全國中小學科展

第一名

「蛹」恆的約定

我們好奇樺斑蝶幼蟲如何找尋適合結蛹之處,於是我們設計實驗,觀察樺斑蝶幼蟲找尋結蛹位置、前蛹、蛻皮、化蛹到羽化的行為現象,分析結蛹位置後,發覺蛹重與葉柄所產生力矩與物理學的靜力平衡有關連,進而設計實驗與器材測量及驗證。發現結蛹位置葉長與蝶蛹結構符合黃金比例。其次,探索不同結蛹環境對蛹體懸掛的影響、絲座與懸絲器所能負載重量的關係及大氣溼度是否會改變絲座的負重。由結果得知蛹的負重比值、幼蟲選擇結蛹在葉長黃金比例位置、葉片重心±1公分、切角110度和柄角130度產生力矩最大值,促使結蛹葉片易被吹拂搖動而不會和其他葉片有所不同,更對蛹具有穩固、隱蔽的保護意義,令我們讚嘆生物為生存所做的精密計算。

夸父追日.

本專題製作主要以瞭解太陽輻射功率的測量方式而設計,為了不讓太陽在天空角度位置影響到太陽輻射功率大小的量測,因此設計追日裝置以瞭解太陽在不同時間地面所接受到太陽輻射功率的大小。追日裝置基本上透過光感測元件量測太陽光照強度的差異,透過數位類比轉換的技術,將這些光照強度數據加以運算,從而得知太陽在天空的角度與位置;並以兩顆RC伺服馬達來驅動機械結構,使光感測器始終保持垂直面對準太陽。此外,本專題亦希望透過長時間的紀錄與測量,以方便探討「黯化現象」以及討論提升太陽能電池板發揮最大效能的方式,這套裝置能夠長時間紀錄散佈在各地不同的偵測點,只要利用追日裝置去收集各地的數據,並可知道太陽輻射到地球的能量的變化狀況。

生命的傳承……… 非洲鳳仙花的減數分裂

使用庭園常見花卉─非洲鳳仙花,觀察花粉母細胞減數分裂的過程,並與玉米作對照,將減數分裂各時期以顯微拍照之。由觀察中紀錄減數分裂各時期的花苞大小,找出適合觀察的大小為 0.19cm ~ 0.77mm ,此花苞發育期間可以清楚看到一個花粉母細胞變成兩個,再很快變成四個花粉粒的過程。我們發現這是一個最適合印證減數分裂的實例,以補充國中、高中課本具像照片之不足。

不讓你睡~睡眠運動植物適應時差變化節奏之研究

一天中,酢醬草葉片開展時間比含羞草長,清晨與傍晚,葉片開閉狀況也不同。兩者均能配合12hr光週期穩定調整生物時鐘節奏;6hr光週期,酢醬草調適生物時鐘的能力較弱(與3hr、1hr光週期相似),含羞草對光線敏感度高,能隨即配合光週期而調整。在恆亮、恆暗及亮暗交替環境,酢醬草與含羞草仍啟動睡眠運動,平均週期接近24hr,推論二種植物的生物時鐘機制影響睡眠運動的能力比光線的影響強。 18天的12hr光週期中,調整二次12hr較長時差,酢醬草分別需2天和1天調整生物時鐘節奏配合新的光週期;含羞草在第一次時差後無調適期,第二次須調適5天。相較之下,18天內調整二次6hr較短時差,酢醬草的生物時鐘節奏無調適期;含羞草的生物時鐘分別需要調適3天和1天。

結合幾丁聚醣及聚麩胺酸對重金屬離子吸附之研究-研發全新吸附暨檢測之循環系統

本研究以降低汙水中重金屬離子濃度,進行吸附與檢測的研究與改進。利用天然環保易分解且吸附效率高的材料-幾丁聚醣和聚麩胺酸(γ-PGA),探討各種變因下對鉻、銅離子的吸附機制和效果。使用黏附幾丁聚醣的多孔性泡綿,並利用抽濾法,提高吸附的速度及效率,鉻、銅離子殘留率分別可達2.08%、11.23%。更發現一種新型吸附材料幾丁聚醣-γ-PGA複合材料,結合γ-PGA後,有效提升銅離子吸附效果。進一步運用分光光度儀檢測原理,以一個便宜的光敏電阻檢測裝置,結合吸附劑,研發出具「高效率、成本低、即時檢測」的重金屬離子吸附暨檢測之自動循環系統。對於2.0ppm之Cr6+(aq),10.0ppm之Cu2+(aq)分別循環2、3小時後,殘留率為0.046%、0.074%。

兩數相加、相減等於這兩數相乘的研究

本校所舉辦自然科學有獎徵答第三次題目是:兩數目加等於這兩數相乘,即甲+乙=甲 × 乙,任寫三個,第五次題目是:兩數相減等於這兩數相乘,即甲一乙=甲 × 乙,任寫三個,我們把答對的答案 加以整理、發現答案各有很多種,我們想能不能就答案中找出解題的簡便法,於是在研習活動中我們在老師的指導下,尋找解決方法:

DCPIP變色比一比

“藍瓶反應”是一個常見的趣味實驗,以亞甲藍的藍色←→無色瞬間的變化令人稱奇。經過實驗,我們從許多不同的染色劑中,發現除亞甲藍之外,亦有能夠進行藍瓶反應的──“DCPIP”。於是我們進一步探討“DCPIP”的結構,並探討其可能的反應過程,及在不同條件下之反應速率。於是我們就發現了不僅葡萄糖、果糖、半乳糖可出現藍瓶現象,只要可以繼續氧化的官能基(例如羥基或醛),在其官能基附近有拉電子基的存在,亦產生效果絕佳的藍瓶反應。亦以葡萄糖本身為探討的主題,到底是哪一個官能基最有可能先開始反應?也探討DCPIP、氧氣、葡萄糖及氫氧化鈉四者之間可能發生的機制。我們也發現了藍瓶反應的現象要發生,四者的條件缺一不可。另我們亦以氧化電位及還原電位去探討其中可以變色的原因。於是就慢慢揭開藍瓶反應神秘的面紗。

後山坡的天才兇手-蟻獅的研究

學校後山坡是一大片沙地,每到晴天就有許多圓洞洞,有大,有小,排列美麗,但下雨天就沒有了,真奇怪,有一天老師帶我們去後山坡,把圓洞邊的沙都挖起來,結果裡面有一種小蟲,老師說它叫蟻獅是蛟的幼蟲,我覺得很奇怪,蟻獅為什麼要生活在黃沙裡?別的地方有沒有?它生活在沙裡怎麼行動?怎麼生活?怎麼覓食呢?這裡面一定有天大的秘密,便下決心研究。

圓錐曲線上包絡線之探討

在“高中數學──自然數系”書中,第六章自然數的除法運算裏,有一組問題如下:在圓周上取出 24 個等分點,分別記為 0 , 1 , 2 , …… , 23 (A)將0連到 6 ,將 1 連到 7 ,……,17 連到 23 ,這些直線段(圓上的弦),可以找到一個圓以這些直線段為切線(此圓為此直線族的包絡線)(B)將 1 連到 2 , 2 連到 4 ,……, 11 連到 22 , 12 連到 0 , 13 連到 2 , ……, 23 連到 22 ,則這些弦的包絡線為一心臟線,這組問題引起我對包絡線的注意。 80 年暑假參加數學研習營,楊維哲教授談到“心臟線”是數個曲線族的包絡線,心臟線也是圓族的包絡線;因此更引發我對包絡線的興趣,想作更進一步的探討和研究。

磁鐵在非鐵金屬管中的磁浮現象與應用

在國中理化課本中,我們所學到的─《電流和磁的關係》,我們都知道「當電磁靠近金屬時,金屬內的磁場會發生變化,此時金屬會有『電流』的產生,進而使檢流計的指針發生偏轉,英國科學家法拉第在1831 年,將這個現象稱為─『感應電流』」。因此我們選擇銅、鋁兩種金屬管探討不同強度的磁鐵在金屬管中作自由落體時感應電流與磁鐵落下速度的變化關係。在本研究中,我們首先要找出能準確測量磁鐵從金屬管落下的時間的裝置,於是我們利用數位相機、放大鏡、馬錶設計了「同步攝影法」,來改善手按測量的不準確。藉由電腦的影像分析,在不同厚度(1.55、3.10 ㎜)與不同金屬管(銅、鋁)的研究發現以厚銅金屬管的效果最佳,此現象應與感應電流的大小與金屬材質的電阻大小成反比有關。在不同厚度的金屬管中改變磁鐵磁場強度的實驗發現薄金屬管在磁鐵磁場強度約為5000 高斯及厚金屬管磁鐵磁場強度約為3000 高斯時鐵落下的速度為等速度運動。其次在將金屬管切割成有缺口的實驗中,我們發現感應電流的現象依然存在,這現象顯示在金屬管中的感應電流不是沿著圓形的管子而形成,而是當磁鐵靠近金屬管時,在金屬管的管壁間可以形成無數連續的小「渦電流」,這無數的小渦電流在管壁內產生無數感應磁場形成「磁阻」用來抵抗磁鐵的下降。最後利用磁鐵、鋁管、定滑輪、砝碼組及投影片捲成的電梯設計「磁浮升降梯」、「磁緩衝機」可以在沒有電力的情況下將升降梯的速度控制在0.18 公尺/秒的安全速度,及磁緩衝機的設計可使蛋由4 公尺高落下卻完好如初不會破裂。