲可以正面彈跳,這在我們所查到的文獻中均未記載,而且成功率高達53.65%。其主要的生態意義應與叩頭蟲的反面彈跳大致相同,是為了逃避危險。

醇水之蒸

在實驗中,我們將探討拉午耳定律的偏差現象,測定混合液體的蒸氣壓、混合後的反應熱以及一系列的醇類之間關係,再比較不同種類的溶液性質。藉由實驗結果試著解釋為何蒸氣壓為正偏差的酒精溶液,混合後體積會減少以及為放熱反應。我們也將測量數種物質,包括有、無揮發性的物質,固定濃度的混合液體,改變其溫度,觀察蒸氣壓,分析其中的關係,並藉由數據推出關係式,並試著預測其沸點。最後,我們在實驗中發現,不同濃度的酒精與水混合液中,在特定濃度時會有混濁現象,我們去模擬內部結構,探討混濁形成的原因,藉由巨觀的現象去了解微觀的實際情形,使我們有更多討論的空間。

黑糖蛇~糖類燃燒變化之探討

黑糖蛇的製作原料是糖與小蘇打粉。糖含大量蔗糖燃燒受熱後容易燃燒不完全產生大量碳粒;小蘇打受熱產生二氧化碳的速度再配合糖燃燒不完全產生碳粒的速度,使得燃燒後的糖產生空隙,將剩餘的碳逐漸推出,看起來就像產生一條黑蛇。從實驗結果,我們發現產生黑糖蛇的三個關鍵---糖加熱的溫度要高、產生的碳粒要多、膨鬆劑產生氣體的速度要適中;因此糖和小蘇打粉的比例為4:1、配合酒精燃燒加熱的溫度就能製作出最長的黑糖蛇。

大有「旋機」—透過旋轉式機制重新探討機翼升力

在本實驗中,我們將測量升力常見的「懸吊式」裝置改良為「旋轉式」裝置,透過馬達轉動,會產生電力的原理延伸:以馬達為主體,並將機翼接於馬達上,此時產生的電流大小,即定義為機翼升力大小。並配合月曆紙與珍珠板所製作的環保風洞,測量不同長、寬及弧高位置的機翼,更透過雙腳釘更進一步的測量前、後掠式的機翼升力,也另外探討了表面材質對機翼升力的影響。

三分五裂~光照對構樹葉形變化的影響

構樹的葉子形狀可稱得上千變萬化,常見的葉形有三種,分別是心形葉、缺刻狀葉和深\r 裂葉(三裂、五裂)。不同的環境下植株葉片的形狀有很大的差異,在陰暗處以心形葉居多,\r 陽光充足之處則以缺刻狀葉和深裂葉為主。依照實驗觀察發現構樹的葉形轉變有著規律性,\r 由心形葉→缺刻狀葉→深裂葉,原先為五深裂葉的葉片並沒有改變,陰暗處生長的心形葉,\r 葉上表皮表面積和葉長比值為2.455,為了要爭奪更多的陽光,便朝接收陽光面積較大的缺刻\r 葉(比值2.766)以及深裂葉(比值3.660)的方向轉變,而在陽光充足地方生長的構樹,由\r 於深裂葉已能有效的吸收陽光,便不再改變其葉片的形狀。在陽光充足處生長的構樹,深裂\r 葉的細毛數量比心形葉多且長,可反射多餘的陽光避免植株過熱,以免散失太多的水分,而\r 心形葉則為了要得到更多的陽光,避免長出太多及太長的細毛。利用增加光照時間來探討構\r 樹葉形變化的實驗中發現:延長光照六小時組最早出現葉形的變化,也有最多的葉片由心形\r 葉轉變成缺刻狀葉。但延長光照二小時和控制組(延長光照零小時),這二組在觀察期間,葉\r 形都沒有發生變化。由實驗結果我們推論,適度的增加光照時間可加快葉片形狀的轉變。

不可不『堤防』

突堤為突出海岸之海岸保護工程,具有攔截沿岸漂砂、控制海灘地形、改變海岸線方向、阻擋沿岸流或改變潮流方向的功能。本實驗係使用一大水槽,模擬突堤效應的發生,觀察它對堤前、堤後的影響,並藉由外海堆沙圖形,來觀察分析出水流繞射過堤岸後之情況。並控制變因,改變突堤長度或波的入射角,發現當堤長愈長或入射角愈大時,在堤後的侵蝕會增加,且侵蝕距離越遠。另外還推廣至形狀上的差異。L 字型,凹處堆積現象最多,且堤後侵蝕最少;T 字型,堤前、堤後的凹處皆可堆積,且可應付不同的入射波。為了佐證實驗上得到的結果,確定得到的結果與真實情況是否相同或相似。藉由探究於實地探察來驗證,以得更多深入的探討。然而,海岸工程如果單以堤防做防堵泥沙或波浪的思考,往往過於簡化,在堤防附近的海岸常引起意想不到的嚴重淤沙或侵蝕。因此海岸工程設施影響海岸波浪的沉積與侵蝕作用對海岸地形的改變可謂牽一髮而動全身,的確是不可不提防啊!

池塘裡的不倒翁

水生植物的葉和根除了可以吸收水分和養分外還有什麼功用呢?為?麼把許多種漂浮性水生植物倒壓入水中,都可以迅速的浮上來並翻正,就像不倒翁ㄧ樣?我們對水生植物的平衡感到很新奇,於是我們設計了六項實驗來探討漂浮性水生植物的特殊構造;尤其是水芙蓉的根在水中的平衡作用,我們以剪根的方式?檢測根重改變對水芙蓉翻正有很明顯的影響,但根長改變則影響?大,顯示根的重?對穩定有重要的影響。?片提供浮?,而根的重?提供穩定作用,讓它?會在水面上?漂或可能翻覆。更有趣的是,由前五個實驗歸納出的結論,可以幫助我們再實驗六中自己設計了桌上型和水面上八種不同模式的不倒翁玩具。

繪身繪影─正三角形磁磚設計方法與碎形密鋪之研究

本研究主要以正三角形作為基本單元,透過窮舉討論得到正三角形邊的作用方式只有五種,再經由排列組合歸納出 11 種正三角形密鋪磁磚設計方法。進一步,運用我們的研究結果,配合數學簡報系統製圖,創作新圖樣,也彌補了 Escher 在手繪時所造成的誤差,達到完全密鋪的效果。碎形磁磚的部份,我們也依據其背後的數學理論創作幾套結構圖,利用結構解析,碎形密鋪磁磚將變得十分容易,學習者將可輕鬆製作富有創意的新圖樣。

消失星星的謎-背景光亮度、水氣、PM2.5對觀測星星的影響

本研究想了解不同因素對觀測星星的影響,我們採用實際觀測及模擬實驗進行研究。 我們發現觀測星星時,地面光害和月暈不會降低觀測到的星星亮度,但濕度、雲霧及PM2.5濃度會降低觀測的星星亮度,這些因素同時會增加背景光亮度,背景光嚴重的地區,背景光增加的亮度更多,使星星和背景光亮度相近,而 星星視星等/背景光視星等<0.8 時,人眼才易看清楚星星。 本研究特色: 1.自製的雲霧實驗腔,能在加壓後能進行絕熱膨脹相關實驗並進行攝影觀察。 2.能依據月相、濕度和 PM2.5濃度,預測本校操場當日夜晚「星況」。 遠程發展是依本研究之方法,繼續觀測不同觀星地點的環境條件,找出關連性,最終設計一個程式,讓人們能「依據天氣預報資料」評估當地的觀星狀況。

客製化警示出口證

現今大樓每樓層以及每間房的出入口都會有避難逃生指示燈,本組觀察了許多地方,所表現的出入口逃生指示燈,似乎沒有太大變化,也沒有人願意把此指示燈改變更豐富化一些,而本組重新設計,不光只有燈光,應該再額外加上聲音警訊以及回饋機制,故本組決定開發此一設備,以維護真的發生在你我週遭之天災人禍時,可以因應不同的意外災害來進行避難時應有的應變措施,把傳統制式避難逃生指示燈徹底改頭換面,不僅要多樣性、還要特製化,可以提供一般住宅區或商業大樓使用,更可以推廣至工業用較易發生工安意外地方使用,而設計此一產品目的是使本產品真的可以提供給每個不同需要的人,可以立即獲得所需安全性且有保障的提供指引到下一個更安全的地點。