全國中小學科展

第三名

生物世界數學遊戲—以碎形理論解釋植物的生長形態

芒萁是中低海拔常見優勢種,以往文獻提出的解釋是「適應台灣酸性土壤」,但我們提出另一假說:芒萁的羽狀複葉具有特殊的樹狀碎形生長形態,二分岔疊代循環,使其生長效率提高,具有較佳的生長優勢因而成為地被層優勢種。我們從野外生長形態及模擬生長模式進行驗證。野外調查結果,複葉枝條長度與分岔角度有遞減的趨勢,以降低末端小葉重疊比例而提高光合作用葉面積。軟體模擬結果,最佳生長模式為二分岔3階層且分岔長度比為1.0,分岔角度為100。重複二分岔次數模擬中以3階層效率最好,最差為6階層,此結果與野外生長狀況相符。從野外及模擬資料互相比對後,發現樹狀碎形生長模式能讓能量收支達最佳化,有較佳的生長效率,有助成為優勢種。

表面張力之研究及油膜實驗設計改進

在日常生活我們常可看到一些和表面張力有關的一些現象。如:荷葉的水珠成球形,刮鬍刀片小心放在水面上,不會下沈。一顆豆大的鉀粒會在水面起火燃燒,且在水面急速的移動。以上所述這些現象都在在顯示液值表面有所謂「表面張力」存在。然其大小受到某些因素影響。在國中第三冊物理第十四章曾指出,雜質及溫度會使液體表面張力降低。然而對於所有液體是否都是如此呢?實在是殊堪玩味。

廢棄磚材應用於高性能混凝土之分析

營建廢棄物的資源化再利用,兼具環保及天然資源保育,實乃今日必須且克不容緩的重要課題。因此本研究探討以九二一大地震損毀建築物所拆除之廢棄物,經分類、破碎處理後,嘗試取代粗細粒料,拌製高性能混凝土(HighPerformanceConcrete簡稱HPC),以尋求營建廢棄物中之大宗拆除物(混凝塊、碎磚…等)應用在混凝土工程上之策略,並據以探討廢棄磚材再生利用模式及拌製高性能混凝土(HPC)之性能(廖惇治,2001)。本研究主要是將再生磚材利用於高性能混凝土(HPC)之中,透過取代細粒料及粗粒料之方式,將廢棄紅磚以高性能混凝土(HPC)之製作程序作成抗壓試體。首先將學校現有廢棄紅磚敲碎,以3/4”篩、4號篩及100號篩區分粗、細粒料,量測紅磚粗、細骨材之比重(SpecificGravity)、吸水率(Absorption)、細度模數(Finenessmodulus簡稱FM)等基本物理數值,再將試驗數據以高性能混凝土緻密配比方式,作最大單位重試驗(UnitWeight),並計算出其配比。以此配比製作5cm×5cm×5cm的水泥砂漿抗壓試體以及水泥紅磚砂漿抗壓試體,並製作φ10cm×20cm的混凝土抗壓試體及紅磚混凝土抗壓試體。經由抗壓試驗得到抗壓強度,並以含量多寡影響再生混凝土的力學性質有限,磚類可應用於再生粒料中。

攜帶型多功能冷暖氣機

在台灣,冷氣已成為日常生活中不可少的必需品,但冷媒的使用卻破壞了地表的臭氧層。科技如何能與環保相結合,是促使我們製作這台多功能冷暖氣機的動機。

台灣的黏菌

黏菌是一羣極特殊的生物,生活史中營養期為變形體,生殖期為子實體。變形體乃一塊原生質,多核無隔,吞噬細菌,真自之孢子、腐木屑、有機質顆粒為食。性狀與原生動物相似;黏菌尚能產生子實體和孢子,孢子具幾丁貿細胞壁( Alexopoulos& Mims , 1979)形似植物,多產在腐木,落葉或有機質上。全世界共約 425 種(Bold, 1980 ) 於溫帶熱帶種類較多,寒帶種類較少。( Alexopoulos& Mims,1979 )。 本省黏菌之研究始於 1929 年日人中澤氏(Nakazawa)提出的採集名錄,共計有 131種,1931年又發表一種。往後, Hattori ( 1935 , 1942 )的圖鑑均據此兩篇報告記錄。光復後,Shen ( 1964 ) , Yang ( 1968 , 1970 , 1972 )研究過省產黏菌之生活史,施惠( 1980, 1981 )及 Liu ( 1980 , 1981 )亦調查過省產黏菌,惟種類不多。本研究係筆者自民國 69 年 10 月至民國 70 年 9 月調查台北地區(圖 l )及台灣省各地(圖 2 )產絨泡菌屬黏菌種類及其生育狀況。

犀利水龜-點刻三線大龍蝨全記錄

本研究記錄本土種點刻三線大龍蝨(Cybistertripunctatus)生活史中各蟲期的形態特徵,並探討其生態棲位與動物行為。野外採集性別比♂:♀約1.51:1,從卵經一齡、二齡、三齡、蛹到成蟲約需71.44天。肉食性兼腐食性昆蟲,是水中的清道夫,成蟲主要是靠嗅覺採搜尋方式覓食,且雄性搜尋能力比雌性強。幼蟲口器內有麻醉功能,先採坐等策略再主動攻擊策略。成蟲會從前胸背板與頭部接縫處滲出乳藍白色液體,其對於水中脊椎動物具有傷害性,對於非脊椎動物則無影響。雌蟲偏好在水芋莖內產卵,且具分散風險的習性。成蟲是一種適應力很強(水陸空三棲)的水生昆蟲,若發現有點刻三線大龍蝨死亡的水體,其可能屬於重度汙染或表面水體有不透水物質覆蓋。另外,有鳴叫、彈跳等有趣行為。

水溫、地溫、氣溫之關係

夏天在草地上或柏油地上遊玩時常感覺炎熱程度不同,或晚上在都市與鄉下所覺悶熱程度有極大的差異,想這必和各種之溫度的變化有關,於是我們一些有志同學一起進行測量研究。

竹蟬是胡琴的老祖宗-探究弦樂器的構造、發聲方式及製作簡易絃樂器-

竹蟬是胡琴的老祖宗-探究弦樂器的構造、發聲方式及製作簡易絃樂器-竹蟬是我們喜愛的童玩之一。由玩竹蟬的遊戲,我們發現它是自然課本有關「聲的現象」探討的好教材。「聲的現象」佔一至六年級自然課本4/78(5.1﹪);顯示它是特別重要的題材,因此我們決定深入研究。首先,我們收集與主題相關的參考資料,發現在第37 屆全國科學展覽會中有研究「竹蟬變聲術」的作品。經過了解,它的作品內容探討範圍很小,只針對「竹蟬材質和聲音的關係」作研究。在實驗過程中,祇準備13 個用竹子鋸成2.5 公分的竹筒和紙筒13 段,而我們共準備了上百個各種竹蟬,同時變因控制也較客觀(規格一致),他們製作的有些材質的竹蟬實驗極限圈數,只有1 圈或5 圈,就在十多種材質中,比出高低頻順序,實在難以叫人信服。於是,我們擴大研究範圍:(一) 先針對發聲原理--探討發音的方法和發音的特性。(二) 再藉由它來尋找絃樂器的發音特性。(三)進而利用它來自製簡單絃樂器--胡琴。實驗過程中,我們採用較實際明確的方法--創新的聽判法(二分法)噪音測量器;同時,各種材質的竹蟬實驗極限圈數,都必須60 圈以上。經過我們對竹蟬、胡琴深入研究後,發現:(一) 竹蟬和胡琴的發聲方式與發音特性相同。(二) 不同的是:胡琴可以用手指壓住絃的位置,控制它的高低頻,奏出美妙的歌曲。竹蟬就是無法隨心控制它的高低頻,因此無法奏出美妙的歌曲。依據以上的實驗歸納,由無法控制高低頻的竹蟬,進步到可以控制高低頻的胡琴。我們可以說:竹蟬是胡琴的老祖宗。

實驗探討影響共鳴空氣柱有效長度的變因

高中物理實驗十五共嗚空氣柱﹝註1﹞,已知頻率 f 的音叉在圓柱形共鳴管口振動,調整共鳴管水位,當有最大共鳴聲時,量出空氣柱長l=λ/4,由聲速Vt=fλ=4fl和Vt=331+06t﹝t為空氣溫度﹞做比較,結果相去甚遠。另取玻璃瓶(非圓柱狀)盛水,相同音叉在瓶口振動,共鳴時的空氣柱長度和圓柱型不同,引起我們進一步研究的興趣。

索命黃絲帶-平原菟絲子的生活史及寄生偏好性探討

本研究觀察平原菟絲子自種子萌芽至成株各階段的形態特徵,研究成株及小苗對十種校園植物的喜好性。根據成功大學廖國?教授2005 年的報告,平原菟絲子的寄生無專一性,但是平原菟絲子有無偏好的寄主?其偏好的寄主有何種生理及形態特徵?研究結果顯示,平原菟絲子四季皆可以開花結果,最適合生長的溫度為23~25℃。完成生活史約需3 個月,一年會有四次果熟期及果熟植株乾枯期。在無寄主的情形下,平原菟絲子的小苗成長最多至13 公分,最長可活20 天;其斷莖及小苗對寄主的喜好性相同,對有氣味、葉綠素含較多及角質層較薄的寄主,形成的吸器多於不具備以上性狀的寄主。平原菟絲子對於不同的寄主,形成的吸器顯微構造也不相同,顯示平原菟絲子對不同的寄主有不同的適應。