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第59屆--民國108年

葉綠素電池之應用

植物行光合作用時,電子吸收光能後在能階上躍遷,形成ATP,藉此原理,利用葉綠素吸收光能後產生的化學反應,可製作出太陽能葉綠素電池。本研究主要針對萃取葉綠素之方式、葉綠素放置天數、電池電極與電解液之成分、電池的放置環境等變因進行實驗,根據實驗結果,葉子加入酒精後,以研磨方式萃取出的葉綠素再搭配碘液、鋁箔紙、碳棒,能做出電壓:1.136V 電流:0.4mA 電功率:0.4544mW的葉綠素電池。 葉綠素電池裝置的設計不只考量到裝置的可行性,對環境友善且永續也是很重要的考量因素,因此將會從下列面向進行研究:裝置如何防水、裝置的使用期限、裝置的素材是否環保,最後成功做出了一組環保的水上漂浮葉綠素電池,未來會再提高此電池產能並且運用在農漁業上。

旋風手裡劍之瓶蓋棒球大解密

我們改裝了JSPB氣槍,藉以產生穩定的推進力,並結合3D列印製作不同的槍頭,加上砂紙的摩擦來模擬出手時產生的旋轉,利用這個發射器,進行不同的實驗。 我們使用了flash、tracker、MPC、excel等軟體,交叉比對實驗結果,並成功利用現有的器材對同時高速移動又高速旋轉的瓶蓋進行了轉速分析,克服沒有專業高速攝影機的困擾。 分析後,我們發現瓶蓋的凹面擺法是產生浮力的主因,可用以對抗重力,延遲下沉,而摩擦產生的旋轉會造成瓶蓋在行進中改變球路,利用不同長度的槍管,就能產生不同程度的旋轉,可有不同程度的球路變化,結合這幾項元素,我們成功實現多種球路,可提供有興趣的人練習打擊,希望在瓶蓋棒球運動的發展上做出貢獻,說不定會掀起風潮。

變化多端的瓶蓋棒球

在影片中,看到有人將瓶蓋像棒球一樣投出轉彎變化球,我們想知道瓶蓋棒球轉彎的原理。設計利用橡皮筋將瓶蓋彈射出去的發射台,並嘗試瓶蓋正、反兩面的飛行效果。我們發現瓶蓋飛行穩定的主要因素是旋轉。利用長短橡皮筋模擬右手食指彈射左右施力不同造成的逆時針旋轉。也實驗不同仰角發射,發現正面在5~10度的飛行效果最好,反面則是5度。而且逆時針旋轉的飛行路線是右傾斜的偏右弧線。交換長短橡皮筋的位置,變成順時針旋轉,飛行路線相反。將發射台的左、右傾斜角度調整為10度並將仰角設為15度,也發現瓶蓋彈射出去時,受發射面的傾斜方向影響偏向,左傾多偏左方,右傾多偏右方,但是不同的旋轉方向可以跟檯面的傾斜方向抵銷,將斜飛行狀況變成平飛。

共鳴管共振頻率誤差探討

於共鳴管實驗中,我們發現管口與聲源間距離會影響管子的共振頻率,距離愈遠、共振頻率愈高,最後趨於一穩定值。本研究探討此現象及相關變因,提出球面波的共振頻率公式,並證明球面波的共振頻率、及共振頻率隨管口與聲源間距離改變而變化的幅度,與管長、管徑及管口與聲源間距離相關。同時,對於狹縫繞射實驗,透過本研究推導之球面波共振頻率公式,可利用實驗測得之共振頻率求得繞射波的假想波源位置。而管子共振時,駐波僅存在於管內,其腹點位置必位於管口附近(受管口修正影響)而非聲源處。因此,進行共鳴管實驗時,不可將音叉擺放位置視為波腹位置。

探網取霧-影響捕霧網集水特性之探討與應用

我們好奇影響捕霧網集水過程因素為何?使用超音波霧化器搭配風扇模擬霧氣,在壓克力箱中放置捕霧網進行實驗。秤量製霧箱所消耗的水,配合捕霧網集得的水量,即可得回收率。實驗結果為①三種不同材質網子中,疏水性高的不鏽鋼網回收率較佳。②不同網目單一網孔最短邊長度大於0.5mm時,網目多會增加回收率:24目較16目高出6.7%;網孔過小,會降低回收率,複雜編織的針織遮光網亦相似。③長形的網孔或複雜編織的網子,架設方向會影響集水效果。垂直向長度大於水平向,有利水珠滑落,能提升集水效果,最高可增加約5%。④使用疏水塗料塗佈在垂直向的網線上,間距2.7mm,可提升7.5%的回收率。高集水效能捕霧網具備吸附霧氣多、水珠增長時間短及滑落速度快的特性。

愛玉愛在結凍時~揭開愛玉神秘面紗

本研究源於暑假製作的愛玉沒有結成像果凍,因此,進行影響愛玉結凍的研究。結果如下: 一、愛玉的種子夾雜一些碎屑,碎屑可以結成愛玉凍。 二、奮起湖愛玉種子,產生的膠質面積最大,野生的愛玉種子,產生的膠質面積最小。 三、熱水讓愛玉凝膠物質產生快,因而熱水結凍較快,冷水較慢。 四、逆滲透水可以讓愛玉子結成凍,推測愛玉碎屑具有離子。 五、攪拌太快或太久,愛玉中的抑制物質產生,導致無法結凍。 六、真假愛玉分辨:碘液試驗法,假愛玉遇到碘液會變成藍黑色,真愛玉黃褐色;透光度法,假愛玉透光度較大,真愛玉透光度較小;軟硬度法,假愛玉較硬,真愛玉較軟;加熱法,假愛玉加熱後融化成液體,冷卻後又凝結成凍。

布洛卡點相關性質探討

本文我從文獻已有的布洛卡三角形及其三種變換出發作各種推廣。首先將布洛卡點在三角形內的情形推廣至多邊形,發現並非任意多邊形皆存在布洛卡點。我發現了存在布洛卡點的充要條件,及布洛卡角、邊、面積的關係式。然後探討四邊形的情形,發現存在正、負布洛卡點的四邊形皆為調和四邊形。接著將文獻中三種布洛卡三角形的變換整併為更具數學風味的旋轉與伸縮變換。再以此方法為基礎,發現一系列布洛卡點、外心間的幾何性質,同時進一步推廣至多邊形,其中美妙的結果是:從任意布洛卡n邊形出發的n條全等的等角螺線皆會收斂至布洛卡點;最後,本文最驚艷的發現是:所有存在正、負布洛卡點的n邊形,其頂點皆為正n邊形的頂點經過反演後的反形。

魚記猶存-觀賞用斑馬魚空間記憶的探討

本研究旨在探討環境對觀賞用斑馬魚(Danio rerio)空間記憶形成的影響。前人研究建構在斑馬魚空間記憶的腦區,或聲音、顏色等刺激對空間記憶的影響;本研究則證實了斑馬魚的記憶學習與環境具關聯性。本研究的原理是利用斑馬魚偏好深水區的天擇特性,加上改良自T字型迷宮的十字型迷宮,觀察訓練兩天後,斑馬魚進入深水區的耗時減少量,以推估空間記憶形成。從迷宮水體溫度及成分兩個向度進行探討,發現:低溫環境有助斑馬魚形成空間記憶。咖啡、酒精及茶有助形成空間記憶;人參、黃耆及菸草則無助於形成空間記憶。此外,本研究更運用自製的制約訓練器,發現空間記憶學習的最佳環境也能促進斑馬魚的制約行為學習,或許能進一步推廣到更多類別的長期記憶。

融化冰凍的心-魔力解凍板

本研究使用鋁板探究快速解凍法,利用熱傳導,嘗試排水導流和增加接觸面積;利用熱對流,使板面立體或加裝風扇,增加空氣對流,解凍速度再升級,自製出第一代魔力解凍板,並且改良研發第二代魔力解凍板成為綠色環保產品。我們發現: 一、鋁板厚度達2mm時,解凍速度可增加5~10倍,但持續加厚解凍效率趨緩。 二、「孔洞導流鋁板」兼具排水與接觸面積的優點,因此解凍速度優於其他鋁板。 三、增加冰塊與鋁板的接觸面積可以加速解凍,最佳解凍板組合為上層4mm下層2mm,解凍速度較單層快2.3倍。 四、第二代解凍板使用鋁扁管與第一代解凍板使用風扇之解凍效果相當。 五、第二代解凍板解凍豬排的速度優於市售解凍板,較自然解凍快11.5倍,低於平均市售價格達1707元。

巴斯卡正方形

本文將一道組合問題可能的方法數製成正方形表格,以「巴斯卡正方形」命名。將此正方形內的組合數同餘若干自然數後,觀察及歸納其結果。 同餘後不同的餘數配予不同顏色,產生一些特別的圖形,例如:「教大中庭系列」及「棋盤格系列」。我們研究了這些圖形的規律性以及對各個餘數的個數進行計數。 我們利用Lucas’s Theorem及(1+x)n 展開的係數搭配乘法原理來做計數的工具,並且研發了一個算式用於計算任意組合數被質數的次方同餘後的結果。