全國中小學科展

第52屆--民國101年

水中忍者-研究日本沼蝦對棲地環境的適應

日本沼蝦為台灣淡水長臂蝦,是台灣西部中下游水域淡水蝦數量最多的族群。公、母蝦的分辨在全長4cm、體重1g以上,可由頭胸甲和螯來判斷。公蝦形態特徵與體重的關係,以螯的成長速率最快,為明顯的第二性徵。自製環保蝦籠是捕捉日本沼蝦的最佳用具,優點為捕捉數量多、成本低、環保和採集方便。日本沼蝦捕捉方法以狗飼料為誘餌,在夜間放置自製環保蝦籠於岸邊誘捕,效果最好。日本沼蝦在水中體色多變猶如我最愛的日本忍者,隱藏於環境中不易被發現。體色變化實驗整理出四種變色模式,當較高水位、強光下變色最快、體色最深,這與棲地環境的適應相關。日本沼蝦的卵面積小,抱卵數為粗糙沼蝦的7倍多。生殖策略是以量取勝,來適應環境,提升競爭優勢。

終結金紙灰-細菌對紙灰之降解研究

為了處理燃燒金紙所造成的紙灰污染,我們從數種污染環境中尋找能夠生存於強鹼紙灰的微生物,藉由強鹼性培養基的篩選,在化學廢液回收桶與加油站土壤附近,分離出四種菌株(CS-W、CS-Y、PE-L、PE-S),進一步發現與紙灰土共同培養後,其具有調降pH值之效果,在顯微鏡菌落、革蘭氏染色觀察和染色體定序後,判斷應為細菌,嘗試與金紙灰共同培養並於灰燼上栽種小白菜,發現其可讓種子發芽,經參考文獻與實驗我們推測其中參與的生化反應與代謝葡萄糖產生酸性物質,以及鉀離子代謝相關,本研究目的為利用細菌改造紙灰,使其成為可栽種植株之物質,增加了紙灰的利用價值性。

光敏電池與自製電表

在現代科技不斷的發展之下,人們無意之間消耗了許多自然資源進而造成地球暖化,而現在各界的環保意識抬頭,都想要找出可以減緩地球暖化的替代能源,藉此有很多新聞都報導出近幾年研究出來的各種運用再生能源的裝置或配備,因此引起我們對於研究能源的興趣。民國97年一位虎尾科大的教授帶領著學生做研究,研究出了一種有機電池,因為這個電池可重複使用的性能再加上低污染而且成本又不高,在台北國際發明展得到了金牌獎的佳績。當我們看到這則報導之後,馬上興起了研究的念頭,想要了解這號稱”無污染有機葉綠素電池”的秘密,藉由研究太陽能葉綠素光敏電池的主題,把最主要的材料──葉綠素進行改造,並且改造出發電效能比較好的電池裝置。

還原醣的彩虹-探討醣與鹼之應用

藍瓶實驗是國中探討氧化還原章節時常用來演示的實驗,將氫氧化鈉和葡萄糖溶進水中,滴入一滴亞甲藍液,放置一段時間,溶液便會從藍色變成澄清,如果搖晃數次,溶液又會變回澄清。一次偶然的機會,我們忘了加亞甲藍液,意外發現還原醣在鹼性溶液中會從透明依序變成黃色、橙色、紅色,甚至棕色。於是我們將以上兩實驗結合,試圖找出變色原因。結果顯示反應速率跟反應物中糖、鹼的濃度與温度有正向的趨勢關係;不同陽離子的鹼亦對反應速率產生影響。另各種糖的β態存在比例愈大者反應速率越大,且反應的溶劑系統極性大小亦會影響醣的β態存在比例而使速率產生差異。再者不再反應的藍瓶可以利用加酸再加鹼重生。我們更進而設計了一個利用氫氧化鈉檢測還原醣的方法來取代本氏液,不但不會對環境造成污染、時間快速、檢測濃度又比本氏液低且價錢也非常便宜。

囫圇吞「藻」-天價藻膽蛋白質快篩法

本研究的目的在開發一種新的篩藻邏輯-「藻泥+PVA抹盤法」,可以在少量、簡單、快速且有效地的原則下判定藻種是否含有足量的藻膽蛋白;再以傳統萃取方法進行量化的確認。最後結果:(1)在藻株的培養上,若在充足的CO2供應下,泥生顫藻的培養可達到7.016 g/L乾重,濃度遠超過業界所稱具經濟性的指標(5 g/L)。(2)在基因鑑定上,生物資源保存及研究中心確認泥生顫藻是一個新屬,也接近偽魚腥藻。(3)在藻膽蛋白的品質上,來自泥生顫藻的純度為0.72;溫泉藻的純度為0.74,皆大於0.7,已達到食品級的水準;產率大於100 mg/g(值得開發的門檻)。由於藻膽蛋白的單價比黃金還貴,說明本研究發展的新方法所發現的泥生顫藻具有非常大量的藻紅素,整體的開發極具經濟效益。

知「朱」網, 扶桑花訊-探討朱槿的花開花閉

這個研究主要在探討朱槿花開與花閉的力量,從何而來?如何控制?從實驗中發現:離開母株的花苞,其開花幅度與重量,和留在母株上的花苞相較並無差異。由花的解剖及養分分析得知:花瓣與蕊柱,從花苞開放後便不再需要母株供應。動作的機制則由花瓣及蕊柱控制;花瓣的基部和中央比邊緣厚,當呼吸作用產生水,水分因分布不一,會產生不同的支撐力與張力,造成花開和花閉。屋瓦狀排列的花瓣,力量會彼此牽制,延遲花開花閉的時間;特化的蕊柱能儲存水分,可加速花開但延遲花閉。減緩花閉的速度有利於增加傳粉者來訪的機會,而花閉所形成的空間能保水,防止子房壁乾裂,使胚珠順利發育。蕊柱及花瓣的特殊結構則可設計為仿生的對象,應用於開關的設計。

「鈉」「纖」粘,我們一起喝的果汁

塑化劑風暴使大家對食品添加物感到恐慌,在常見的果汁添加物中,「羧甲基纖維素鈉」令我們感到好奇。我們從網路蒐集資料,進行溶解及自製粘度計測試,對果汁添加羧甲基纖維素鈉的原因提出假設與實驗:包含會改變其它添加物的溶解量嗎?會影響果汁分離、褐變及保存嗎?並嘗試利用硫酸銅水溶液檢測市售果汁所含的羧甲基纖維素鈉;最後探討羧甲基纖維素鈉是否會影響生物(植物)生長。研究結果發現:添加羧甲基纖維素鈉,可以增加果汁的粘稠度及糖溶解量、延緩分離;羧甲基纖維素鈉的『保水』性,能加速黃豆、綠豆發芽,有助空心菜成長。我們期許未來能找出有效檢測羧甲基纖維素鈉的方法。

『金來瘋』-金屬廢液利用電解法提高回收效率與節能大小的探討-

本研究在電解槽中額外放入中央碳片進行硫酸銅水溶液電解,發現文獻中沒有探究到的自發性感應電極現象,且可提高金屬的回收量高達對照組的五倍(耗能僅需對照組的14%),其主要發現如下:(1)中央碳片會出現自發性感應電極(偽正極和偽負極);偽正極產生氧氣、偽負極則會析出金屬銅。(2)若改變中央碳片的排列方式,會影響銅金屬總體析出量。以平行排列的析出效果優於垂直排列。(3)試圖建立中央碳片之串聯與並聯的理論類比,可初步成功解釋析出量與效率的差異。(4)若電解槽中央擺置碳片,最高可讓每克銅析出的能量降至原來的14%(同樣耗能下,析出量最高可提高五倍),建議可應用到金屬廢水的回收設計上,達到低耗能高回收的效果。

自行車重心轉換裝置

本研究主要目的在設計出一種機構裝置,讓自行車騎士於騎行下坡路段時,能以線控方式迅速調整座墊向後下方平移以降低同時後移人車重心,藉以減低自行車因緊急煞車所造成之翻車危險。主要裝置係為兩組四連桿機構之組合機構 -- 平行等曲柄機構及擺動滑塊曲柄機構,透過線控作動氣壓棒開關,以臀部坐下施力於座墊或輕微上提離開座墊,來完成重心轉換。本研究同時透過理論公式的推導及實驗驗證,加裝本裝置之自行車操作降低重心後,能大幅縮短了最小煞車安全距離,達到增加自行車行車安全的目的。

一種新的圖形導覽介面

瀏覽圖形式資訊的時候,常受到螢幕空間大小的限制,無法在顯示圖形整體結構的同時也顯示細節部分,目前導覽介面所採用的方式有捲軸捲動、開啟多視窗、局部放大等方法,這些方法雖然可以呈現資訊的細節部分,但是仍有其不便之處。超廣角鏡頭成像的時候,會有中間部分放大而周邊部分縮小的情形,藉由這個特性,我們發展出了一種新的圖形導覽介面,在瀏覽的時候,有個圓形區域可隨著使用者的意願而自由移動,而區域內的圖形是以模擬超廣角鏡頭成像的方式呈現,且能夠與圓形區域外的圖形做銜接,如此,在瀏覽圖形式資訊的時候,除能夠顯示整體的結構外,也可以不開啟新視窗及無遮蔽的方式,即時地將想要觀察的部分做局部放大以展現細節。