全國中小學科展

第三名

紫色風暴

一、背景簡介:在現代工商業的時代幾乎家家都有電風扇,在此專案特別研究電風扇的改良和對人類生活的影響二、創新所在:(一)在電風扇上,加上角度定點暫留, 使電風扇一樣會旋轉, 還會在設的定點角度吹久一點。(二)電風扇有自動感溫功能,能自動感測溫度並調整風量。(三)增加安全功能,當人很靠近時停止風扇轉動。

海埔新生地─慈湖農場地質初探

地球是只有一個,由於人口的過度成長,可以想見生活的空間是愈來愈狹小了,我們需要更多的土地來居住,來生產糧食,世界上有許多與海爭地的例子,都極為成功,值得我們學習,今天在金門地區我們也接觸了幾個海埔新生地的開發及應用的例子,我們選了轉為農漁生產的慈湖農場,作土質方面的分析調查配合實地的參觀訪問,希望能激起大家對於新生地的愛護與研究。

一線署光是昆蟲逃生的契機或死亡的陷阱

無意間觀察到昆蟲〔蜂蜜、蝴蝶、蜻蜓、蒼蠅…等〕物闖入玻璃屋竟然不會尋原路或旁邊的出口逃生,反而往位於屋頂上方的玻璃鑽或衝,Why?由陽光光譜開始研究,藉由氙燈集分光儀測定「單一波長及光強度對蜂蜜趨光反應的影響」,再設計一套「明/暗對比差值試驗」,找出啟動趨光反應開關的最關鍵因素—「光的明/暗對比差值的規律性」,並發現蜂蜜的趨光反應明暗對比差值在暗適應呈等差級數,在光適應呈等比級數,有兩套機制交互應用,接著證實「蜂蜜對各波長趨光感度強弱與日週律動(Circadian rhythm)有密切關連」,同時發現蜜蜂在18:00回巢後其趨光機制有關閉現象,此與其生理時鐘的恆定性相符合。另外發現日晝期間蜂蜜對紫外光一直保持極高感度,合理推測,其係演化留下警戒逃生的本能,為了由生物內部生理反應來印證上述外部刺激影響生物行為試驗所得結果,又一頭栽進「視神經電生理」領域的實驗,發現蜜蜂複眼上方部位對UV感度特別靈敏,最後再回歸當初迷惑的地點〔玻璃屋現場〕,進行一連串再確認的行為試驗,終於找到答案。蜂蜜〔昆蟲〕為什麼往屋頂方向的玻璃衝或鑽呢?綜合實驗結果判斷如下:當蜂蜜飛行→遇阻礙物,且不適合生存→開始逃生→FAP反應,趨向陽光較量處→再遇阻礙物→FAP反應,在趨向陽光較量處,如此反覆進行。只要有明/暗情況存在,亮處變成一刺激源,除非把刺激源消除或移位,否則蜂蜜一受到刺激一定會有FAP反應,一直到超越阻礙物或體力衰竭而死亡。當蜂蜜〔昆蟲〕飛行遇阻礙物無法順利通過或離開,且該環境無食物補充體力,留久必死,因此警覺系統發現必須逃生的反應,蜜蜂會運用其趨向陽光的本能〔演化結果〕作逃生工具尋找生機,至於觸動”趨光”反應的開關,繫於明/暗對比,每當光有明/暗對比差時,蜜蜂就會有趨向光度較強〔亮〕之處的現象,此反應係一種固定動作模式(Fixed Action Pattern﹝FAP﹞,FAP是物競天擇演化結果的一種天生能力,在許多動物表現例子中,常會有無盡似重覆性的機械動作。至於趨光性的趨性(Taxis)是定向運動,會呈現或多或少且無意識的朝向或遠離某些刺激。本研究證實〔日行性昆蟲〕蜜蜂需要逃生時會利用”趨向陽光較亮處”的本能做逃生工具,而且依紫外光的強弱對比差作趨光逃生方向的主要依據。因此,一線署光是昆蟲的逃生契機而非死亡陷阱,有陽光的地方就有紫外光,紫外光愈強,表示其陽光直接照射而沒有被阻隔,亦即屬於較空曠,安全的空間,換句話說,蜂蜜會利用陽光中的紫外光強弱作為判別四周環境是開闊或被隔絕。

「推」到最高點─風扇設計型式與推力轉速關係變化的研究

記得在學校的校外教學旅程中,參觀了桃園的航空科學博物館,對館中所陳列的各式各樣的飛機,我都非常感興趣,尤其是館中展出的噴射發動機的解剖展示區,更是吸引我的注意力,我注意到說明板上詳細介紹了各種發動機的推力值,但是都不一樣,我又注意到每一種發動機裡的扇葉排組方式都不相同,難道真是這個原因而產生不同的推力?我很想明白它,所以我拍了幾張照片,帶回學校和老師及同學一起研究討論,想找出影響推力大小的真正原因?

海砂屋的恐懼\n─海砂與河砂於建築特性上之比較

前陣子常在報章雜誌上看到有關“海砂屋”的報導,不禁為我們的“殼”捏把玲汗,不知道自己是否也居住在它的陰影底下。我們想同樣是砂子,為何一般的河砂蓋房子就不會有問題,而海砂蓋的房子卻引起如此大的恐慌呢?因此我們就這個問題請教於自然老師,透過老師的安排,我們訪問了中興大學土木工程系的顏教授,他指出,蓋房子時所使用的砂多半是河砂。但是,在目前砂石短缺情形嚴重之時,若能研究海砂在建築上的實用性,對社會將有莫大的助益。於是我們想研究一下:“可不可以藉由肉眼就判斷出海砂或河砂?”“是不是海砂容易使鋼筋生鏽?”“是不是海砂製成的水泥易碎、易裂?”並進一步提出海砂於建築上的實用性。

小小偵茶員

利用不同濃度的溶液具有不同密度、比重的特性,製作白砂糖水溶液濃度指示劑。並利用自製的指示劑,檢驗市面上販售的茶飲料含糖量標示是否正確。

台灣地區酸雨的測定與分析

雨水酸化現象最早是在 1967 年於北歐為瑞典的科學家所發現,但歐洲地區的雨水可能自1950年代使已開始一年一年地增酸,若以 PH 值表示,則約從過去的 6.0 降至目前的 4.0 左右,但 PH 值到達 4.0 以下亦是常有的事。一般所謂雨水酸化,是指PH值低於 5.6的雨水而言。酸性雨水降至地面,對於環境乃是一種嚴重的威脅,一般報告指出它會使土壤變酸,減低肥力;侵蝕金屬造成生銹,會損害建築物,為害木材;會傷害植物,阻礙植物生長;會使湖水、池水變酸,為害或消滅魚類;會改變土壤或空氣中的生物相,造成不平衡;另外亦可能影響動物的生長,以及人類的健康。它的影響雖是緩慢且難以發現的,但卻是全面性的,故被認為是一種近代環境的大問題。木研究是在測定與分析台灣各地區雨水的酸化的情形,希望人們加以關心、研究,並設法解決。

巢狀切割對內部子圖的探討

本研究是從數學講義上的一個考題出發,恰巧擴展了前年全國科展最佳教材獎「正多邊形母子面積比」,他們只研究正多邊形且每邊切割的比例相同,我們採取截然不同的研究方法,而且更進一步探索任意多邊形每邊切割的比例任意不同時,其子母面積比值的發展。而隨著邊數的增加,所得圖形儼然一個鳥巢狀,故名「巢狀切割」。我們從三角形做起,經歷四、六、八邊形,一直到五邊形、七邊形,並藉助GSP繪圖軟體幫忙檢驗,最後得到了通用於任意邊數且任意比例切割的子母面積比值公式,並設計Microsoft Excel運算表,只要輸入邊數與比例,可立即算出子母面積的比值!

寬度與週長一次愉快的結合---等寬圖形周長的探討

我們都知道圓有一個性質:假如用兩條平行線夾住它,則無論從那一個方向來夾(見圖 l ),其兩線間的距離恒為一個常數(即圓的直徑),這個性質是不是圓所獨有的性質呢?換句話說,假如一個圖形具有這種性質,它是否必然是一圓呢?在課堂裡,老師偶然提到了所謂的”諾雷三角形”(見圖 2 ) ;這個“三角形,解答了上面的問題。諾雷三角形是分別以正三角形之三頂點為圓心,邊長為半徑畫弧,由這三段圓弧所構成之圖形。因為無論從那個方向來夾這個三角形,兩平行線間的距離都相等(即邊長 d ),因此上面這個問題的答案是否定的。除此之外,上面兩個圓形,假如它們的寬度(見註)相同的話,周長必相等(簡單的計算可以求出兩者的周長均為 d,當 a = d 時)這引起了我們的興趣,我們想要知道的是:除了上述兩種圖形外,是否還有其他這種等寬(見註)的圖形?假若有,那麼在寬度相同的條件下,它們的周長是否都相等呢?這就是本文所要研究的問題。註:寬度是指二平行線,從任一方向夾住一圖形,若其距離恆為一常數,我們稱此圖形為等寬圖形,此常數為其寬度,如圖 l之圓為等寬圖形,寬度為 a ,如圖 2 之諾雷三角形為等寬圖形,寬度為 d。

透明中的朦朧─冰中不透明的探討

夏天自製冰塊消暑,發現結冰前是透明的溶液,結冰後卻不完全透明;於是上課請教老師,老師說:「你們何不好好研究實驗看看。」於是在老師的指導下,與同學利用課餘時間著手觀察研究。