全國中小學科展

高級中等學校組

一「鉬」瞭「藍」-傳統磷鉬藍方法之改良應用於定量水中ppm級磷酸鹽

本研究針對新竹地區水源受潛在污染影響且磷檢測昂貴的問題,改良傳統磷鉬藍法(PMB),以發展低成本、高靈敏度且環保的磷酸鹽檢測方法。 主要針對三項缺點進行改良:(1)高試劑用量、(2)使用有害銻離子、(3)鑑別度受限。透過九宮格實驗設計,調控鉬酸銨與維生素C濃度,並進一步控制反應系統,透過吸收光譜分析,成功篩選出能避免鉬藍干擾且反應時間短的最佳條件,成功建立良好的檢量線。應用於新竹地區自來水檢測,總磷濃度為0.045–0.101 ppm之間具有顏色鑑別能力,證實其半定量的可行性。 與傳統法相比,本法化學污染減少至1/45,操作簡便,且有機會發展成「磷酸檢測球」,本研究所開發方法兼具環保性與普及性,適合用於水質監測與環境教育推廣。

探討不同環境因子對左手香抑菌成分合成與效能之影響

左手香是熱帶及亞熱帶地區常見的植物,文獻顯示左手香的廣泛應用如抗發炎、鎮痛及 抗菌等功效。本研究以抑菌功效為研究起點,探討主要抑菌成分(百里香酚、香芹酚)在何種環 境下可提升其含量;接著討論此兩種成分對於左手香及環境的影響。結果顯示斑葉左手香內 百里香酚與香芹酚含量較高;兩種抑菌成分對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及腸道沙門氏菌有 抑制效果;不同光照時數、光照強度的實驗中,6小時與9小時搭配高強度光照,百里香酚及 香芹酚含量最高;適度逆境可促進香芹酚合成。最後發現左手香葉片對土壤菌群亦具影響, 顯示其可能干擾微生物生態。本研究結果可為天然抗菌劑開發、醫療及永續農業提供參考, 並促進左手香在多領域的應用潛力。

三角形內特殊直線變換所構造的軌跡

本研究探討給定三角形經由其三中線、三中垂線、三高、三內角平分線、兩外角平分線及一內角平分線,將線段延伸為直線,分別以其與邊或邊的延長線的交點為旋轉中心同時旋轉,作為新三角形的三個邊,圍出新的三角形時(簡稱為變換)的性質,並關注重心、外心、垂心、內心、旁心的位置。 本研究分析變換一次,尋找新三角形隨旋轉角度變化的性質;及固定某個旋轉角度,進行n次變換時,形成的點列所在的曲線方程式。 結果顯示,變換一次時,根據三線選擇的不同,各自出現陪位重心、心的重疊、Kosnita 點、多心共圓、共圓錐曲線…等性質;而當固定某個旋轉角度,進行n次變換時,則分別有等角螺線或收斂到特定形狀的性質。

BRing harmony to – 以色相分析Briggs Rauscher反應

本研究以錄影方式紀錄BR反應並透過自研程式分析色相值變化以探討澱粉濃度、溫度、硫酸錳(Ⅱ) (𝑀𝑛𝑆𝑂4) 濃度與金屬配位對 Briggs-Rauscher 震盪反應的影響。查閱文獻發現反應系統中澱粉的存在影響三碘離子 (𝐼3−)與澱粉的吸附與反應 (Csepei & Bolla, 2015);而本研究發現,平均週期與澱粉濃度呈非線性關係。實驗過程發現反應時週期先抑後揚,有頻率飄移發生,推測為錳(Ⅱ)與自身放熱所致並進行實驗;將結果與文獻相比顯示,本研究觀察到的震盪模式應屬諧波成分震盪 (harmonic oscillation) (Vukojevic, Soerensen, & Hynne, 1993) 或更複雜的震盪型態。 而在分析過程中,使用FFT頻譜分析與CWT時頻分析結合VMD與HHT嘗試以時域、頻域方法找尋與量化差異;並發現使用延遲時間遷入的相空間重構可以產生顯著的圖樣做非線性化學指紋應用。

觀光三輪車對鹿港觀光之效益與影響探討

鹿港老街榮登2024年十大熱門景點榜首,但觀光三輪車所引發的交通問題也備受關注。本研究旨在探討三輪車對鹿港觀光的效益與影響,並提出優化方案,以提升城市形象與觀光品質。研究透過訪談三輪車業者、當地居民與遊客,並進行問卷調查,共計232份樣本。結果顯示,曾搭乘者普遍對導覽體驗持正面評價,多數願意再搭乘;未搭乘者則多因交通混亂或行程未涵蓋三輪車而選擇不搭乘。綜合分析指出,應從旅客需求與業者角度出發,改善現行亂象。本研究建議包括設立規範停靠站、導入數位支付與預約系統、提升導覽品質、加強行車管理等,以打造具特色與國際化的鹿港觀光形象。

AI’S A IS FOR APPLE 基於人工智慧影像辨識之水果品質辨識及分類

本研究開發了一種基於影像辨識的水果品質分類系統,採用最適合同時處理局部及全局資訊的 Swin-Transformer 模型,透過分析水果外觀來判斷其品質,並多次實驗以調整參數、訓練多個模型以辨識不同水果種類與品質。 使用者上傳水果影像後,系統即能識別水果種類和品質,並提供新鮮度建議與食用方式。此系統相較於傳統的檢測方法,具備非破壞式檢測優勢,且降低成本,適用於農業生產與消費市場。 模型測試結果顯示,水果類型分類器準確率為99.0%,蘋果品質分類器為85.04%,橘子品質分類器為97.67%,顯示該系統在分類與品質評估上具有較高的準確性,對水果檢測及提升食品管理有重要意義。

圓內接多邊形西姆松線的延伸思考

本研究是將三角形的西姆松線推廣至圓內接N邊形的西姆松線,已知三角形的西姆松線有孟氏定理,利用數學歸納法可證得圓內接N邊形的西姆松線也有孟氏定理;若只考慮外接圓上的一點P對圓內接N邊形各邊所在直線作垂足,則各邊截線段比值的連乘積也會等於1;已知三角形外接圓上兩點𝐏、𝐏′的西姆松線之夾角,會等於𝐏、𝐏′兩點所對的圓周角。利用四點共圓、兩層西姆松線的關係可證得:圓內接N邊形圓上兩點𝐏、𝐏′的西姆松線之夾角,會等於𝐏、𝐏′兩點所對的圓周角的(N-2)倍;已知若兩個三角形的外接圓相同,則外接圓上一點𝐏對應兩者的西姆松線之夾角為定值,跟𝐏的位置無關。利用四點共圓、兩層西姆松線的關係可證得:兩個N邊形的外接圓相同時也成立。

單手操作無障礙—鍵盤與滑鼠的整合設計研究

本研究旨在解決肢體障礙或單手使用者在操作電腦時所面臨的不便,設計一款融合鍵盤與滑鼠功能的單手操作裝置。透過自製PCB電路板、客製化鍵帽與鍵軸配置、3D列印人體工學外殼,以及整合滑鼠感測器與QMK韌體技術,實現單手即可同時完成鍵入與游標控制的操作方式。我們的實驗結果顯示,單手使用時相較於傳統鍵鼠組合,本裝置能大幅減少手腕移動的距離與次數,有效提升使用效率並降低疲勞感。產品設計不僅針對身障者,也適用於特定單手使用情境,具備良好的通用性與實用價值。未來將持續優化硬體與軟體,期望推廣至更廣泛的使用族群,實踐科技輔具的社會意義。

The study toward the total synthesis of Breitfussin B

本研究旨在開發高效且符合綠色化學原則的Breitfussin B合成策略。Breitfussin B是一種極為稀少的天然產物,可自海洋苔蘚動物Thuiaria breitfussi中分離,分子結構包含吲哚(Indole)、噁唑(Oxazole)與吡咯(Pyrrole)骨架。儘管已有科學家完成其全合成,但現有方法步驟繁瑣,且涉及重金屬試劑,價格昂貴且難以回收利用。因此,本研究致力於開發更高效且環保的合成策略。 目前,我們透過一系列取代與還原反應和Sonogashira偶聯反應成功合成吲哚衍生物6-Bromo-4-methoxyindole,此產物可作為後續關鍵合成步驟的起始材料。此外,在疊氮酮(Azidoketone)至酮醯胺(Ketoamide)的轉化中,我們系統性研究了不同反應條件對產率及區位選擇性的影響。 本研究的成果不僅為Breitfussin B的合成提供關鍵技術支持,也對吲哚類化合物的全合成 具有重要的應用價值。

范氏起電機驅動之靜電風車運動模型探討

本作品係 利用范氏起電機產生靜電,並以電壓驅動標準靜電風車及自製鋁質靜電風車模型。其中標準靜電風車為范氏起電機附帶之零件,而自製靜電風車可改變包含尖端角度,風車半徑與阻力係數。以電鑽增加轉速改變范氏起電機輸出電壓。在各項實驗中分別測量包含電壓,離子風穩定性與轉動角速度。透過參考資料與實驗建立風車系統轉動時的統御方程式。結論包含推力與電壓呈正相關並在尖端角度介於30-45度間有最大推力,半徑影響特徵時間與終端角速度,阻力係數影響轉動方程,使系統分為指數飽和與雙曲正切飽和。最後探討其對空氣中微粒清潔之實際應用。