全國中小學科展

高級中等學校組

化污成油-合成鈷酸鋰觸媒催化大豆油及油炸廢油產出生質柴油之研究

本研究所得之最佳條件將碳酸鋰與氧化鈷以6:1的莫耳比合成非勻相催化劑鈷酸鋰,鍛燒溫度為900℃,鍛燒時間4小時,醇(甲醇) 油(大豆油)莫耳比值24,使用6wt%的催化劑,以攝氏65度的溫度反應2小時,可得出高達98.4%的轉酯率。

別「窗」新格-智能下懸窗改良設計之研究

本研究比較市面上各種常見的窗型設計,並融合智慧家居的概念,提出智能下懸窗改良設計,能自動偵測室內環境光線,調整室內的採光面積,且能自動控制改良懸窗的展開角度,讓室內隨時保持光亮,及感測室內與室外的細懸浮微粒(PM2.5)的多寡,預期改善居家環境的生活品質並降低室內空氣中PM2.5的細微粒子,使居家環境更為健康。另外,針對機構部分,我們改良了下懸窗防雨性差、上懸窗通風不良及懸窗因未裝設紗窗而防蚊效果差之問題。 首先製作試驗箱,依比例(1:8縮尺模型)模擬建築物室內進行升溫試驗,為了比較改良式懸窗戶與市面上常見窗之散熱速率,本研究進行基礎升溫試驗,光源依不同的照射時間,分析改良式懸窗與他窗之散熱曲線,來瞭解室內溫度的散熱情形。

利用深度學習改善自拍人像構圖

手機自拍像中常有人臉佔照片整體面積比例過大、構圖不佳的問題,針對此問題本研究運用深度學習提出改善方法。所設計的方法,主要包含四大部分:圖像擷取、圖像外擴、圖像填補以及圖像結合。圖像擷取中,我們運用Mask_RCNN和Closed_Form_Matting兩個演算法,結合兩者優點來生成遮罩,正確率可達87.5%;然後,藉由更改模型架構以優化與對訓練集做不同的前置處理,比較不同模型成效並修正,可對人像自動進行適當的外擴;此外,在圖像填補中,我們設計差集填補的方式來提升填補模型準確率;最後,自動將外擴後人像與填補後背景做圖像結合。實驗結果顯示,所設計的方法可有效地對圖像擷取與圖像外擴模型做優化,並將自拍像中過大的人像縮小至合理大小,形成結構均衡的照片。

智慧家庭好幫手-物聯插座

本研究之物聯插座是以Arduino控制器為核心,結合手機App Inventor 2(AI2)的智慧控系統,以主從式架構模型所設計,Arduino控制器為伺服端,智慧型手機為用戶端,在伺服端部分,主要包含Arduino 控制器以及擴充板與遠端智慧控系統所需的各式感測與驅動元件。控制器主要用來接收用戶端的控制指令,指令經過程式解析後,則會執行感測元件的訊號或數據並傳回用戶端或是相對應的驅動元件。 透過物聯插座把所有設備、感測器都透過網路連接起來,讓不只是一個插座而以,而是家庭數據收發與控制中心,並可串連其他家庭應用軟硬體,成為智慧家庭生態圈的驅動器,讓使用者享受到便利、舒適與安全的家庭生活。

行動式空汙追源裝置 以鉻酸鉀溶液吸光度測量還原性氣體濃度

本研究以光度計偵測鉻酸鉀溶液濃度,以其高氧化力特性,定量SO2與C2H2濃度。 結果證實氣體濃度與鉻酸鉀吸光度下降,有高度線性相關。SO2的最適方程式為:吸光度 = -0.2362 x (SO2體積%濃度) + 0.4472,偵測極限1.69%。C2H2的最適方程式為: 吸光度 = -0.146 x (C2H2體積%濃度) + 0.4492 ,偵測極限2.74%。並運用光度計原理,以3D列印與雷射雕刻製造機體,結合紫光雷射、風扇攪拌器、數位電錶與薄膜輸氣裝置,組裝「行動式420nm紫光雷射光度計」與氣體收集裝置,驗證鉻酸鉀溶在濃度10-4至0M之間,與光敏電阻值有高度線性相關:電阻值(kΩ) = 57044 x [K2CrO4] + 1.5309,R2為0.98。實際應用到乙炔測量,每公升乙炔使電阻值下降0.2041 kΩ,為行動式裝置,已能有效偵測氣體汙染事件,預防類似氣爆事件再發生。

「震」去「震」又回—臺灣西南近海地震群實例研究

本報告分析臺灣西南近海約東經120.5度、北緯21.7度的地震目錄,此地震群在西南部低地震活動區發生,顯得特別。分析結果在1994~2013年10月間,出現四次大地震,震源深度均約40多公里。大地震發生後,較長期的地震位置變遷,均約以近2年時間向上向東遷移,再向下向西回到40多公里,並接續下一次大地震。深入統計分析,發現數次變遷範圍常大於10公里,超過定位不確定性,是可信賴的結果。不過大地震發生後約2、3月內的短時間變化趨勢較複雜,和長期趨勢相似。本研究也建立一系列模擬實驗和一假設模型,解釋地震隨時間空間的變動,接近週期性發生的原因。並比較附近地區地震活動,考慮岩層受大環境應力作用後,大地震後數年內地震平均位置的變遷。

平行板電場間導電球的震盪分析

本實驗是利用平行電板通電後產生電場,導電球會因電荷傳導與靜電感應因素而在電場之中來回震盪的特性進行相關物理量的調整進行研究。各種變因包括導電球質量、電壓大小、球體半徑、不同球體、不同板距等等,我們量測了來回擺動數次所需要的時間計算平均速率,再以靜電學與運動學方程式推導,並加以分析影響實驗的各個因素。整體研究結果發現,在導電球運動時,質量較重的導電球因為擺動時無駐波、自轉的現象產生,能符合我們所推導之理論。此實驗裝置類似於馬達,通電後可使裝置持續運動,但是並沒有使用到電流的磁效應,屬於相當新穎的電動裝置。

循「密」尋謎,「克」不容緩—密克定理系列圖形幾何推論與證明

在數學書籍中有許多關於密克定理的資料,其中密克五圓定理有許多未被證明的性質,我們以幾何作圖為主,代數運算為輔進行研究,在我們的研究中針對原始圖形的定義產生原定義及新定義兩個部分,在原定義的圖形中,我們找到能建立在任意五邊形的五點共圓(即密克定理),以及條件限制更多的五圓共根心、三型四點共圓及三點共線等性質,新定義圖形也能發現類似的性質,不過新定義中性質的條件與原定義完全相反,我們將原定義的幾個推論都嚴謹證明出來,也找到原定義及新定義圖形的對應關係及比較,針對新定義圖形的推論也都有了初步的想法,甚至找出一些跟我們研究較無直接關聯的特殊性質,能在未來進行更深入的研究。

如「膠」似「漆」-台灣淡水渦蟲黏液黏性及抗菌功能分析

本研究探討渦蟲爬行黏液應用功能。以化學及物理方式分析渦蟲爬行黏液黏性,確認其應用於仿生材料可能性,化學分析利用高濃度膠片及常見醣蛋白染色法PAS與過點酸硝酸銀染色,並以銀染分析做對照,發現渦蟲爬行黏液醣蛋白分子量為15~10 kDa及低於5 kDa部分。物理分析利用自製落球及斜坡實驗,發現渦蟲水溶性黏液黏度為2.7mm2/S,非水溶性黏液具黏滯性使鋼球於斜坡實驗中減速。再來分析渦蟲黏液抑制環境菌能力,探討其開發為抗菌塗料可能性,初步發現渦蟲爬行黏液中含有細菌,並使用無菌過濾渦蟲水溶性黏液進行抑制環境菌實驗,發現其對曝氣水中所收集到的4種革蘭氏陽性球菌產生抑制效果。未來將分析渦蟲黏液中醣蛋白種類及黏液抗菌機制。

數的循環

我們欲證明任意n個正整數(n>1)之數列,其相鄰兩數相減之絕對值形成一個新數列,重複這個"運算"之數列是否具有循環性,並試圖找出其循環節次。 例: 0000 2 3 4 2 3 0001 1 1 2 1 1 0002 0 1 1 0 0 0003 1 0 1 0 0 0004 1 1 1 0 1 0005 0 0 1 1 0 0006 0 1 0 1 0 0007 1 1 1 1 0 0008 0 0 0 1 1 0009 0 0 1 0 1 0010 0 1 1 1 1 0011 1 0 0 0 1 0012 1 0 0 1 0 0013 1 0 1 1 1 0014 1 1 0 0 0 0015 0 1 0 0 1 0016 1 1 0 1 1 0017 0 1 1 0 0 }〈a_2 〉=〈a_17〉=0 1 1 0 0, 其循環節次為17-2=15次 此"運算"的循環節次為15(週期為15)