全國中小學科展

高級中等學校組

液滴懸浮於移動表面現象之探討

液體往下流、也無固定形狀,我們卻偶然得知液滴能在移動表面上懸浮數分鐘、無外壁支撐卻維持穩定球型[1]。於是設計本實驗,將液體滴於快速旋轉滾筒中,改變液滴半徑、轉速及種類,探討液滴懸浮於移動表面之現象。 實驗發現矽油滴在靜止表面會短暫懸浮0.27秒,在穩定移動的表面能懸浮數分鐘,可用文獻[2, 3]中的「空氣墊現象」解釋。移動表面上穩定懸浮的液滴,傾斜角θ與滾筒切線速度v及液滴半徑r的-2次方呈正比,實驗數據與預測皆相符。液體種類影響懸浮需要的最低轉速,液滴受的交互作用力也因液體種類而異。未來將分析液滴懸浮晃動程度、探討液滴懸浮速度區間與液滴半徑之關係,尋找液滴受的交互作用力與液體種類的關聯,並將空氣墊、流場納入考量。

擺盪在秩序與混沌的邊緣--流體阻尼球對建築物耐震度的探討

實驗結果發現膨性流體阻尼球對建築物有最好抗震能力。由混沌擺(雙擺)的光軌與不同長度單擺及雙擺擺動時間比較的兩個實驗,可觀察雙擺的下襬擺動可減緩上擺的擺動幅度,當總長35cm、32.5cm、30cm(上擺長度固定),較單擺而言可減少擺動時間的比率分別為52.2% 47.7% 38.5%,而上擺能量衰減功率比值依次2.071倍1.875倍1.670倍,推知雙擺上下擺不同擺向、速度,產生干涉波可減少擺動時間與能量。將雙擺原理應用於建築物的流體阻尼球,利用流體特質,模擬上、下不同擺速的雙擺,由實驗結果推得,建築物受定力搖晃時,建築物水平加速度分別為:膨性流體(115gal) <鹽水(172gal) <水(207gal) <僞塑性流體(334gal) <剛性阻尼(346gal),若將膨性流體應用於超高樓的阻尼球中可穩定建築物,並可利用其擴溶效應,避免阻尼球受外力時引發的變形,以增長使用年限。

自然語言結合推薦算法開發程式碼生成器之研究

本研究希冀提供學生另一種程式的學習方式,減少學生對於程式的排斥感,同時亦能讓學生在學寫程式之前,先訓練其溝通能力,使其說話較具邏輯性的結構,如此一來將能更有效的表達其所要陳述的事件,我們自行開發一套軟體系統,可經由口語的方式與電腦溝通,同時電腦經過關鍵詞的辨識後,能更精準的透過推薦演算推出幾種可能的目標事件,透過選擇的方式,一步步引導使用者完成其想要達到的動作,最終目標是透過這個軟體自動產生程式碼,如此一來將可減少學生對於程式學習的恐慌,提高學生對於程式設計的學習成就,同時,請老師利用我們自行開發的程式學習輔助軟體實際教學後進行問卷調查,亦有超過百分之64的同學認為,這樣的軟體使他們對於程式學習更感興趣,也提升他們撰寫程式的成功率。

有機金屬骨架吸附水中之汙染物探討

現今的水資源充滿各式汙染物,不僅威脅地球環境更對人類造成巨大的危機。本研究探討多種材料吸附染料及重金屬離子的效果差異。 首先將時間和材料質量固定,觀察、比較六種材料(含自行合成的四種材料和現成的ZIF-90, A520) 吸附染料的功效,實驗後得出Zn-MOF-74之能力明顯優於其餘材料。延續使用Zn-MOF-74為反應材料,可明確得知其吸附染料效率隨時間變化有下降的趨勢。我們想比較相同材料吸附染料及重金屬離子的效果差異,故我們使用Zn-MOF-74吸附鉛離子,間隔固定時間取出並秤量PbSO4沉澱之重量,即可推出Pb2+在水中含量的變化。由實驗結果可發現Pb2+含量亦有顯著的減少。由以上實驗可知Zn-MOF-74在吸附染料和重金屬皆有不錯的成果。期許在未來能夠實際應用並解決日益嚴重的水汙染議題。

自動撿蛋機

自動化作業是目前科技發展的趨勢,本次研究旨在利用影像辨識與自動化機械完成高重複性的動作,並嘗試取代相對高成本的人力,對於日常生活中,在養蛋廠打工時,所遇到的工作內容與相關事務有進一步的改善與想法,透過此次科展將其深入了解、討論、研發、解決、最後完成實現。

探究食品添加劑在糯米粉糰中的增塑效果

為了解含氫鍵的食品添加劑對糯米粉糰所造成的塑化效應影響,自製拉伸機探討。於文獻探討中,我們找到了數篇文獻也在探討添加物對澱粉延展影響的問題,不過其製備方式略有不同。其一為將澱粉混合並熱壓做成薄膜;另一為將澱粉配置成凝膠液。我們基於可製成食品的方向進行研究,目前所得研究成果與論文的情形相似,氫鍵確實會影響澱粉團的能承受張力,冷卻情形也是變因。其中,添加劑劑量增加可達增塑效果。冷卻時間越長,麵條越脆弱,彼此間能承受的張力差也越大。冷卻溫度降低則使麵條所能承受的張力提高。

生物炭原料與裂解溫度對作物生長與土壤性質的影響

本研究探討生物炭是否具有生物毒性(抑制發芽)與不同生物炭對短期葉菜類生長與土壤性質的影響。發芽試驗結果指出,8種生物炭對種子發芽不具有明顯的毒性,但是具有較高pH與EC值的特性(特別是EC值)的生物炭,對於根系的伸長有些微至明顯的抑制現象(鹽害作用) 盆栽試驗中,相較於對照組,強酸性Ce土壤中生物炭的共同添加處理在株長與鮮重方面平均各增加2.8倍與16.9倍,生物炭效應平均增益1.2倍(株長)與1.6倍(鮮重),在弱鹼性Eh土壤中的效果較低,只有1.2倍(株長)與3.5倍(鮮重)。鹼性生物炭的石灰效應有助於改良強酸性土壤的pH值,使其適於植物生長;在鹼性土壤中,利用微酸性的生物炭可有效降低土壤pH值,增進作物生長。

從圖形內在結構探討凡·奧貝爾定理的推廣

將凡•奧貝爾定理的四邊形依對角線等長、垂直、平分分類,外接正方形推廣為正多邊形,則原四邊形對角線與相對中心連線有等長和垂直對偶、平分不變的現象。考慮相鄰頂點之中點時,則對點連線與相對中心連線也有相同結論;當原四邊形等垂對時,作出相鄰頂點之等比例內分點或外接相似三角形,則對點連線會等垂對。 當原四邊形外接平行四邊形時,則相對中心連線與相鄰頂點的中點之對點連線也會等長和垂直對偶。若原四邊形改成八邊形且外接正方形時,則相對中心連線的中點(或相鄰頂點之中點的相對中點)之對點連線會垂直且等長;外接對邊相似的平行四邊形時,則相對中心連線的中點之對點連線與相鄰頂點之中點的相對中點之對點連線也會等長和垂直對偶。

四色振盪—當B-R振盪反應遇到指示劑

BR振盪反應中,在配製溶液時需加入硫酸,使溶液呈酸性,又振盪具有無、金、藍三種顏色的變化,我們想利用指示劑在其中多穿插一個顏色,在多次實驗後,我們成功的做到了四色振盪(無➝金➝藍➝紅),也進一步以濃度、溫度為變因,並且利用Arduino 的感光電阻,來客觀檢測顏色變化,檢測四色振盪反應在不同濃度、溫度下的週期與週期數變化。

常見藥物之共同前驅物—色胺合成策略分析

本實驗以探討 Aspidostomide G 的前驅物—色胺的合成策略為研究目的。我們選用 2-胺基-3-硝基苯酚作為起始物,經酚基保護、溴化、重氮化、碘基取代及 Sonogashira reaction 得到吲哚的前驅物—2-乙炔基-3-甲氧基-5-溴-苯胺。接著進行吲哚閉環、醛基化及 Henry reaction,最後再經還原反應得到 Aspidostomide G 的色胺前驅物。其中,我們在進行Sonogashira reaction及吲哚溴化反應時,遇到複雜產物無法分離的難題。為改善此情形,我們嘗試改變反應溫度、反應試劑及反應時長等……。經實驗發現,以 TMSA(2.5e.q.)及 CuI(0.1e.q.)作為反應試劑時,可使Sonogashira reaction得最高產物比率94.11%;在室溫下以 NBS(1e.q.)及 DCM(0.5M) 進行溴化反應3小時後,可得最高產率76.92 %。本實驗結果不僅可以為腎臟疾病藥物Aspidostomide G提供一條有效的合成路徑,更可以增加學界對 Aspidostomide G 的重視和研究意願。