全國中小學科展

高級中等學校組

雲彰投空氣品質分析

此研究利用2016年~2020年EPA空氣監測網資料,將日平均PM2.5濃度≧35.5μg/m³且雲彰投地區5個以上的測站超標時定義為「超標日」,將持續超過兩日定義為「長事件」,否則為「短事件」。利用QGIS將超標日PM2.5日平均數值進行空間推估,使用IDW製成PM2.5濃度圖,利用天氣圖、風場圖、探空圖判讀發生超標事件的天氣系統以及大氣條件。因台灣中部位處背風側,受地形產生風速微弱之情形,造成汙染物累積且不易擴散;再者,逆溫現象更使得地面空氣穩定,致使PM2.5濃度提高。最後將2016年~2020超標日數據統合成盒狀圖,並與EPA所提供的近十年汙染物趨勢變化圖做對比,EPA雖有降低趨勢,但超標日的PM2.5濃度卻較無顯著變化,因此在如何去降低汙染濃度成為未來改善空氣品質的重要一環。

懸浮微粒PM2.5擴散作用研究

本實驗以懸浮微粒PM2.5擴散作用為主題,將實驗結果做計算找出擴散作用的半衰期(τ1⁄2),將擴散快慢以時間尺度來表現;此外,同時測量懸浮微粒PM10,其行為表現與懸浮微粒PM2.5相似。實驗過程分為四個部分,分別改變體積、溫度、風向與開窗方式來進行。結果顯示體積與半衰期呈現正相關;溫度越高,半衰期越短;有風環境中半衰期較小且與風向角度有關;開窗面積相同情況下,側邊單開的半衰期較中間單開小,而中間對開的半衰期較側邊斜對開小。在所有開窗方式中,中間單開的半衰期最長,而中間對開半衰期最短。最後,為了讓懸浮微粒的研究可以在更多中小學實驗室中進行,利用實驗室常見的器材(雷射和鏡子)建構一個可以測量懸浮微粒相對濃度的方法。

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。

ICS快遞箱

拜科技之賜,在台灣,出門已經不需要帶太多的配件,一台手機就具備多樣功能,因此我們構想,如果日後領取快遞也只需要手機認證,並且再也不會有無人收貨、無法投遞的狀況,同時,也能保證包裹的安全性,於是我們發想製作一個快遞櫃。 我們的快遞櫃系統,會建立快遞員的人臉辨識資料,只要快遞員運送貨物至快遞櫃後,系統會告知客戶,並傳送密碼解鎖快遞櫃,當客戶領取貨件後,寄貨方會收到貨件已被領取的訊息,快遞櫃將重新鎖上,進入下一個循環。

一個集團免疫機率模型之探討

本研究延續國中獨立研究,結合高中機率課程,建構二維與三維之集團免疫機率模型,特殊n之研究結果如下,其他情形請參閱內文: 一、 (一)二維:n=2k時,具有抗體之總人數與無抗體之總人數的比例,必須維持奇數對奇數,模型才會有免疫效果。 n=2k+1時,模型具不具備免疫效果,僅跟第一位與第 位有關。 (二)三維:n=2k+1時,模型具不具備免疫效果,僅跟對應於正三角形三頂點位置的3人有關。 二、 (一)二維:n=2k時,具有免疫效果之機率為 1/2+(2pq-1/2) (q-p)n-2。 n=2k+1時,具有免疫效果之機率為 2pq。 (二)三維:n=2k+1時,具有免疫效果之機率為 1/2+(2pq-1/2)(q-p)。 三、 (一)二維:免疫效果的期望人數為 1+p/q+q/p,特別是等機率時,期望人數為3人。 (二)三維:免疫效果的期望人數請參閱內文,特別是等機率時,期望人數為6人。

5進位Kaprekar變換

我們發現任何進位的Kaprekar變換,都可以轉換成Kaprekar運算矩陣,而此運算矩陣會滿足引理2的條件。以此為基礎探討5進位Kaprekar變換,大致可分為三個層面:一是找出5進位Kaprekar常數的形式;二是經過數次的變換後Kaprekar會維持Type1的形式,對此形式的Kaprekar數,我們引進比值x與y,並且定義g(x,y),以表示經Kaprekar變換後的比值。在此基礎下討論5進位中Kaprekar變換的循環結構;三、5進位Kaprekar變換非常複雜,我們找到特定的x與y條件下,Kaprekar數的循環長度會是任意大,且存在需要進行任意給定長度後才開始出現循環的Kaprekar數列。 本文的主要結果分別對應於引理2、引理3和定理3、定理4以及定理5中。

種子酵素活性與營養回饋之淹水耐性研究

本研究分成三部份,首先比較水稻、玉米種子在空氣及淹水下發芽能力差異,測試粳稻 (TN67)、秈稻 (IR64) 、寶石玉米 (GM) 和草莓玉米 (SM) 於空氣、淹水下的生長,並透過澱粉水解酶酵素活性分析,比對種子耐淹水能力與酵素活性變化關聯性。再於水中添加胚乳中已知的單一及複合營養源的搭配與濃度變化,模擬種子發芽之營養供應回饋機制,測試其對種子耐淹水能力的影響。 研究結果顯示:種子於淹水下的發芽能力為TN67 > IR64 > SM > GM,與澱粉水解酶酵素活性高低呈正相關;外加醣類能明顯增強種子於淹水下的發芽能力;外加1%胺基酸則會明顯抑制種子的耐淹水能力;添加混合營養源,並沒有提升種子耐淹水能力,但降低外加胺基酸濃度0.1%,則能減緩抑制發芽的現象。

把影像提升一個維度-影片圖片3D化

本研究以稠密式深度預測為基礎,進行環繞掃描3D還原建模。在這項研究中,我們擇手機作為唯一的外部數據提供設備。首先用手機同時錄影和記錄角度變化、位移數據後,我們同步各數據的時間點,並計算每一幀影像的位置,接著將拍攝的影像輸入深度預測模型轉換成深度圖並將其儲存為點雲,最後利用三維旋轉和平移矩陣將點雲轉回正確的位置以進行疊合。我們開發的3D還原建模系統能夠輸入影像、特定時間點的位置和角度變化來建立3D模型。此系統可以解決結構光掃描儀需要額外標記點的劣勢,且在機動性上較傳統的點對點雷射掃描儀更方便。我們希望可以在未來將這套系統集成為一個手機應用程式,方便使用者在手機上進行相關操作。

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。

萬丹火山泥取代氧化鐵在釉藥上的研究與應用

不定時噴發的火山泥是屏東萬丹知名地景,但對於農民來說,這些在他們土地上所噴發出來的火山泥卻是影響作物收成跟汙染環境的一大問題。大量泥漿很難清理,只能做為廢棄物被清理堆積。自然界的土壤中富含各種金屬氧化物,本篇研究推測萬丹的火山泥中含有較多鐵的成分,透過將萬丹火山泥的粉末溶入釉中做為發色劑的實驗,以窯燒後的成色與參考資料做比較,來驗證這樣的想法。實驗的結果顯示「以火山泥做為發色劑」的釉藥會產生與「以氧化鐵為發色劑」相似的青瓷效果。所以得知火山泥是能夠取代氧化鐵做為發色劑使用,而不只做為廢棄物堆積的。