全國中小學科展

第57屆--民國106年

Running Ion-電解質水溶液的導電性質與離子移動的速率

電解質水溶液組成之「液態導線」的導電性質與金屬導線相同,包括:1.符合歐姆導體,2.相同材質導線,其電阻大小與導線長度成正比,與導線截面積大小成反比。進而發現液態導線的導電能力(電導大小)與溶液濃度、離子種類(離子在水中的移動能力與帶電量)、解離度……等有關。最後我們發現電解質水溶液內的電流大小與其離子在水中的遷移速率有關,且各種強電解質在相同的濃度與電解電壓的狀態下,導電度的大小關係為強酸>強鹼>鹽類,而正離子在水中的移動速率大小為:氫離子>鉀離子>鈉離子,負離子則是:氫氧根>Ⅶ族離子>硝酸根。

牛奶塑膠異世界

蛋白質塑膠由牛奶中酪蛋白製成,當牛奶達等電點時,酪蛋白會被析出。酪蛋白塊乾燥後性質類似塑膠,稱作蛋白質塑膠。本研究探討牛奶塑膠製成3D列印材料的可行性。實驗發現牛奶與酸的比例以10:1最合適,增加樹脂可提升牛奶塑膠硬度。牛奶塑膠在氨水中雖會部分溶解,但會在表層產生防水薄膜。我們嘗試以牛奶塑膠代替PLA進行3D列印,發現不需加熱即可進行3D列印,比使用市面原料更環保、省電。為了解決牛奶塑膠易發霉的缺點,我們研究發現噴灑75%酒精最能達到防腐效果。最後,運用先前實驗結果再進行綜合比較與實驗,得到最佳加工流程:首先將牛奶塑膠噴灑酒精消毒後混合樹脂,再浸入氨水,可製作較防水、防腐之牛奶塑膠。

品油論煮

國際癌症研究總署指出,暴露在空汙中,將導致肺癌及增加膀胱癌風險,並已正式將PM2.5列為一級致癌物 [1]。肺癌一直高居國內女性癌症排行榜的前三名,廚房油煙應是重要原因。本實驗對七種油品進行了基本理化性質實驗,並找出油品保存的變因。為減少油煙對人體的傷害,進行影響PM2.5值的變因探討,並設計一簡易的實驗方式來呼應PM2.5值的粒子量。結果顯示:精煉油發煙點較未經精煉油高且飽和脂肪酸的比例會影響發煙點及密度;光線及空氣是影響油脂酸敗的變因;油温及加熱表面積對油煙PM2.5值有正相關的影響。本實驗得出一個方便又有效可減少油煙的方法—在烹調過程中戴上噴水口罩並把抽油煙機打開,其減少值可達40%!

磁場變動對生物的效應

許多文獻顯示磁場可以控制特定生物的發育,但一般文獻僅有固定磁場對生物的影響,極少數操作變化磁場的生物實驗。因此我們選用家蠶Bombyx mori (Linnaeus, 1758)作為實驗動物,將蛹先以固定磁場、轉動磁場、變動磁場處理後,測量蛾的生體表型參數,同時進行不同磁場的擇偶和生殖表現[5]實驗。我們發現牠們會選擇具相同磁化方式的蛾交配[9]。生命週期在固定磁場及轉動磁場下依序會縮短26%及變長26%[13][14]。產卵量依序降低48%、23%及增加27%[1][14]。且固定磁場雄性孵化比例增加31%[2]。本研究發現磁場改變能夠產生明顯的效應。因此可能可以利用來控制昆蟲的族群結構。

接地氣(Earthing)- 家用交流電下相關因子對人體電位之影響

電力生活的「人為電磁汙染」使環境常達到德國健康住宅電磁波規範的極強干擾等級,其一影響是使人體與地表產生交流電位差。根據文獻,人體接地後對電場有屏蔽作用,地表的自由電子易在人體轉移,使人體電位和大地相同,產生「接地氣」的療效。 本研究探討如何精準測量人體電位(以地表為零電位)?調查生活環境中人體電位的實際情況,並廣泛探討在家用交流電下,人體、電器、接地等變因對人體電位的影響。研究結果能提供日常生活中人體接地的建議,以減少人體的生物電功能受到干擾。 本研究也深入探討實驗過程中新奇或難解的現象。發現人體晃動能產生電位差;人體電位和電線距離的平方成反比;影響人體電位的主因是低頻電場而非電流,破除常見誤解。

「優」然在「耳」-以木耳取代優酪乳中增稠劑可行性之探討

木耳含有豐富的植物性膠質、多醣體等成分,它不僅可以降低膽固醇、預防便祕及美容的功效。市面上賣的優酪乳通常會添加增稠劑,因此想探討木耳的膠質用來取代添加在優酪乳中的增稠劑之可行性,並利用消費者喜好性感官品評及黏度測定等試驗找出最適合的木耳種類及比例。 試驗結果顯示木耳種類以白木耳為最適合的,而添加20%白木耳之優酪乳接受度最高,且各試驗結果顯示添加量在20~30%時,最接近市售優酪乳。 成本計算上,製作乾燥白木耳優酪乳成本為每100克3.266元,較新鮮木耳每100克7.427元低了4.158元,也比模擬市售(用0.2%洋菜)少0.112元,又以營養價值觀點來看,木耳優酪乳富含增加免疫力之活性多醣體,遠勝於市售優酪乳,是消費者之最佳新選擇。

麻醉大師--壺蜂麻醉獵物的策略與幼蟲捕食間關係

本研究在探討棕泥壺蜂的生殖行為,包括牠尋找、捕捉、保鮮獵物等策略與幼蟲捕食間 的關係。結果一在尋找獵物上:壺蜂為了讓下一代能順利成長,會有①壺蜂找到適合竹管並清潔乾淨。②壺蜂產下卵就離開。③再去捉捲葉蛾幼蟲回來竹管。④然後啣泥球將洞口封住。等複雜的繁殖行為。結果二在獵捕上:壺蜂會找尋6.57±0.68cm~9.28±0.66cm大小的捲葉、與葉柄呈45˚~125˚間夾角上捲葉葉片作上記號。捕捉體長13.0±0.78mm~15.1±0.76mm、體重0.032±0.01g~0.058±0.01g的獵物。結果三在獵物保鮮上:將毒液注入獵物體內,讓原本心跳每分鐘平均105下的獵物,降到每分鐘平均50下的緩慢跳動,直到第七天才停止。結果四:壺蜂的幼蟲在獵物心跳停止前可以吃到新鮮活的的獵物,以順利成長。

折射率與干涉條紋關係之研究

首先利用3個透明的半圓形容器,容器直徑分別為10、15、20cm,容器內注入相同的液體,在容器的圓心處放置縫距為0.1mm的雙狹縫片,當雷射光通過雙狹縫及容器後,我們發現容器大小不會影響干涉條紋寬度。接著選用直徑為10cm的容器,裡面注入不同的液體,容器的圓心處放置縫距為0.1mm的雙狹縫片,我們發現干涉條紋寬度與液體折射率成反比。再改用直徑為10cm的容器,裡面注入水,我們發現干涉條紋寬度與雙狹縫縫距成反比。由本實驗可以得知,雖然雷射光在空氣的光徑較長,在半圓形容器中的光徑較短,但主要的光程差來自半圓形容器中。最後改用長方形容器,我們發現容器的內的液體折射率幾乎不會影響干涉條紋寬度,這是因為空氣中的光程差大約是液體中的9倍。

機器學習在教室節能的設計及探討

由於網路的普及進步、即時的數據取得變得容易。Alphago所帶來的震撼證明了AI人工智慧再也不是遙不可及,各種機器學習、深度學習的理論如雨後春筍般百家爭鳴,透過資料的儲存,網路資料的共享,網路伺服器的運算,使得感測器也有強大的資料庫及自主運算能力。 本次研究針對教室照明系統,建置智慧照明系統;包含製作物聯網感測器、建置雲端伺服器運算決策、製作物聯網PWM控制器及以手機APP程式監控電器用品待機時的節能及目前耗能狀況。 經由智慧型電表對於節能效率做進一步的分析比較,本系統確實能在不降低便利性及舒適性,達到大幅節能的目的。

神來之手-自動繪圖機設計與探討

一個好的路徑規劃演算法應該為機器爭取最少的運作時間、盡量減少機器傷害,並且同時達到最大目標效果。為了找出最佳演算法,本研究嘗試各種不同的演算法,並試圖在不同的幾何圖像中表現其最佳路徑特性,並融合各種不同演算法的特性,希望藉此找到更具有效率之演算法。於實驗中本研究藉由模擬軟體進行初步分析,再以繪圖機做實際比對分析,找出各種可能影響輸出成品之因素,並且找出不同演算法對於不同幾何圖案的相適性關係。 本研究之特色在於所使用之軟體、韌體、硬體皆由本研究開發而成,能以最直接、最簡單、未經過優化的原始狀態進行分析,以深入探討演算法對於繪出圖形之影響因素。