全國中小學科展

第59屆--民國108年

Hold得住嗎?~不同耐震補強方式對改善建築物穩固性的成效探討

本研究在得知學校建物耐震補強事由展開了探究。透過資料蒐集了解學校建物較常見的補強工法有擴柱、增設RC翼牆及剪力牆補強。 經實驗探究發現不同耐震補強方式都能改善建物的穩固性,通常補強樓層越多,耐震效果就越好。研究中補強效果較佳的方式是翼牆補強,其次是剪力牆補強與斜支撐補強方式。另外,發現擴柱和增設剪力牆補強方式,補強3層和補強4層效果差異不大,未來設計如有特殊考量,可在安全無虞下減少最高樓層的補強。也發現斜支撐補強可增加建物的穩固性,其中以W字形及具彈簧的V字形結構補強效果較佳。 最後提出建議:對於學校建物的長方形結構,當地震振動方向與建物短邊同方向時會影響劇烈,應該特別注意建物短邊結構的補強。

無往不「剋」—毒他作用對外來種的影響

目前外來種全台蔓延,造成許多原生種的破壞,現今以人力拔除居多,較費時費力,且多對環境有害。毒他作用是指植物在代謝過程中所產生的次級代謝物,藉淋溶、揮發、植物殘留分解、根泌等作用,造成對其他植物生長發育的抑制。我們希望藉此作用對外來種抑制生長。首次實驗採用血桐和榕樹的枯葉,進行粗萃取。並將粗萃取液澆在大花咸豐草所在的土壤。結果顯示7.5%的血桐溶液並未造成抑制效果,10%及12.5%血桐溶液的大花咸豐草葉子有明顯枯萎,並不會開花。榕樹溶液對大花咸豐草有嚴重蟲害,因此無法看到準確結果。再次實驗中鑑於土壤顏色的差異,可能是土壤內的菌相改變,進而導致植株生長不佳,這些澆過毒他植物溶液的土壤確實會改變原本土壤菌相的數量。

液動謎宮:Marangoni flows的流道選擇及其影響分析

在牛奶中滴入清潔劑,會觸發液體間的表面張力差,形成馬拉高尼流(Marangoni flows)。本研究使用3D列印製造流道與迷宮板,於迷宮中注入一層牛奶,並在起點滴入清潔劑,使得牛奶液面上的色素走出一條可通向迷宮終點的正確路徑。藉由攝影並以軟體Tracker分析色素的流動情形,了解其背後解謎的真相。研究發現:液體種類、流道狀態、終點的面積、流道的岔路與彎道數、溫度差異,皆會對色素流動產生影響。在無解流道、簡單幾何流道、多重路徑迷宮及唯一路徑的迷宮中,色素的流道選擇產生許多有趣的樣態。我們將其概念轉化成有趣的液動導航並與Google導航進行比較分析後,引入並修正A*演算法導入Python模擬棋盤格流道導航,嘗試呈現出流體行為的計算機思維。

沙瀑我愛羅的流沙忍術

本研究利用壓克力盒、沙子、小保麗龍球等簡易材料,自製多種不同排列的孔洞模式來尋找最佳的顆粒流化現象,發現影響顆粒流化有三種主因: 1.孔洞大小:直徑2mm,孔與孔之間的距離為2公分為最佳,面積越大則孔數越多, 孔數=(長/2)+1*(寬/2)+1。 2.顆粒:必須使用完全乾燥的沙子(顆粒大小為0.2~0.5mm之間)或小保麗龍球,顆粒高度5~25公分,無法使用綠豆、鹽、糖、麵粉等物品來代替。 3.氣流強度:氣壓大小需適中,太大會造成顆粒激烈翻騰或噴發,太小顆粒會不動或只微微震動。 最後利用分層彩沙與彩色小保麗龍球來探討流化軌跡與流化程度,藉由色層的移動,成功觀察顆粒流化軌跡的變化。

去蕪「純精」,落葉變黃金

本研究利用校內落葉堆肥中的紫花馬櫻丹萃取精油,為保存其精油成分我們採減壓濃縮蒸餾法,以相對低溫的條件下探討9種不同變因中,此法的最佳條件並測其抑菌能力。結果顯示(1)葉片或花瓣需要烘乾,以35°C烘乾18小時,續以35°C的水浸泡23小時,並以50°C蒸餾,以50毫升浸泡液 第一滴蒸餾液滴出後蒐集20分鐘萃取效果最佳;(2)花瓣與葉片萃取精油皆有效果;(3)以水浸泡比以油浸泡萃取效果佳。抑菌實驗結果顯示,萃取之精油對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌皆有抑菌效果。萃取的馬櫻丹精油經IR鑑定與天然羅勒和薰衣草精油圖譜極相似;GC-MS鑑定得知主要成分為冰片、莰烯、肟類,抑菌與防蟲成分。未來可將其利用在校園與社區創造特色伴手禮與生物防治產品。

廚餘救星-黑水虻

從如何誘集黑水虻開始,尋找適合的材料引誘黑水虻成蟲產卵。觀察黑水虻完整的生活史,從取得蟲卵孵化,以各種方式嘗試飼養黑水虻幼蟲,並誘集會自動爬離食物的終齡幼蟲,待其化蛹並羽化後,設法讓成蟲交配產卵,從中觀察到溫度對黑水虻成長速度的影響。並繼續養出更多的黑水虻幼蟲來進行廚餘的分解實驗,並設計簡易的廚餘分解利用模型。

一「碳」究竟—溫室氣體與極地冰融

本實驗探討溫室氣體對極地冰融的影響,結果一:當溫室氣體受地表輻射溫度升高之實驗時,加熱光源宜選擇中紅外光區,可以避免其他波段干擾。結果二:溫室氣體分為CO2、H2O、CH4及N2O等氣體在中紅外光區皆有高的吸收率,故皆為溫室氣體。而同核物種如N2及O2,因在紅外光區沒有吸收波段,故不屬於溫室氣體。結果三:依據分析可發現全球溫度和CO2濃度都是呈現上升的趨勢,我們預測18年後CO2濃度即會由今年的新高408ppm上升到450ppm。結果四:在汽水模仿冰融之實驗中,亦驗證推論如冰層中富含有溫室氣體(CO2、CH4等),當冰層融化時確實會釋放出大量溫室氣體而造成溫室效應加劇之可能。結果五:CO2捕獲技術以化學吸附確實可成功吸附空氣中的CO2。

致命的危機~探討蟲生真菌對疣胸琉璃蟻的致死情形

近年來疣胸琉璃蟻肆虐,防治困難。我們在野外採集到疣胸琉璃蟻身上真菌,透過自製馬鈴薯培養基、菌種純化方式、不同濃度孢子感染實驗及模擬野外感染方式,了解蟲生真菌對疣胸琉璃蟻的影響。研究結果顯示噴灑4.36*106濃度孢子液可在第2天達到半致死率;爬行5分鐘的單一帶菌疣胸琉璃蟻在7天內造成健康蟻群半致死情形;模擬野外感染實驗中7隻帶孢子的疣胸琉璃蟻15天內造成族群大量死亡;存放於冰箱4週、6週、8週、10週的4.36*106濃度孢子液皆可在9天內達到半致死率效果,對共生的蚜蟲及介殼蟲則無影響。本研究的蟲生真菌與已知的偏側蛇蟲草菌不同,但對疣胸琉璃蟻有致死效果。期望未來提升孢子收集技術,朝開發真菌殺蟲劑的生物農藥方向發展。

老鼠愛大米-倉鼠學習能力之探討

本研究旨在探討倉鼠的學習能力。實驗對象為三隻同品種的倉鼠,首先了解倉鼠對不同穀物的偏好;其次探究光線強弱對其選擇路徑的影響,作為後續實驗設計的依據。其三透過不同難度的迷宮了解倉鼠能否在多次經驗中縮短穿越的時間;接著進一步在迷宮中加入○╳的簡易標示,探討倉鼠能否藉由辨識標示來縮短穿越時間。最後則透過食物與聲音建立連結,探討倉鼠在條件反射學習的習得效果。 實驗結果得知,第一:倉鼠個體間對於食物有偏好性,以紅高粱最受喜愛。其次:倉鼠喜愛光線較弱的通道。第三:倉鼠確實具有學習能力,但個體之間有所差異。第四:迷宮中的標示能協助倉鼠縮短其穿越的時間。第五,在條件反射的學習中,倉鼠能獲得對聲音的穿越迷宮反應。

剰食傳說-水果米飯麵包的製作與探討

本研究之目的在緩解營養午餐之剩食問題,以剩餘白米飯(台梗14號)、水果(蘋果、香蕉、奇異果)製成水果米飯麵包。首先以米飯加入麵包中,實驗得出米飯添加之最佳比例為43%。再者,將水果研磨成水果粉,減少冷藏之體積,並比較添加新鮮果汁與水果粉之差異,發現蘋果米飯麵包(包括新鮮果汁或水果粉),在密度、口感均優於香蕉和奇異果米飯麵包。此外,本研究亦採用品評分析,得知同學對蘋果米飯麵包的喜好度極佳。最後探討影響奇異果和香蕉米飯麵包成型不完全原因,得知Actinidin為香蕉米飯麵包成型不完全原因,奇異果則受Actinidin和酸鹼值影響。