第52屆--民國101年

我們以魔方陣做為科展的出發點，過程中，發現到多種魔方陣的快速解法，但質數魔方陣並沒有快速解法，進而有了找出3階質數魔方陣快速解法的念頭。首先對質數的性質作探討，瞭解質數並沒有一般式的表示法，增加了尋找快速解法的難度。在後續的過程中，本研究將質數分為兩大類，一類為3k+1的型態，另一類為3k-1的型態，發現都可找到3階質數魔方陣，在限制定和為最小的要求下，確定魔方陣的中心數字為59時，有定和最小的3階質數魔方陣。本研究採用因數與倍數的概念，分析3階質數魔方陣定和性質，瞭解定和為3的倍數，藉由將質數分為3k+1及3k-1兩類，根據其中k的數字相加為定數，以較快速且有系統的方式找到3階質數魔方陣。

黃邊鳳蝶為金門特殊蝶種，研究從100年4月至9月於中山林進行14次調查，共觀察到607個卵、1170隻幼蟲、93隻成蝶。黃邊鳳蝶出現在氣溫較高的月份，遇強風或大雨則易吹刮幼蟲致死；降雨頻繁則幼蟲反而減少。在三個樣區中，A區植被豐富，主要食草潺槁樹矮小、多嫩葉，且前後各有花圃利於成蝶就近產卵，幼蟲量最多；B區潺槁樹雖高大，卻有多種蜜源植物，幼蟲量居中；C區潺高樹高大、植被簡單，又缺少蜜源植物，因此數量稀少。黃邊鳳蝶與棲地食草植物、蜜源植物及氣候密切相關。要維持族群穩定，須在蜜源植物周邊栽植潺槁樹，方便就近產卵。中山林因栽植潺槁樹於園區，配合周邊蜜源植物，族群維持佳。本研究見證生物的交互作用，以維護黃邊鳳蝶的棲地。

自製的「太陽黑子三角觀測器」對黑子的觀察效果佳，具有結構穩定、快速架設等優點。而我們設計的「液態磁力實驗瓶」，可產生「動態」的磁力線，是一大突破。以「液態磁力實驗瓶」可針對日冕噴發、極紫外線圖上的線條分布、耀斑與太陽風等太陽現象，完成初步模擬與理論推演。自創以「磁力線掠奪」的觀點去解釋SOHO衛星的極紫外線圖之線條分布，並證明這些活動線條符合「磁力線掠奪」的理論。「液態磁力實驗瓶」模擬太陽風對地球磁場的影響，驗證地球磁場對太陽風具有保護力。日冕燈泡狀噴發、磁力線掠奪、極紫外線圖的線條分布、太陽風模擬實驗的氣泡行為，都符合以磁力線為理論基礎的推理。而「太陽黑子三角觀測器」和「液態磁力實驗瓶」也是很棒的太陽教學教具，值得推廣。

本研究在於模擬臺北捷運大安森林公園站土壤液化現象並探討動力夯實工法防治效果。本研究分兩部份；一、預備實驗；二、實驗研究。預備實驗為設計沉積土層箱和捷運站砂土箱，並模擬土壤液化現象。實驗研究主要為了探討動力夯實工法對臺北捷運大安森林公園站砂層的效果。由預備實驗，我們設定1500mL水量、砂土深度10cm、砂層中未有緻密岩層，進行臺北捷運大安森林公園站砂層模擬，可以發現施作動力夯實工法砂層可以有效防治土壤液化，並從實驗中我們發覺經地盤改良的砂層在地震後會有地表濕潤現象，因此我們建議施作動力夯實工法後的砂層上方可以鋪設植草磚或連鎖磚，利於行人走動。

本研究記錄本土種點刻三線大龍蝨(Cybistertripunctatus)生活史中各蟲期的形態特徵，並探討其生態棲位與動物行為。野外採集性別比♂:♀約1.51:1，從卵經一齡、二齡、三齡、蛹到成蟲約需71.44天。肉食性兼腐食性昆蟲，是水中的清道夫，成蟲主要是靠嗅覺採搜尋方式覓食，且雄性搜尋能力比雌性強。幼蟲口器內有麻醉功能，先採坐等策略再主動攻擊策略。成蟲會從前胸背板與頭部接縫處滲出乳藍白色液體，其對於水中脊椎動物具有傷害性，對於非脊椎動物則無影響。雌蟲偏好在水芋莖內產卵，且具分散風險的習性。成蟲是一種適應力很強(水陸空三棲)的水生昆蟲，若發現有點刻三線大龍蝨死亡的水體，其可能屬於重度汙染或表面水體有不透水物質覆蓋。另外，有鳴叫、彈跳等有趣行為。

本實驗以綠水螅為研究生物，探討天然萃取物對水螅生殖和傷口癒合影響。結果顯示石蓮花萃取物相較其他天然萃取物，刺激綠水螅螅體生長明顯，而且提高水螅出芽率和傷口癒合能力；隨著石蓮花萃取物濃度愈高，橫切或縱切水螅螅體的細胞分裂能力具有濃度效應，傷口癒合程度和細胞分化作用隨之提高。我們進一步發現綠水螅細胞受到紫外線等物理性因子短暫傷害會抑制細胞分裂，但石蓮花萃取物隨即復原水螅再生能力，而且此天然物會抑制植物細胞的老化和枯萎，我們推測石蓮花萃取物含有類似細胞分裂物的成分，我們期望此天然植物性成分可以刺激動物組織再生，作為天然傷口癒合劑，更進一步延緩細胞老化，以期在生物醫療或美容醫學方面具有應用價值性！

雨水與灰塵時常對建築物外牆造成污染，本研究希望設計出防止外牆污染之裝置。首先，為了模擬污染情境，自行設計組裝一套「擬真裝置」，此裝置包含三大部分：雨滴生成器、抿石子試體、灰塵產生器。將抿石子試體以灰塵產生器進行落塵處理後，放置在雨滴生成器下方，實際模擬出雨水與灰塵對外牆造成污染之情境，結果出現「逕流污染」及「飛濺污染」現象。接著，測試各種防止污染的方法，由實驗結果顯示，採用「U型防污設計」將污水導流至排水管，可防止「逕流污染」；採用「60°斜板組件」，可防止「飛濺污染」。最後，我們整合「U型防污設計」及「60°斜板組件」，自行設計組裝的「防污裝置」可有效防止「逕流污染」與「飛濺污染」。

「風火輪」是1980年代以前兒童的童玩，將酒瓶蓋打扁穿線的風火輪，是小朋友們很喜歡玩的玩具，在玩的過程中容易發生危險幾乎已被遺忘。本實驗是利用簡單便宜的扳手與節拍器取代昂貴的馬達，釐清隱藏在風火輪中的物理。實驗結果得知『扳手往後、繩子被拉緊』時所產生的”波”，原來是繩子「自然頻率」和風火輪「轉動頻率」相同或接近時，所產生的共振現象。因繩子「自然頻率」和所受張力及繩長有關，故左右繩的共振振幅不一定一樣。轉動風火輪圈數為50圈時，繩子發生共振的時間維持較長、共振時的振幅較大。而繩長40cm時，繩子則不易發生共振現象。因風火輪在實驗過程中其位置會改變，在適當條件下，繩兩端都會產生一個完整的共振波。

探討各種蔬果植物在各種酸鹼值下不同的顏色變化、滴定實驗中之效果、 黑豆取代甲基橙的應用、紫色高麗菜及葡萄做為雙指示劑之可行性及指示日常生活用品之酸鹼性。經彩環實驗後觀察到，在較強酸鹼中每種天然指示劑的變化皆最為明顯;滴定實驗中，發現紫色高麗菜及葡萄有三種不同的顏色變化;黑豆及羊蹄甲有兩種不同的顏色變化，紅鳳菜變化不明顯。根據上述兩項實驗，延伸其應用性，發現黑豆能有效取代甲基橙;紫色高麗菜及葡萄雖有三種不同的顏色變化，但應用於雙指示劑效果卻不佳;選用顏色變化較明顯指示劑葡萄及紫色高麗菜作為指示日常生活用品之指示劑，指示功能皆佳。

去年學長姐的作品引發我們的好奇心，因此規劃一連串實驗，尋找易得又實用的茶色染材，以探討染汁色素的不同與最佳應用。在參考資料後，設計的實驗項目如：萃取前處理及測試、濾紙色層分析、比色方法、改變展開劑比例與應用於生活用品。實驗中發現，萃取液的顏色深淺與原料顏色無直接關聯，含有丙酮的展開劑能有效分離茶色染汁，茶色染汁都會被分離出黃橙色的成分，而不同的媒染劑會使染劑顏色多樣化，酸性媒染劑都能使染汁顏色加深。最後我們為多種染汁設計比賽，將他們上色於不同的材料，比較顏色多樣性。經過本研究，除更認識身邊的染材與應用方法，對環保議題也更加關心。希望經由本實驗，提升人們對植物染的興趣，進而推廣愛護資源的概念。