全國中小學科展

第51屆--民國100年

雨後精靈現形記

本研究調查校園與鄉野的菇類分佈,並透過栽培觀察菇的成長;另設計觀測箱,觀察孢子的彈射及影響因素。研究發現:一、我的校園發現菇類共13種,地點多在草皮。二、鄉間發現菇類共15種,墾丁海邊6種,地點多在枯木。三、四種食用菇從出菇到成熟約數天,且採下後還會再長出,以簡易方式栽培,維持高濕度也可長出美味的菇。四、柳松菇的孢子彈射約持續2-3日,濕度高可增加彈射距離,菌傘會傾斜增加彈射的高度。五、柳松菇孢子彈射利用水的表面張力,彈射前菌傘充滿水份,彈射時間愈久,菌傘變薄變寬,逐漸傾斜,蓋緣皺褶,由豐厚鮮潤變為乾癟凹陷,菌褶變長。由於野菇平常不易觀察,因此我們請專家協助鑑定,並製作網頁及發表分享研究成果。

我要彈得又高又遠—蕨類孢子傳播機制之探討

我們針對孢子囊開啟及環帶形狀的改變探討孢子囊構造與孢子傳播機制。結果顯示孢子囊上唇細胞與環帶的設計是傳播機制的關鍵構造。唇細胞是啟動孢子彈射的指揮。成熟度已足夠,唇細胞也可等待時機,直到含水量降低才釋放孢子。具備環帶且附加唇細胞開關的孢子囊是優秀的投石機裝置,當唇細胞開啟,不僅讓環帶蓄積因膨壓改變所造成的彈性張力,也啟動精巧的環帶通道閘門。此時孢子就像上了威力滿載的投石機,在環帶協助下被彈射得又高又遠。沒有環帶構造的孢子囊沒有彈射的機制;僅有環帶沒有唇細胞的孢子囊不具環帶通道,無法將環帶的拋射動作做最大的發揮,拋射孢子效果居次。位於環帶內能加強彈射效果的環帶通道是第一次被提出,值得進一步探討。

“紙”想告訴你—紙尿褲物命再現

先探討紙尿褲的組成成分,是如何吸收尿液,在本研究中我們將探討廢棄的紙尿褲可以再次利用在哪些方面。

從林邊溪地下伏流看二峰圳的神奇

二峰圳當初在日本時代,由日本工程師鳥居信平先生,為了台糖灌溉需要所建造的工程。林邊溪來義段到處是粗碎頁岩礫石地質,容易滲水成伏流,又有坡度,所以適合建地下水庫。二峰圳分成梯形堰堤廊道、拱形隧道與半圓形集水暗渠隧道、方形進水塔、導水系統。運用地勢高低落差原理來作導水,一點都不必用到電力。今年二峰圳在十月份出水量每秒約7.8立方公尺的潔淨水,最乾旱的二、三月還可出水每秒約1.3立方公尺,如果在雨季出水量肯定會更多。高屏各溪流地質都很類似:砂、礫、硬頁岩、板岩等等。進入山區,每條河川的水量土質坡度,條件幾乎都比二峰圳段優越,如不建水庫,可考慮多建幾座二峰圳,來解決大高雄與屏東縣飲水問題。

連續整數的n階完美平分

本研究屬於整數分組的問題,我們所找到的相關文獻有「第49屆全國科展國中組-誰最數配」以及「第44屆全國科展高中組-談整數分組問題」,研究內容都是以次方來分別討論1k,2k,3k …,Nk的分組方式。而我們的研究則是把重心放在如何能找出同時滿足k =1,2,…,n的平分兩組的方式,我們稱為n階完美平分。所謂連續整數的n階完美平分是指『將連續整數分成2組,並且滿足①2組數量相等②2組數字的k次方的總和相等,其中k = 1,2,…,n』。研究過程中,我們透過矩陣來紀錄分組的歷程後完成了底下的結果 1. 找出了連續N個整數的1階完美平分的方法與相關的限制。 2. 找出了連續N個整數的2階完美平分的方法與相關的限制。 3. 找出了連續N個整數的3階完美平分的方法與相關的限制。 4. 找出了連續(2n × k)個整數的n階完美平分;其中n ≧4 ; k ≧ 2。

「殼」以不要「酸」我嗎?不同pH值酸化海水與有殼動物外殼交互影響之研究

本研究探討在不同pH值酸化海水中,有殼動物外殼重量下降的情形;進一步研究不同種類的酸和溫度對外殼之影響;最後,針對外殼和酸化海水的交互影響作更深入的研究。實驗發現酸化海水pH值越低,對不同外殼影響亦有差異,其中以幾丁質成分為主的螃蟹(重量減少約2~4成)及蝦子(4~6成)較為嚴重。硫酸與鹽酸的酸化海水溶蝕外殼的速率差異並不明顯;高溫酸化海水(33℃)導致外殼溶解量增加,蝦子重量差異可達25%。在pH值4.0酸化海水下,螃蟹對酸化海水回升有最大的貢獻,在0~23天內能使pH值維持在6.0左右,其他三種外殼(珊瑚、文蛤、蝦子)在第四天後,pH值即降至6.0以下。最後,我們綜合評估四種外殼對海水pH值回升影響的大小為:螃蟹>蝦子>文蛤>珊瑚。

層經滄海難為水—沉積層的研究

本實驗旨在觀察沉積顆粒在不同流速及不同坡度環境中的沉積分層情形。首先,我們利用篩選機篩定出粒徑在特定範圍內的砂子當作沉積顆粒,接著建立沉降實驗的基模,並選用不同顏色的砂子,分批搬運沉積在沉積槽中做出明顯的分層,實驗過程中改變搬運力及坡度觀察其對分層的影響。我們初步觀察到基本的粒級層,更進一步發現到層序不一定按照砂子倒入河道的先後順序排列,即先供應的砂子沉降後,會因為搬運力的改變而再度被搬運至上層,覆蓋住後供應的一批砂。

看誰「墩」得穩—不同橋墩斷面受力穩定度與淘空研究

八八風災造成傷亡無數,幾條重要對外聯絡橋樑斷裂,交通中斷,影響人民生活。本實驗利用油土塑造各種形狀模型模擬橋墩,並觀察橋墩迎水斷面受力大小,橋墩迎水面淘空和左右淘空,以及橋墩背水面流水沖刷的情況。從橋墩穩定度方面得知,河床枯水期期間,橋墩迎水面為方形較容易受水衝擊而搖動,而橋墩迎水面非方形則有較佳的穩定性;豐水期期間,橋墩為正圓及梭形的受水衝擊後仍能穩定,尤其梭形在大水衝擊下仍能穩健的佇立;另外在橋墩淘空方面,迎水面具流線弧度可有效減緩淘空情況,其中圓形與梭形淘空面積最小,可有效減低橋斷裂的危機,背水面河道沖刷方面得知,導流板為尖角形狀者具良好導引水流的效果,而圓弧則有集中水流的作用。

綠野“仙”蹤~一起來採仙人掌果吧!

仙人掌果用途多多,我們想利用學過的簡單機械原理探討、設計採仙人掌果工具。 我們先調查澎湖本島採仙人掌果的工具與方法,發現有「垃圾夾」、「鐮刀」、「三(兩)叉」、「鉤子」和「鐵絲圈」五大類。 我們接著探討六種採果工具(加上高枝剪)採果時的施力,發現不考慮工具重量的話,「三叉型」最省力。如果加上工具重量,「鐵圈型」最省力。以近、中、長三種不同距離採一顆仙人掌果時,「高枝剪」都是最快速的。採果時不傷到果實可以保存比較久,而我們發現近距離時,「三叉型」和「垃圾夾」最能保持果實完好;中距離時,「鉤子型」和「鐵圈型」最能保持果實完好;長距離時,「三叉型」最能保持果實完好。 最後我們設計了「鉤勺合一型」和「窮人高枝夾」兩種採果工具,發現「窮人高枝夾」較符合簡易、經濟、省力、有效率的優點。

光纖網路連連看

某日看到一建立光纖網路的題目,發現這個題目和實際應用有些關聯。於是我們先從畫圖列出所有可能的種類,並從各城市連結的關係推得城市數和所有可能數關係: N(n+2)=3N(n+1)-N(n) ,(n≧1 ,n為自然數),再利用遞迴數列得到其一般項,並且由數學歸納法證明:N(n+1)=1/√5*(x1n-x2n), (n≧1,n為自然數,其中x1=(3+√5)/2, x2=(3-√5)/2。再來,我們將標號差推廣至差≦3,發現這比原題目複雜很多,因此我們把K(n)分類為A(n)+B(n)表示(其中A(n)為從K(n-1)延伸之可能種類,B(n)則為由n號城市必與n-1,n-2,n-3號3個城市相連而成之網路) K(2)=1=A(2) K(3)=3=A(3) K(4)=16=A(4)+B(4),其中A(4)=15,B(4)=1 K(5)=75=A(5)+B(5),其中A(5)=72,B(5)=3 K(6)=335=A(6)+B(6),其中A(6)=325,B(6)=11 K(7)=1485=A(7)+B(7),其中A(7)=1439,B(7)=46 但經過重重討論,仍然沒有一個好的結果。