全國中小學科展

高級中等學校組

飛揚的繩圈

我們利用繩圈發射器研究繩圈在不同速度下的運動及形狀。假設繩圈只受重力、空氣阻力、張力作用,且發射器和繩圈接觸點張力為零,我們發展出計算繩圈受空氣阻力、張力的方法,且張力的理論值和實際值極為接近。我們認為,繩圈的速度越快,空氣阻力使繩圈整體向上抬升,使繩圈變得狹長,但繩圈末端的曲率與張力出現極大變化,相較於空氣阻力,張力對末端的形狀有更重要的影響。而在高速下末端會出現特別的凹陷現象,我們認為是末端的繩圈,受到的張力及空氣阻力,使末端各部份具有向後之加速度,使各段減速導致繩圈形狀發生凹陷。在這個過程中,張力的重要性遠大於空氣阻力,因此我們可以說,繩圈的末端是被自己拉過去的!

內切圓的突發奇想

我們對內切圓研究一開始是從四邊形出發再延伸到多邊形,而研究的方向有兩個,其中一個是探討圓外切多邊形與圓內接多邊形(即圓與切線交點之切點多邊形)之間的關係。首先得到凸多邊形內切圓的成立條件,依據圓外切多邊形的邊角關係、邊長關係,得到不同的結論;接下來對圓外切四邊形與切點四邊形的關係做分類,並討論這兩種四邊形的面積公式後,進而觀察這兩種四邊形的面積與周長比值的關係,最後衍伸至n邊形,因而得到凸多邊形之面積與周長比值的關係。另一個方向則是由圓外切四邊形與切點四邊形的對角線交點,以及兩四邊形之邊長延伸線的交點、內外頂點延伸線的交點,去探討其共點共線的關係。

「炭」觀止矣-生物炭吸附水中汙染物之探討

在本研究中燒製溫800°C、600°C、400°C的竹殼與大王椰子生物炭對亞甲藍與磷酸鹽溶液皆有吸附效果並皆符合Langmuir以及Freundlich等溫吸附方程式。在生物炭吸附量的比較中,藉由實驗參數qm((最大吸附量)的比較,知在在亞甲藍與磷酸鹽溶液中,論論燒製溫度的高低與否,椰子生物炭普遍較好(最大吸附量),唯一例外為在亞甲藍溶液中燒製溫度800℃之竹殼生物炭吸附能力佳(。最後在動力學模判斷中中,們藉藉由實以以及理論衡吸吸附量,計算出相對誤差值進行比較。亞甲藍溶液中,400°C、600°C以及800°C生物炭皆符合擬二級吸附動力學。磷酸鹽溶液中,400°C及600°C燒製的大王椰子與竹殼生物炭分別較適用擬一級與擬二級吸附動力學,而800°C燒製的生物炭皆適用擬二級吸附動力學。

神奇藍水瓶

本研究探討藍瓶實驗的動力學以及糖與鹼久置、藍瓶實驗不再變色後會產生黃褐色物質的問題。自製光度計,由電壓變化更能更精確測量亞甲藍濃度隨時間變化。對葡萄糖而言,推論整體反應變色速率定律式為r=k[C6H12O6]1.6[NaOH]0.8[C16H18N3S+]0.8,亞甲藍濃度範圍2.6× 10-4 M~1.01× 10-3 M。 對乳糖而言,推論整體反應變色速率定律式為r=k[C12H22O11]1.6[NaOH]1.0[C16H18N3S+]1.1,亞甲藍濃度範圍2.6× 10-4 M~1.01× 10-3 M。 糖與鹼混合後要立即與亞甲藍反應,久置或高溫可能會有糖的降解或其他反應發生。經由UV光譜動力學分析,在272nm處吸收值隨時間增加而增加,推論乳醣也類似葡萄糖,在鹼性條件下也可能會降解產生低分子量有機酸、醛類和酮,以及形成具有共軛雙鍵的高分子量物質。

金門高中學生選擇班群決定因素之研究

經過文獻探討、訪談及因素分析 等研究過程 ,我們將學生選擇班群的決定因素定義了「學考科能力」、「興趣特質」、「未來進路 」、「家庭師長朋友」、「學校課程安排」等五個主要決定因素,其中尤以興趣特質」因素普遍受到大家的重視。 我們根據以上五大因素,作為第一層級因素,設計了AHP問卷,填答者通過填寫問卷,來審思他們對於不同因素的重視程度,並基於這些因素來衡量選讀的班群(第二層級因素)。我們將AHP問卷分析結果,與填答者所就讀班群進行比對,發現所得的優勢班群與填答者所就讀的班群相符合,確認了本AHP的兩層級設計,來決定選讀班群是合理實用,其結果參考價值極高。

光音似見-透過光訊號還原聲音

本研究旨在探討透過雷射光偵測遠端聲音震動訊號,並將震動訊號還原成聲音之可行性。研究發現:透過雷射光偵測遠端聲音震動訊號,並將震動訊號還原成聲音具有相當可行性,但因為電壓訊號係收集反射之雷射光,並非直接訊號而是參雜了許多雜訊,因此雜訊去除是聲音還原主要關鍵因素。本研究先將電壓訊號進行資料預處理及轉換為梅爾頻譜圖可視化後,再以三種不同雜訊去除方法降噪,並與原始聲音進行SSIM-結構相似性比對,發現深度學習UNet模型表現最佳。最後研究中所訓練的UNet模型,在單頻、雙頻聲音的表現相當良好,相似度最高達0.930;但在古典音樂多頻複雜情況下表現較不理想,相似度最高達為0.434。

隱藏在聲音中的魔鬼-探討adversarial voice attack對智能語音辨識模型影響之研究

本研究的目的在於探討Adversarial Voice Attack在對保護智慧財產權、抵抗自動翻譯的能力和預防智能設備危險,並以此進行大規模的應用。我們本次使用了常被用來做為翻譯系統的silero作為研究基礎和試驗對象,使得我們可以評估我們的對抗性樣本是否可以作為對抗自動翻譯的手段和它對模型的效果。利用FGSM(Fast Gradient Sign Method)方法生成對抗性noise來干擾模型對語音的辨識效果。我們的目標為透過解析模型label來製作能夠對模型進行有效攻擊的對抗性樣本,並以進化策略(Evolution Strategies)嘗試進行黑箱攻擊。 根據研究結果顯示在已知模型梯度的情況下可以做出噪聲極小的對抗性樣本。而我們在使用進化策略其中的協方差矩陣自適應進化策略(Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy)進行黑箱攻擊也可以使得製作出來的對抗性樣本的噪聲難以被人體感知。

高效奈米印跡粒子萃取大葉欖仁液中單寧之特性研究

本研究以FeCl2及FeCl3莫耳數比1:2一鍋化合成MNP粒子並以TEOS包覆矽殼,APTES於表面修飾胺基,單寧為模板分子,丙酮為溶劑脫附單寧後可得對單寧具專一性的 MIP粒子,產率75.73%,由BET氮氣吸脫附曲線知MIP具較窄孔為尺寸均勻的球體。以波長279nm最大吸收度製作單寧檢量線y=13.15x+0.022定量未知液單寧濃度,欖仁葉釋放單寧濃度的條件探討選定吸收度最近1的最佳稀釋比1/5,煮液越久、越高溫釋放單寧濃度越高,且煮液時間與釋放濃度為線性關係,吸附測試過濾效果以Filter最佳,加奈米粒子量越多吸附率增加,達吸附飽和所需量不同,萃取率隨MIP加入量而增加,0.08g為最佳量,萃取率82.634%,HPLC分析欖仁液主成分為單寧,MIP萃取率高達98.97%,並開發新製程MIP粒子合成法高效提升單寧分子吸附率。

太陽活動與台灣周遭海域表面海溫之關聯

本研究探討太陽活動極大期與極小期臺灣周遭海域海溫與太陽黑子數的關聯。將極大期與極小期次年的海溫依季節分組,分析各季海溫距平與太陽黑子數的關聯。發現在太陽活動極大期次年的冬季與秋季,臺灣海峽區域表面海溫與太陽黑子數的關聯最顯著。推測係因在太陽活動極大期時西伯利亞高壓強度改變,導致臺灣附近的季風強弱產生變化,進而使臺灣海峽表面海溫與太陽黑子數較具關聯性。將極大期與極小期次年的海溫數據依各月分組後,發現結果大致與前述研究相符,但能發現許多依季節分組無法觀察到的現象,例如關聯性較高的海域範圍常呈帶狀分布,應是受洋流流向影響所致;在太平洋西部海域,具顯著性區域常呈團狀分布,顯示應與渦旋的生成及移動有關。

探討矮仙丹對紫外線的防護機制

比較校園常見紅花、粉花、黃花矮仙丹抗UV能力之差異。萃取花瓣的花青素,研究在不同濃度及pH值的環境下抗UV的能力,結果發現紅花的花青素含量大於粉花,在偏鹼環境中,會因結構改變而有較高抗UV能力。另外在照射UV後,紅花之花青素與類胡蘿蔔素均增加,使抗氧化力上升,傷害性指標丙二醛濃度先降後升。粉花利用抗氧化酶,超氧化物歧化酶上升、過氧化物酶短期顯著上升,用以清除活性氧,但長期濃度顯著下降,顯示細胞受到傷害。黃花不論在短期及長期照射下,均以類胡蘿蔔素做為主要的抗氧化方式。此外,隨著UV照射時間膜脂過氧化的現象越明顯,丙二醛濃度上升,觀察發現紅花、粉花下表皮的油粒體有數量增生的現象,黃花則數量下降。