全國中小學科展

高級中等學校組

醉後生還者──醉漢走路問題的二維延伸探討

本文主要是在探討二維醉漢走路問題的各種情形。 參考一維醉漢走路的原始問題「一醉漢從距離懸崖一步的位置出發,另一端則是無窮延伸的道路,醉漢在道路上每步以一固定機率不停的前後隨機移動,直到落下懸崖則停止移動,試求醉漢落下懸崖機率為何?」我們將其拓展至二維平面上,利用一路領先問題的概念以及無窮級數的生成函數,探討二維一邊懸崖、兩邊懸崖以及三邊懸崖的情況下,不同移動機率組合,醉漢落下懸崖的機率,並發現Catalan Series是研究二維醉漢走路問題很有力的工具。

光下弄冰─利用廢棄壓縮機自製「光」驅動「冰」儲能系統

在全球氣候變遷及經過日本311海嘯對核能電廠破壞所造成的核污染,我國立志推動無核家園及綠色能源,而儲能的方法也將成為研究的方向。本研究利用太陽能光電板透過冰電池系統將電力儲到蓄電池以外,也透過相變儲能的方式將水結成冰,在實驗中測試了4種不同的冰電池管道,結果發現增加銅管對水的接觸面積,一來可快速使冰電池內的水快速結成冰,二來可不必將滷水溫度打到太低的溫度,以減少壓縮機耗能。 我們直接把太陽能光電板所產生的電力,可將水儲存為冰的型態,將冰電池融冰後的冰滷水送至風機是可以維持出風溫度為12℃左右,可有效提供負載空間做空調使用。這個系統所消耗的電是由太陽能板所產生的電能,創造不同以往的太陽能儲能模式。

蚊蟲「竺」客令?

本實驗探究天竺葵萃取液是否有防蚊之功效。第一個部分:使用光學顯微鏡進行天竺葵葉上、下表皮及莖的表皮之切片觀測;第二個部分:製作天竺葵研磨及減壓濃縮萃取液;第三部分:探討校園中是否有天竺葵的天敵,將飢餓三至七天的植食性動物置於只有天竺葵的箱中,觀測其是否啃食;第四部分:研究天竺葵萃取液對蚊子、果蠅及蒼蠅的致死率;第五部分:檢測萃取液塗抹於手上是否有防蚊功效;第六部分:測試天竺葵萃取液是否有趨蚊效果。實驗結果:1%天竺葵萃取液對蚊子達到LD50;趨避實驗顯示,天竺葵萃取液相對水,對白線斑蚊具顯著性忌避效果,此外塗抹於身上也可避免蚊子叮咬。若要在校園當中大面積種植天竺葵,則要小心天敵─—蝸牛與蟋蟀。

豆渣萃取物抗皮膚發炎之作用及機轉

豆渣是大豆經萃取或壓榨提油後之副產品,由於豆渣內的異黃酮成分具有抗氧化及抗發炎效用,對於治療皮膚發炎性疾病是個相對無害且較不昂貴的選擇。異位性皮膚炎是一種易復發的慢性發炎皮膚疾病,開發有效及副作用少之藥物是目前重要課題。本研究利用液相層析串聯質譜分析豆渣萃取物(ISO-1)內含的異黃酮成分,再利用TNFα/IFNγ刺激人類表皮角質細胞後進行實驗,發現ISO-1比常見異黃酮純成分genistein更能抑制細胞激素上升。並進一步發現ISO-1對異位性皮膚炎致病細胞激素IL-4、IL-13造成的細胞發炎反應及其相關MAPK、JAK-STAT路徑活化具有保護作用,且可有效抑制組織胺誘導癢感相關蛋白TSLP之基因表現。最後以小鼠過敏性癢感行為模式來證實ISO-1可降低因卵白蛋白抗原誘導之小鼠癢感行為。

別有「滋」味—探討不同條件製程對美乃滋黏度的影響

為觀察不同條件製作之美乃滋品質,我們選擇黏滯係數作為測試標準,並以學生品評分數進行比較,選擇品質較佳之美乃滋。本研究以不同攪打轉速、油品種類、含油量、蛋黃的存放狀態(溫度)、含糖量、添加的檸檬酸及食鹽水溶液佔整體濃度比例為變因。實驗結果攪拌器各個轉速的黏滯係數相近且皆能達乳化作用,芥花油(飽和脂肪酸低)的美乃滋黏滯係數較高,高油、高糖、冷凍蛋黃會提升美乃滋的黏滯係數,加檸檬酸或加鹽則會降低美乃滋的黏滯係數。品評後發現同學喜愛美乃滋的外觀顏色、香氣差異不大;整體接受度與黏稠度(口感)有正相關,再以統計軟體SPSS分析品評的口感與測得的黏滯係數為高度正相關。最後,依實驗及統計分析結果來研發出健康美乃滋。

蒲公英萃取物之抗氧化評估與抗肺炎應用

自疫情爆發以來,各國都相繼研發新型冠狀病毒的藥物。蒲公英為一種傳統中草藥,具有抗氧化、抗發炎等生物活性。本研究以蒲公英為試驗植物。為了瞭解蒲公英的抗氧化及抗肺炎能力,我們使用磨粉後的蒲公英進行水和甲醇的過濾萃取物,將蒲公英水萃取物及甲醇萃取物分別進行試管清除DPPH自由基實驗、ABTS抗氧化實驗及總酚含量測定實驗,並進一步確定蒲公英萃取物的抗氧化能力。另外,我們還進行肺細胞發炎移動及遷移能力測試。最後發現甲醇萃取物的抗氧化效果比水萃取物佳。我們以脂多醣LPS誘導肺細胞發炎,運用顯微鏡觀察,發現甲醇萃取物有明顯抑制肺細胞發炎移動及遷移現象。經由以上實驗結果證明,蒲公英甲醇萃取物對抗氧化及抑制肺炎具有效果。

歐姆的「液」想世界~液態可變電阻物理特性之探討

半導體物理的發展已漸趨成熟,本研究討論液體擾動與電阻之關係,進一步利用液態可變電阻作為電路中的訊號表徵,期望能應用於半導體產業中。 本實驗將液態電阻內溶液以靜止與給定固定速率(v)分別測試,發現溶液的擾動與電阻值成正相關,並用不同濃度的電解溶液測量不同自由載子濃度的液態可變電阻之電阻值與導電體擾動之關係。接著對液態可變電阻的其他物理性質做測量,得知液態可變電阻為負溫度係數之導電體,且測得電極距離越長,電阻值越大。 結論得出,將傳統半導體模型變化應用在液態可變電阻上是可行的,且各項物理性質之趨勢與電阻幾何模型相符。使用液態可變電阻之擾動特性製作出穩定的01表徵訊號,近似於目前半導體物理使用的數位訊號概念。

探討水體表面張力對蚊蛹和四齡幼蟲存活率與羽化率之相關性

蚊蟲的幼蟲期與蛹期均生活於水中,需浮至水面藉由呼吸管呼吸,因此如何維持呼吸孔的順暢換氣成為幼蟲和蚊蛹的生存關鍵。本研究藉由添加界面活性劑至水體,改變水體表面張力,使蚊蛹和四齡幼蟲呼吸構造因無法正常發揮效果而達到減蚊或滅蚊目的。 本篇論文分成三個部分研究:在無氧氣供應下,發現蚊蛹存活的時間較四齡幼蟲短。接著,比較不同表面張力下,蚊蛹和四齡幼蟲的存活率與羽化率的大小。結果發現能夠讓蚊蛹和四齡幼蟲存活的水體,表面張力須大於34 (N/m)。最後,模擬蚊蛹和四齡幼蟲的呼吸管,設計口徑大小不同的模型,探討水體表面張力與進水程度相關性。由模擬結果得知,口徑越大以及表面張力數值越小時,模型越容易進水。

澎湖銀合歡活性碳製備與性質之探討

銀合歡是澎湖島及台灣山地普遍存在的強勢外來植物,本篇利用自製燒碳爐將銀合歡燒製成生物碳及活性碳,與市售符合NSF-42規範的椰殼活性碳比較。自製銀合歡活性碳於甲基藍色素吸附脫色實驗中,在攪拌2~5分鐘即吸附甲基藍色素,此外吸附甲基藍色素後無法再釋出,導電性與乾電池的石墨棒相當,12小時吸附93%以上醋酸分子,其表現能力與市售椰殼活性碳毫不遜色,未活化的銀合歡生物碳也呈現相當的吸附能力,實驗室高溫爐製的銀合歡活性碳性質更是超越市售椰殼活性碳。本篇結果提供外來物種銀合歡砍除的經濟誘因,提高廢棄物經濟效益並符合碳保存的環保趨勢,達到兩全其美的解決方式。

大珠小珠落玉盤-探討月球隕石坑之成因

可利用Tracker軟體成功量化斜拋鋼珠之X軸及Y軸的分量速度。斜拋撞擊接觸面實驗:小粒徑材質,鋼珠越重則寬深比值越大且形似橢圓;中粒徑材質,鋼珠越大坑洞寬深比愈小,大粒徑材質,在120°角度時鋼珠越大則坑洞寬深比愈小。接觸面為小粒徑砂石加上麵粉其比例為2:1形成混合層鋼珠為16mm時,其拋體運動所形成的坑洞寬深比與隕石坑相似。自由落體實驗結果皆為鋼珠粒徑愈大其寬深比值越大,接觸面為小粒徑材質時寬深比大小差異不大,且相較於斜拋之寬深比小許多,較近似月球隕石坑之實際寬深比值;接觸面積為小粒徑加上麵粉則呈現出測量坑洞的深度趨於一致,且寬度則與重量大小正相關。