全國中小學科展

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高級中等學校組

不翼而飛—論圓筒飛行器轉速與初速對飛行的影響

本實驗利用自製的x-Zylo(圓筒飛行器)發射器,觀察不同飛行條件下,圓筒飛行器的總位移及側偏距離有何不同。在做完測試後,我們發現轉速與初速是個值得研究的方向,於是我們決定深入探討圓筒飛行器旋轉速度與初速對飛行筒的側偏距離及總位移的影響。結果顯示,轉速較快的狀況下圓筒飛行器側偏距離較小;轉速與初速都和總位移成正相關;而初速越大,側位移越大。於是我們憑藉此結果,並參考文獻,提出了幾項理論來解釋此現象,並且將我們的理論寫成程式,希望能驗證我們理論的可行性。

Google眼鏡電錶

本作品的特色是利用具有藍芽傳輸功能的三用電錶,透過藍芽傳輸資料到自製的Google眼鏡上,再透過OLED顯示器和鏡子、凸透鏡呈像於一塊透明面板上,透過眼睛的視線即可直接讀取到由藍芽電錶傳輸過來的數據,讓使用者可以更加方便又安全的使用三用電錶。

它罩得住我

本研究主要為進行安全帽改造,昔日我們常見關於汽車的盲區偵測、內輪差等先進技術皆建置於汽車上面,但實際在行車上造成災害發生的主角大部分為機車,我們閱讀相關文獻發現目前並無機車有相關技術,再者我們希望此技術可以讓騎乘機車、電動機車、電動腳踏車、腳踏車等對象皆可使用,因此我們於安全帽上裝設鏡頭及雷達感測器,透過鏡頭進行車輛物件識別,以識別車輛類型及輪距,進而以公式繪製內輪差曲線與進行盲區車輛偵測;透過雷達計算車側距離以判斷車輛是否會太靠近汽車或是落入汽車之內輪差範圍內,將以上偵測結果透過抬頭顯示方式直接投影在安全帽的面罩上,如此一來將可讓機車及腳踏車族在行車上更具安全性。

可拉伸且自我修復的有機薄膜電晶體元件研究

電晶體在眾多電子產品中是一個不可或缺的元件,然而傳統的電晶體,因為其鋼硬的結構,儘管具有極高的效能,但難以實現在穿戴式電子設備上。相較之下,有機材料具有較高的機械順應性,提供實現穿戴式裝置的機會。因此在本篇科展研究中,透過物理混合的方式將彈性體與共軛高分子混合形成一個同時具有高度拉伸性且可導電的複合材料。此外,此彈性體具有高度黏著性,使得此複合材料具有自修復功能。僅需透過簡單的擠壓兩片薄膜,即可在室溫下達成自我修復。這使電子產品不會在經過長期使用後而降低效能。這對穿戴式電子元件來說是一個巨大的突破。因此希望可以透過此複合材料的概念,促進穿戴式裝置的發展,為仿生學建立一個里程碑。

箇中「橋」楚—研究不同演算法對數橋遊戲的差異性

本研究提出有關數橋謎題遊戲的程式實作辦法,我們已知數橋被證明是個NP-complete問題。我們研製出了數種解題條件與窮舉策略在演算法上的實現,並且比較了這幾種解決辦法的相對效率,再者也提出了數個NP問題的解決策略。本研究發現在進行窮舉的時候以取最小頂點值期望效率最高(表示該程式能有相對多,相對快的執行結果)。

多軌跡飛行模擬器

投出讓人打不到的變化球,是身為投手最大的夢想。但礙於個人身體素質。其實只有很少的人有辦法投出超過五種不同的變化球。而瓶蓋棒球幫我們達成了這個心願。為了精準控制瓶蓋的各種飛行軌跡。我們設計了一款可以多維度調整的多軌跡飛行模擬器。藉由不同的參數設定。可以討論各種參數對於瓶蓋飛行軌跡的影響。且本實驗所設計的軌跡模擬器,亦相當合適作為流體力學單元中觀念的展示。

高功率無線充電系統之研究與設計

無線充電技術於智能手機等消費性電子的應用與日俱增,相關國際規範制訂也逐漸完備。展望未來,無人車、無人船、無人機、無人搬運車等智能化電動載具之應用技術發展,不但有利於減少溫室氣體排放量,且能降低交通運輸及智慧製造產業對傳統石化燃料的依賴。然而電動載具發展的關鍵問題就在於電動載具之蓄電池的續航能力、能量密度、充電時間、使用壽命及建置與維護成本皆大大影響商品化應用。本作品著重於智能化電動載具之串聯諧振式無線充電系統分析、設計與實作的認識及瞭解。說明書首先簡單介紹無線電能傳輸之基本原理,並透過實際繞製發射、接收線圈,焊接電路板,實現一組無線充電系統能夠操作於零電壓切換區間,達到更高的效率。

聲聲不熄--熱聲效應之探討

本實驗以試管、鋼絲絨、酒精燈為主體,將鋼絲絨放入試管做為發聲裝置,並以酒精燈加熱試管,使鋼絲絨兩端產生溫差,而後產生音波,利用音訊分析軟體進行錄音、分析,搭配溫度感測器記錄、分析溫度,藉以探討 此裝置發聲的成因以及相關參數對其聲音的影響。 本研究分析了裝置發聲之過程,並製作五種變因,分別為鋼絲絨密度、試管口徑、試管長度、鋼絲絨位置以及 試管與火焰距離,並統整出四點通則1.溫差與分貝有直接關聯2.發聲與熱穿透深度、堆棧位置和空氣黏性有關 3.綜合熱穿透深度以及空氣黏性,發聲效果較佳者,會有上升速率快下降速率慢的特性4.堆棧所在位置之空氣塊移動及壓縮性,影響其音量、發聲時間與上升下降速率。

理論計算、設計及高效率極簡合成CaMKII抑制劑之最佳潛力抗癌藥物

鈣及攜鈣蛋白調節酶(CaMKII)存在於大部分細胞中,研究顯示其在多種癌細胞中過度表現。苯基磺醯胺衍生物為市售CaMKII抑制劑(KN-93)的常見結構,因此本研究參考文獻[1] 中抑制效果最佳的化合物1,並擴展臨床尚未解決問題,優化此類衍生物以製成抗癌藥物,以苯基磺醯胺為主架構,設計改良出多種候選分子。初步利用分子模擬分析軟體(Discovery Studio)模擬蛋白質與藥物分子結合,選定結合能最大且結合方位正確的結構。利用含一鍋化反應的步驟高效率三步合成化合物34,經核磁共振與高解析質譜儀驗證得出高純度產物。最後經生物毒性實驗發現化合物34對乳癌細胞毒性高且對於正常和乳癌細胞的選擇性都較市售抑制劑KN-93佳,符合理論計算的預期,未來極具潛力作為抗乳癌的標靶藥物。

「綠」治「微」新-微生物燃料電池結合魚菜共生系統

本研究旨在證實微生物燃料電池降解廢水的功能,以及實測其應用在魚菜共生中的可行性。在前期實驗中,首先探討微生物燃料電池的最佳產電環境,並推論改變其電量的因素,分別從微生物的生長環境及裝置的設置著手,在能穩定進行產電狀態時,開始測試其降解廢水的功能,得知COD去除率可達81%,電壓值可達500毫伏特。 在實驗後期,我們架設小型的魚菜共生裝置,利用微生物燃料電池替代硝化池,取代其降解功能,並將其產出的電力再回饋到魚菜共生中,顯示微生物燃料電池結合魚菜共生系統,的確是一個節能、環保又符合經濟效益的方式。