全國中小學科展

第59屆--民國108年

新的角度看Qwirkle--形色九連塊的列舉

在接觸了Qwirkle之後,我們開始研究如何列舉出形色九連塊。我們發現不管是科展歷屆作品或是網路上的論文資料,大部分都夠過圖文操作來窮舉所有多連塊組合,而且也沒有人將多連塊加上Qwirkle的規則限制,因此開始了這次的研究。研究過程中,我們發現形狀背圖和顏色背圖的列舉是找出形色九連塊所有組合的關鍵。透過背圖和外接長方形的利用,我們發展了3種方法來列舉所有的組合。最後,我們找出了所有形色九連塊並統整了可連接數字與不可連接數字的變化。

到底有幾分

我們透過一個有趣的「答錯倒扣」題目,深入去分析所有可能的得分,找到其中的規律性,並改變其中的得分和扣分。接著,我們透過「基準分」和「關鍵分」,找到題目的一般性,並整理為公式,透過這個公式,我們只要輸入題數N、得分a和扣分b,就可以馬上知道總共有幾種不同的總分。最後,透過這樣的研究結果,我們還可以與猜題策略做結合。 不同總分個數=∑k=1n(N+2-k)

探討芒果炭疽病菌對光的感應及反應

愛文芒果是台灣重要經濟果樹,其對炭疽病卻甚為感病,是芒果產銷上一大問題。病原菌在生長及感染時受外在環境影響,因此本研究希望藉由分析芒果炭疽病菌野生型菌株與光敏素突變菌株之發展、耐乾燥能力及致病能力等試驗去探討芒果炭疽病菌對光之感應及反應。本研究發現黑暗培養可抑制炭疽病菌產孢,但同時可促進發病、生長及孢子發芽,黑暗培養所獲得孢子對乾燥逆境有較好耐受性;藍光會抑制所有菌株生長及產孢,光敏素的缺失影響四種光源下孢子發芽及遠紅光下產孢。分析光敏素基因的表現量,發現於黑暗下表現量最低而遠紅外可誘導基因表現。本研究為芒果炭疽病菌對光感應及反應之首次研究報告,期望本研究成果可提供於芒果採收後儲藏之病害管理。

利用太陽光合成金奈米粒子作為金屬感測器之探討

本實驗符合綠色化學宗旨,以太陽光驅動奈米粒子生成取代以往加熱冷凝迴流的製程,將四氯金酸與還原劑檸檬酸鈉反應,合成金奈米十面體。研究涵蓋:一、比較照光與非照光條件,發現照光條件成功機率較高。二、探討金奈米對不同陽離子的檢測靈敏度,比較肉眼觀測與UV-Vis測量之差異。三、探討金奈米修飾穀胱甘肽對不同陽離子的檢測靈敏度,發現修飾後,含特殊官能基,使靈敏度提升,以鉛離子為例,以肉眼觀察溶液顏色由酒紅色轉為藍紫色,偵測靈敏度為10 ppt。四、依據世界衛生組織對飲用水中要求鉛離子含量需少於10 ppb,故針對周遭環境不同水質,進行檢測。此偵測材料為非選擇性試劑,是一個廣譜示警試劑,可以對多種金屬均有反應,水質一旦汙染即可變色。

逆轉黑暗

光線在我們生活中是不可或缺的,導光管能將在屋外的自然光導入屋內節省能源,而本研究將普遍固定不動的導光管結合本研究的追光系統改善固定角度的問題,讓導光管能垂直的朝向太陽,即可增加屋內的光線,本研究的追光系統運用三點接面的原理使用三個支架,透過推桿改變支架的高低形成不同角度的斜面來達成追光。

以螺為師~螺形變化在渦輪機的設計

再生能源、仿生學是近年來主要的發展目標。為了研究高效率的發電裝置,我們希望能結合適應潮汐水流的常見鳳螺螺殼構型,設計適合水圳發電的水輪裝置。首先分析螺殼外型的結構參數,提供3D列印印製渦輪機模型。再將模型置入不同直徑的集風管中,探討不同風速、流通比及渦輪機,對渦輪機發電效率的影響。研究結果在小流通比、強風速時,會得到較大的轉速;長螺形渦輪機(渦輪機3)的轉換效率比短螺形渦輪機(渦輪機1)高。另外,在不同管徑的集風管中,適當的旁通比以及等比例長螺水輪設計,才能提供較高轉換效率。本研究希望提供最佳的水輪螺紋變化的配置參數,提供應用於水圳的小型水力發電機組。

再次抓住棉腆的WALL

全球暖化造成氣溫逐年升高,又造成熱島效應使內外溫度差不多,夏天時熱到受不了,冬天又不像冬天,長時間都需要開冷氣,這樣一來治根不治本,反而造成了更嚴重的地球暖化,再來就是牆壁使用年限快到期就會開始剝落,這些外牆不但不美觀,掉落的碎屑還有可能造成砸傷的意外,所以,我們決定拿這些要丟棄的棉花,二度利用,達到循環經濟成效,探討其隔熱及黏著力效果。

防鏽防蝕的黑色素—探討芝麻黑色素對於氧化鐵的保護

以浸泡提取法萃取出黑芝麻中的黑色素,並用高斯計測量其與氧化鐵(三氧化二鐵)混合物的磁場變化,以了解黑色素還原氧化鐵成為磁鐵礦(四氧化三鐵)的能力。結果發現,黑色素溶液還原氧化鐵粉末的最佳反應濃度為33%,而在氧化鐵粉末及芝麻黑色素溶液重量比為1:5的比例時,有最大的磁場變化平均值。 將氧化鐵、鐵、銅、鋁片在浸泡於黑色素溶液後,與相同環境條件下未浸泡在黑色素溶液的金屬做比較,測定各金屬在兩個禮拜後的失重率,結果發現浸泡黑色素的鐵與銅金屬,其失重率小於對照組,而氧化鐵及鋁金屬經浸泡黑色素的失重率則大於對照組,推測芝麻黑色素對於鐵、銅金屬可能具有延緩氧化的能力,而對於氧化鐵及鋁金屬效果不明顯。

讓我們擁抱在雲端-具有線性振動觸感之體感服

“擁抱”在人際關係中扮演重要的角色,而觸覺經驗常常伴隨著豐沛的情感。本研究之應用核心價值是透過雲端科技,真實地傳遞「情感性的觸覺」。作品在衣服中安裝 Arduino Pro Micro與Bluetooth Communication Module,以線性方式控制微型振動馬達陣列的振動,利用手機藍芽連接體感服,透過4G或Wi-Fi與Google Firebase雲端服務連結,即時傳遞與交換控制資料。從實驗統計數據中分析馬達振動與觸覺感受的線性關係,建立具有重複性價值之微型振動馬達的線性系統參數。讓人們除了可以透過文字、語音及影像溝通,也可以透過體感服做遠距離的接觸與互動達到“擁抱”的人際關係。

神奇水凝膠

本研究以方便取得的材料及簡易的操作程序,發展新穎且對環境無害的氧化鋅凝膠製備法。實驗首先尋找製備氧化鋅凝膠的方法,接著探討影響凝膠形成的因素,包括電解質種類、電解液濃度、電解液添加酸或鹼、外加磁場以及反應金屬的形狀等。最後針對製備的氧化鋅凝膠進行吸水性、紫外線遮蔽程度、導電性及發電效果等測試。研究結果顯示,鋅線圈與表面為氧化銅之銅線圈於食鹽水中反應速率較快,是製備氧化鋅凝膠的較佳方式。氧化鋅凝膠可吸收自身質量一倍以上的水,能遮蔽75%以上的紫外線。另外,氧化鋅凝膠發電最高電壓可達140毫伏特,最大電流可達70微安培。本研究能以簡易方式製備氧化鋅凝膠,具有推廣及應用的價值。