全國中小學科展

第三名

天氣密碼-雲與天氣預測之研究

我們對天氣的研究前後共進行了二年,在本年段中仍以「雲」作為主角來探討埔里在地的天氣,並進一步對天氣的預測做更詳細的分析。在此略述我們這二年研究的成果:(1).我們發現同屬於高雲族的卷雲和卷積雲大都對6小時後的天氣有高度的指示性,尤其,我們還發現卷雲的AL法則,能預測劇烈的天氣變化;(2).我們發現可以利用高雲族和層狀高積雲來預測冷鋒鋒面何時到來,而且,我們也發現層狀高積雲出現的次數和冷鋒來臨前後的溫度差具有高度的負相關─亦即我們可以藉由層狀高積雲的觀測,事先做好禦寒的準備;(3).我們發現若能結合日月潭氣象站的氣壓、濕度和埔里當地的濕度資料,再經過詳細統計分析,可以對埔里地區的短期天氣做有效的預測。

擇你一個命中註定─談經典相親問題與其延伸解

本文首先就經典相親問題的歷史背景進行介紹,並在其後對現今相親問題的主要論文做一次文獻探討,一方面提供以中文書寫的統整性文章,另一方面用來區分我們的研究與他人研究之差異之處。接著,我們根據我們設定的兩種相親問題變種,分別來對相親問題求取不一樣的結果。其分別展現於定理5至定理9,我們試圖改變的變因為(I)使我方能在一定的條件下,依照遞減機率來對先前一度拒絕過的候選人重新選取,以及(II)維持能夠對先前拒絕過的候選人再次選取之條件,但使候選人最開始願意接受我們的機率不再為1。求出以上兩種的最佳策略後,我們利用程式碼配合最佳策略,實際演練了數種設定下的相親問題,提供數據於末。

「鈣」有「旋」機

本研究探討酒石酸與鈣離子反應在不同環境下造成溶液旋光度改變的情形。首先,我們先利用雷射光、玻璃偏光片、電路板、顯示器(顯示電壓)製作簡易旋光儀器,經測定後能呈現線性關係,證明本儀器的可行性。為了避免沉澱物干擾自製旋光儀的測量,我們採用極微量濃度進行反應。在極微量濃度下,不具旋光性的微粒晶核不會造成溶液旋光值改變,而酒石酸鈣微粒晶核形成時,則會造成溶液旋光值變化。形成酒石酸鈣晶核的過程中,不同條件下會產生(+)旋光性及(-)旋光性的情形。在雷射筆照射下產生廷得耳效應,顯示晶核形成前期應屬於奈米顆粒。最後,我們在反應過程中,利用硫酸鈉移去鈣離子後,能得到一個穩定不變(-)旋光性的溶液。

千切百斂

本研究主要在探討邊長比為1:a且重心重合的內、外正n邊形,當取外正n邊形的邊上一點為起始點(此起點與外正n邊形的頂點距離為x),重複朝著內正n邊形的頂點畫切線,並觀察其數學性質。(θ為正n邊形一內角) 我們從研究正三角形開始,並且推廣到正n邊形,研究以下四項: 一、「切線與外正n邊形的交點」和「外正n邊形頂點」的距離通式f(x)=(a2-a)+(1-a)x/((2(cosθ+1)a+1)+(-2(cosθ+1))x 二、證明收斂正n邊形的存在性,並找出收斂點與外正n邊形頂點的距離x=a/2-√a(cosθ+1)(a×cosθ-1+2)/2(cosθ+1) 三、正n邊形可形成收斂正n邊形的內、外正n邊形邊長比例範圍 ,√a(cosθ+1((a×cosθ-a+2)≧0,1≦a≦2/1-cosθ 四、內、收斂與外正n邊形的邊長比為1:√a:a 此時發現收斂正n邊形的邊長為內、外正n邊形邊長的幾何平均數。 最後,我們也針對任意三角形探討上述內容,並於研究過程中詳述。

屋欲靜而電不止-探究冷次定律在建築物的減震運用

本研究以自製倒置平台、阻尼裝置與外力調頻器以進行實驗,為方便觀察阻尼質塊與平台交互情形,故將建物改為懸吊式平台,外力調頻器以馬達為動力來源,由電源供應器改變電壓大小控制轉速。實驗分彈射觀察衰減係數與外力調頻模擬4級震度觀測最大加速度。由彈射平台試驗可知擺長15cm時阻尼器與平台產生反向共振,可有效吸收大樓晃動能量;擺錘越重吸收效果越佳;加裝消能元件可有效提升減振效益。由彈射試驗較佳之消能元件組合以進行模擬地震試驗,發現結果與彈射平台實驗一致。發現阻尼晃動頻率與大樓頻率接近的情況下且在一定的阻尼範圍內可有效達到吸振減振的效果。電生磁之阻尼元件能減振並發電,也許將來可作為消能形式,能利用產生之電能。

調控奈米普魯士藍顆粒尺寸提升二次電池充放電效率

本實驗以共沉澱法製作普魯士藍奈米顆粒,以調控沉澱溶液的溫度在25、50、70、85℃,分別成功製作出平均直徑為26、32、38、62 nm的Na-FeFe普魯士藍顆粒粉體。以GSAS結構分析程式擬合X光繞射譜圖,指出晶體結構為立方體,且提高共沉殿溶液溫度可以提高Na含量,減少H2O佔據孔洞。由反傅立葉轉換獲得電子分布圖,顯示與與C鍵結Fe的電子密度低約15%,其電子組態為C-FeIII及N-FeII,C-FeIII較容易進行還原反應。組裝成二次電池,顯示32nm及38nm普魯士藍為陰極的電池,C-FeIII及N-FeII,均可以進行氧化還原反應,其電容量較高且充放電衰退率較低。

改頭換面? 改頭換面!

本研究探討並推廣「改頭換面」的移位遊戲 一、2n型 (一) 在原來遊戲只有二列的情況,最少的移動步數為2n+1 *n是直行數 (二) 將棋子由符號變成數字,發現各列的編號在移動後的順序不變時,最少步數為3n 二、3n型 (一) 3n向上輪換型 1. 最少步數為4n+3,順序不變則最少步數為4n+4 (二) 3n向下輪換型 1. 最少步數為4n+5,順序不變則最少步數為4n+6 (三) 3n上下列交換型 1. 最少步數為6n+1,順序不變則最少步數為7n 三、mn型 (一) mn向上輪換型 1. mn向上輪換型最少步數一般公式為2(m-1)n+2m-3 2.順序不變時一般公式為2(m-1)n+2m-2 (二) mn向下輪換型 1. mn向下輪換型最少步數一般公式為2(m-1)n+2m-1 2.順序不變時一般公式為2(m-1)n+2m (三) mn上下列交換型 mn上下列交換型在m>3時,最少步數一般公式為2(2m-3)n+2(m-3)

白皮甘藷西蒙一號塊根抽出物的萃取方法與生物活性之研究

甘藷 (Ipomoea batatas L.) 是世界重要的經濟作物,其塊根或葉部均具有很高的營養價值。「白皮甘藷西蒙一號」來自中南美洲,目前台灣已有種植,被認為具有特殊的營養成分,但仍缺乏科學數據證明其功效。本研究欲探討西蒙一號塊根抽出物的生物活性成分組合,比較分別以95% 酒精 (95% EtOH)、50% 酒精 (50% EtOH) 及去離子水 (ddH2O) 萃取的三種抽出物的生物活性差異。研究結果顯示,ddH2O抽出物所含之多酚類含量比例較高,抗氧化的能力也較好;50% EtOH抽出物則有較高的含醣比例。利用內毒素 (endotoxin) 刺激小鼠巨噬細胞等實驗來探討抽出物的抗發炎能力,得知50% EtOH抽出物具有較好的抗發炎活性,而ddH2O抽出物較不具有細胞毒性。未來將研究西蒙一號對發炎相關疾病的可能影響,並找出西蒙一號塊根主要的抗發炎成分。

低濃度活性氧是植物在逆境下調控開花的關鍵因子

輕微乾旱會造成植物提前開花。是什麼因素讓植物得知遭受逆境而要開花?實驗結果發現20 mM雙氧水能有效促進阿拉伯芥開花。50 mM維生素C則會有效抑制阿拉伯芥開花。晚開花ft(flowering locus T)突變株噴灑雙氧水後,沒有促進植物開花,因此開花基因FT可能參與活性氧控制開花。以次世代定序方法發現FT及一些開花基因,會受到低濃度活性氧誘導而表現。以即時定量PCR方法證實在活性氧狀態下,這些基因會受到誘導而表現。以FT啟動子驅動螢光基因,發現活性氧會誘導螢光蛋白大量表現。這結果顯示FT確實會受到活性的誘導而啟動。我們的實驗證明,低濃度活性氧可以充當植物遭受輕微逆境下的訊號,促使FT基因及開花基因表現,誘導下游基因群,使植物提早開花。

魔幻「膜換」洗潔晶球-點「冰」成晶之旅

本實驗想透過海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯反應包覆清潔劑,做出晶瑩剔透的洗潔晶球,並結合「無瓶水」概念改善晶球成型方式,運用反轉球化、二次凝膠球化,做出薄又堅韌的水球外膜;為克服洗潔劑影響海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯反應,及鈣離子會減弱洗潔劑起泡力等因素,我們絞盡腦汁嘗試,成功運用自創「核殼結構」、「全冰球」、「鍋蓋法」製程,也就是先用水結成冰球並燒熔出—中空洞後形成“冰殼”,再灌入洗劑做“核”,此核殼冰球再冰回球形冰晶時外裹乳酸鈣,再置入海藻酸鈉溶液,並運用二次膠化技巧再次與乳酸鈣溶液反應,製作包覆清潔劑的水球,使其在兼具環保、美觀、實用的角度下,呈現薄膜、擁有洗潔力並減少罐裝塑料的洗潔晶球。