全國中小學科展

高級中等學校組

彰化市電動機車暨電池交換站之探討

本研究旨在探討彰化市電動機車的發展與能源補給站的設址問題。一則用問卷針對消費者的電動機車購買決策加以分析;二則以訪談分析傳統機車行對電動機車投入市場的看法;三則分析產品生命週期為成長期。無論消費者或機車行,皆提出電池交換站不足的問題,要讓電動機車市場邁向成熟期,增設電池交換站是關鍵,我們試圖以地理資訊系統的空間分析功能,找出新設電池交換站的最佳區位,研究結果可供後續研究者或政府機關在研擬相關決策時參考,希冀打造低碳城市,實現綠色運輸,達成永續發展。

複數平面解析應用-西姆松線之交點軌跡性質探討

本文主要探討的問題為:當三角形以其外心旋轉180°時 (我們稱之為對徑三角形),將此外接圓上一動點P對兩對徑三角形分別做西姆松線,當P點在外接圓上轉動時,兩西姆松線的交點軌跡為何。我們將西姆松線放在複數平面上來分析,推得這兩條西姆松線會互相垂直,並且它們的交點軌跡為一橢圓,此橢圓會相切於兩對徑三角形的六條邊,因此我們將此橢圓稱作這兩對徑三角形的「六點橢圓」,並探討這個橢圓的性質。 此外,我們也解出了斜西姆松線的方程式,並討論當改變對徑條件和旋轉對象時,兩西姆松線的交點軌跡方程式與圖形。我們發現了這些交點軌跡圖形都能對應到圓次擺線。

千尋水上列車-分析地下水訊號

本研究利用微機電感測器,在阿蓮、仁德、新化、善化、太康、新東、鹿草、永定、土庫、溪洲十個地下水位站,收集台灣高鐵行經時的振動特徵。我們發現不同位址的地表震動紀錄,顯現豐水和枯水期有最大振幅和主頻的差異。豐水期的主要振動頻率較低頻而振幅較小,由於主頻和天然地震的表面波頻率相仿,可能指示高鐵振動在在地表的鬆軟土層的共振效應。我們並發現,各站的震動特徵和地下水位資料相關:與當地下水位在乾溼兩季落差較明顯時,主頻的高低落差也較明顯; 而地下水位離地面較接近,產生的主頻較其他地方來得低頻。阿蓮至善化地區較無地層下陷情形,故高鐵在豐、枯水期的振動變化較能直接反映地下水位之改變。本研究提出連續的背景震動源(高鐵行經的振動)能讓我們釐清地下水位與地面振動的關係,以及季節性變化凸顯出的振動特徵差異。為研究地下水位與高鐵振動型態之相關性,未來可以無地層下陷或地層下陷不明顯區域為研究目標,如阿蓮、仁德、新化、善化地區,以作更深入的相關性分析。

「毒」善其身 ─ ─ 探討植物的毒他作用在 空心蓮子草與大花咸豐草的防治和農業上的應用

近年入侵外來種植物問題嚴重,造成農業損失,我們也在校園中發現某些樹木下方有雜草不易生長的現象,透過文獻探討得知許多常見植物皆有毒他作用。因此決定將其應用在雜草抑制層面,我們萃取常見植物(樟樹、榕樹、鳳凰木、金絲竹、血桐)的葉,施澆在作物(小白菜、九層塔及綠豆)和入侵外來種植物(空心蓮子草及大花咸豐草),觀察其萌發率和生長狀況。從實驗結果得知有些植物之毒他物質萃取液,能抑制入侵外來種植物而不影響作物生長,同時也利用土壤分析技術證明毒他物質不會影響土壤pH及電導率。本研究旨在找出種植不同作物的最佳雜草抑制方法,找出最適合之植物毒他物質萃取液種類與濃度,並發現毒他物質會影響植物根毛和維管束細胞的生長。

水俁退散-自製有害無機汞快篩器應用於放流水之檢測

本研究先合成出奈米金溶液,改變不同碳數(3,11,12)的硫醇與奈米金結合,再利用羧酸根抓取水中的無機汞。觀察其溶液顏色的改變,自製Arduino快篩器,預警偵測放流水中汞離子濃度。 本研究發現奈米金溶液接上3-硫醇丙酸(MPA),配製標準汞離子溶液0、2、4、6、8 ppm,並加入對Hg2+有較強作用力的2 6-吡啶二甲酸(PDCA)試劑,用以提升快篩器的靈敏度。將分光光度計測量吸收度與濃度檢量線關係(R^2=0.99),與自製快篩器(R2=0.96±0.01)比較,具有一定的可信度,並實際應用於放流水的快速檢驗。本研究的汞離子檢測方式,具有特殊選擇性,結合IoT的快篩器,可迅速得知自然水體中Hg2+濃度,大幅降低傳統檢測的成本。

微結構下的魔術師 ──萊頓佛斯特的溫度效應The study of Leidenfrost effect on micro structure surface by using frequent water droplet.

leidenfrost effect”是水滴能在熱表面產生蒸氣層並隨機跳動。我們便設想利用此特殊蒸氣層達到讓水滴往固定方向前進,甚至優化其加速結構。 我們設計 (角度θ=30°、45°、60°)×(高度h=1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm)共9種具數學意義的微結構。測量微結構在(160°C -350°C)溫度下水滴的速度、生命週期,並獨創「珠光粉慢動作攝影」研究形變、熱流。 我們提出未有文獻紀錄的空腔體積、有效接觸面、水滴外部形變機制、內部熱流循環等機制。利用上述資訊建構運動模型,發現θ=60°、h=1.0 mm水滴有最快的速度。且發現高溫段(表面溫度≥300℃),任何微結構,生命週期差距都極小。我們獨創性提出水滴在微結構下“leidenfrost effect”數學模型,理論值與數據吻合,成功解釋水滴的運動機制。

探討MPT-Cy2作為活性氧類(ROS)指示劑之利用

MPT-Cy2是一種容易與自由基發生反應的化合物,並產生如顏色及吸收光譜改變等變化。故本研究嘗試利用此特性,探討將MPT-Cy2作為活性氧類(ROS)指示劑的可能性。 實驗第一部份成功由硫化二苯胺合成出MPT-Cy2,並由電噴灑游離質譜儀(ESI-MS)與X光單晶繞射儀(X-ray)證實其結構無誤。 第二部份的實驗首先利用過氧化氫與亞鐵離子進行芬頓反應(Fenton Reaction),作為氫氧自由基的來源,再探討MPT-Cy2與氫氧自由基反應之特性。實驗結果顯示,在電子順磁共振光譜儀(EPR)與紫外光可見光光譜儀(UV-Vis)的光譜圖上,皆可證實MPT-Cy2確能與氫氧自由基產生結合反應。其中MPT-Cy2與過氧化氫之莫耳數比例為1 : 10000時反應速率最快,且結合反應能持續至830分鐘,未來可望作為活性氧類(ROS)指示劑。

福木葉萃取液應用於生物除草劑之可行性評估

大花咸豐草(Bidens pilosa L.) 為主要的入侵植物之一,菲島福木(Garcinia subelliptica Merr.)能否作為生物除草劑,抑制大花咸豐草的危害。以最佳萌發條件培養三種作物與大花咸豐草種子,福木葉萃取液皆能抑制種子萌發,但對大花咸豐草的抑制效果優於另外三種作物。以福木葉萃取液進行幼苗測試。可抑制萵苣主根延長,抑制小麥草植株、不定根與大花咸豐草植株生長。考慮福木相剋作用與大花咸豐草和作物競爭的影響,(1)萵苣:相剋<相剋+競爭<競爭(2)小麥草:相剋+競爭<競爭<相剋。建議兩種萵苣,播種前使用5%福木葉萃取液,抑制大花咸豐草種子萌發;小麥草需等大花咸豐草叢生後再使用10%福木葉萃取液還可促進小麥草的生長;單獨處理大花咸豐草則使用10%福木葉萃取液達有效抑制效果。

燈下藍~自製燈箱的藍曬研究

本研究在利用實驗法了解影響藍曬圖效果的因素。為使光源穩定且可操縱光源強度,故自製藍曬燈箱進行實驗;為客觀表述藍曬圖的品質,以色差儀測量,發現ΔE 值與藍曬圖品質有很好的相關性。 我們用 6 瓶裝紅酒木箱、7 組 T5 UVA 黑燈管、壓克力板隔開燈管與曬布、黑色 橡膠墊阻隔箱子內外光線進出。得到自製燈箱曝曬 15分鐘效果良好,並以此進行實驗。發現布料質量密度大、經緯密度大、單股平紋織法、厚度小有利於藍曬圖品質,而與吸水性、彈性等較無關;感光液在第二天、燈管亮數多時,藍曬圖效果較佳;定色劑以食醋效果最好;並發現藍曬圖不適合印在要常清洗的衣物。研究過程中意外發現感光液在第 30小時左右吸光度最大,表示溶液中檸檬酸根的濃度達到最高。

米苔目螺旋擠壓新製程

目前手工製作米苔目,操作十分費力且高溫悶熱,而製作的米苔目機器,無法以連續式生產,也不能有效控制米苔目外觀及長短。我們研發的米苔目螺旋擠壓機,具有自動進料、自動出料、自動裁切、可控制米苔目長度、節省人力、避免高溫操作等優點,而且組裝成本低,未來具有商品化之潛力。由實驗發現,隨著米漿糰含水比例遞增,米苔目之直徑、澱粉糊化度皆呈現遞增趨勢,而米苔目螺旋擠壓機之耗電功率則呈現遞減之趨勢。透過物性與品評測試,發現米苔目樣品E(粉:水=1.0:1.6)之彈性最佳。透過螺旋擠壓機可製作各種蔬果米苔目,天然健康色香味俱佳,且長度適當之米苔目可用波霸珍珠用吸管順利吸飲,未來商品化之潛力極大。