全國中小學科展

高級中等學校組

兩正n邊形所圍2n邊形交錯邊的m次方和

本文主要探討兩全等正n邊形之n個邊所在直線所圍2n邊形之交錯邊的m次方和關係,參考資料[1]中的原始問題為:『平面上△ABC與△A1B1C1為兩個全等正三角形,且AB與C1A1、AB與A1B1、BC與A1B1、BC與B1C1、CA與B1C1、CA與C1A1分別相交於P、Q、R、S、T、U等六點,又六邊形PQRSTU未落在兩正三角形外部時,則PQ2+RS2+TU2=QR2+ST2+UP2。』我們發現兩組線段的一次方和亦相等,接著推廣到正方形與正五邊形。我們也考慮正n邊形的兩組線段的一次方和與二次方和,並發現如下的規則:『當0≦m≦n-1時,兩組線段的m次方和亦相等;而當m≧n時,雖然兩組線段的m次方和不再維持恆等,但在滿足特定的條件下,還是有機會相等的。』

智慧圖控爐

本科展所探討及製作智慧圖控爐,為解決目前市面上的溫控器的限制,例如:溫度控制只能恆溫、溫度曲線固定等,而智慧圖控爐就是利用手機繪製溫度曲線來控制溫度的。若是以市面上的溫控器來講,生產者有新的東西要生產,但是新產品所需的溫度控制和舊產品不同,且溫度需要依時間變化,那生產者就必須訂製一套新的溫控系統,但對智能圖控爐而言只需畫新的溫度曲線圖,為此降低許多成本及提升方便性。

珍珠新「葛」命—「抗性」珍珠生成之道

抗性澱粉是難消化的澱粉,熱量極低且有益健康。本實驗以樹薯與葛鬱金粉做成珍珠,利用冷藏及加椰子油來增加抗性澱粉含量。冷藏會使珍珠變硬,因此也探討影響珍珠彈性的因素,嘗試維持其彈性,其中發現煮水回溫的回復效果較好。我們觀察到冷藏能使兩種珍珠的抗性澱粉含量有效提升,但加油較無成效,同時珍珠冷藏回溫後彈性不變且維持較高含量的抗性澱粉。而葛鬱金珍珠不論經過何種處理,抗性澱粉含量都比樹薯的高,因此葛鬱金可作為更健康的珍珠原料。但經口感盲測後發現葛鬱金珍珠的口感較差,而由葛鬱金與樹薯粉各半製成的混合珍珠口感較受喜愛,未來可依此方式製作,並以適度冷藏回溫提升抗性澱粉含量,使珍珠健康又美味。

腎結石的離子化合物們

本研究主要研究人類尿液中,腎結石中的奈米細菌(nanobacteria)是礦物結晶或細菌成長作用,使用自製分光光度計,以OD值的差異劃分,結果顯示奈米細菌呈現礦物結晶特徵,成分分析亦證為磷酸鈣。之後研發腎結石抑制劑時,使用自製人工尿液,以磷酸鈣Ca3(PO4)2、草酸鈣CaC2O4和尿酸(C5H4N4O3)為主體,分別測試維他命C、(•OH)、模擬管壁發炎、模擬尿液pH值變化,並觀察其結晶型態變化,結果發現模擬管壁發炎OD值最高1.4,尿液pH值5時OD值 1.3次之。推斷腎結石主因與管壁發炎最密切,其次是pH值變化,偏酸與過鹼皆易產生結晶。最後以自製的結石抑制劑比較傳統C6H5K3O7(檸檬酸鉀) 抑制劑,本研究抑制劑OD值呈現較佳抑制效果。

捕捉震盪臺灣-地震預警,快!快!快!

臺灣位於環太平洋地震帶上,大規模地震常帶給全臺各地不同程度的災損,雖然臺灣已有中央氣象局(CWB)在進行地震測報與強震即時警報的推播工作,但強震即時警報系統仍存在著大範圍的預警盲區,因此本研究自行研發地震儀,透過環境的審慎評估在全臺各地設立站點,於地震發生的當下透過即時回傳的數據進行震源參數的估算,並設立警報標準對周圍地區提供預警。經過數個月的測試與過往災害性地震警報時間的模擬,此方法確實能夠縮小預警盲區範圍,也對盲區外的民眾增加數秒的準備時間,藉此可大幅提升地震災害區內避難的機會。最後這項計畫也獲得中央氣象局的認可,並榮幸能與地震測報中心簽約,共同合作提升臺灣地震預警的技術。

利用硫醇分子合成之螢光銅奈米團簇偵測三價鐵離子

本研究利用硫代水楊酸(TA)的硫醇基作為配體,合成出螢光銅奈米團簇 TA-Cu NCs 。我們改變了硫代水楊酸(TA)與銅離子(Cu2+)的合成比例,發現當 TA:Cu2+ 為 1:3 且酒精的體積濃度為 50% 時,擁有最高的螢光強度,為最佳的合成條件。之後我們對 TA-Cu NCs 進行材料的相關分析,得知 TA-Cu NCs 的粒徑大小約為 3.7 nm ± 0.4 nm、量子產率約為 3%。對常見的金屬離子 K+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Co2+、Ag+、Pb2+ 進行偵測後,發現 TA-Cu NCs 對於鐵離子具有較好的選擇性。加入緩衝液進行探討,發現加入 pH7 的 Tris 緩衝液,是最好的偵測環境,偵測極限為 9.6 μM。最後我們對小坑溪及碧潭溪水進行鐵離子的偵測,其回收率介於 91 %~110 % ,相對標準偏差小於 3.69 %,說明本方法是一個穩定且有效的方法。

你在聽什麼?女學生讀書效果與環境聲響之探討

由於觀察到許多高中生習慣在讀書時聆聽音樂或白噪音(white noise),因而引發研究者好奇聲音環境與讀書效果、記憶表現之間的關聯性。本研究以實驗法比較學生在不同聲音環境下的記憶表現、專注與心情的自我認知;並以問卷法分析影響學生選擇不同聲音環境的因素、聲音環境選擇對成績的影響。研究結果發現,學生選擇音樂的原因是音樂能使心情變好,然而實驗發現在音樂的環境下受試者有記憶表現不佳的情況,受試者本身亦認為在音樂的表現下較不專注。而聆聽不熟悉的音樂時的記憶表現,比聆聽熟悉音樂時的音樂表現更差。實驗中受試者在白噪音環境下記憶表現較佳,由問卷亦發現讀書時傾向選擇白噪音的受訪者,其校排成績也較高。

你的『海水拿鐵』要分層還是漸層?-表層海水變化對密度流的影響

在不同緯度與深度的海水,會因為溫度與鹽度不均產生密度差異,形成密度流。在北大西洋,因為低溫、高鹽、高密度的特性而產生下沉流,並發展成全球尺度的循環系統,稱為『溫鹽環流』。在近代氣候歷史中,溫鹽環流曾因北大西洋海水受融冰沖淡發生異常減弱,使洋流形式發生改變,全球氣候也短暫回冷,為『新仙女木事件』。 本實驗藉NOAA網站收集北大西洋的海水溫度與鹽度異常資料,轉換成密度異常資料後,與溫鹽環流源頭的表層溫度、鹽度與密度異常資料分析,並透過自製裝置模擬溫鹽環流,發現當上層海水密度下降時,會使下沉深度變淺,並在較淺的深度產生平流,使中層海水有較顯著的溫度和鹽度異常,同時表層海水異常,也影響了『鹽指』的發展形式。

香氛介入對中學生課業壓力與身心健康之影響

本研究旨在探討不同背景變項國中生在課業壓力與身心健康之差異與相關情形,並探討香氛介入對中學生課業壓力及身心健康之影響。研究以經信效度分析之自編量表(課業壓力量表信度為 .82,身心健康量表為 .87)進行問卷調查。以方便抽樣方式選取北部中學生為研究對象。採不記名方式進行前測及後測,期間以擴香方式施行為期數天之香氛介入。研究結果顯示:女性國中生課業壓力及身心健康的得分在統計上顯著高於男性,不同年級之間則未達顯著差異。國中生課業壓力與身心健康得分呈正相關,即課業壓力越大,身心健康情形越差。香氛介入對國中生課業壓力與身心健康並無顯著作用,但對高中生之個人壓力有顯著降低之效果。

甲基磺酸銅的合成與先進封裝的電鍍應用

甲基磺酸銅比硫酸銅的溶解度更高,適合用於高速銅電鍍,並應用於3D IC的TSV和先進封裝的TIV銅電鍍。先進封裝除了TIV製程外,若想要同時電鍍不同尺寸的銅柱凸塊,並維持均勻性則是另一個挑戰。本研究改良甲基磺酸銅合成方法,並將其再結晶,得到高純度的甲基磺酸銅晶體。以合成的甲基磺酸銅為原料,配製成電鍍液,並探討不同直徑的銅柱凸塊沉積,達到高度差小於 2% 的均勻銅柱凸塊。