全國中小學科展

第60屆--民國109年

變色龍問題探討

我們探討變色龍問題,透過列舉三色樹的組合以及三色樹的組合數計算,讓我們更加了解收斂於同一種顏色的條件和方法,也利用列舉的方式找到三色變色組合的通式。此外,我們應用excel幫助進行三色、四色、五色變色組合的列舉,讓我們知道變色組合的結構大約相似,可透過各結構的相似了解n種變色組合的情況。我們也探討了變色組合在excel中的外接長方形,透過界定外接長方形的長與寬,可更容易算出變色組合的數量。最後利用變色樹規律,寫下三~五色變色組合數量計算公式,並將公式推展至n色樹。

吹音裊裊〜「膜」鳥笛

自製的「膜」鳥笛有別於市面上常見四種已知傳統鳥笛的發聲結構與原理,研究中發現膜鳥笛的組成要件〜1.振動膜材質、2.內、外圓比、3.五大嘴型(共振腔)、與實際鳥叫音頻探討生物擬真度(BTI);重要結果如下: 一、材質上: 1. 振動膜最佳材質為人工腸衣。 2. 口含片半徑需在1.4~1.6cm 之間,依嘴巴大小調整。 3. 內、外圓半徑比例(r : R)以1:3與2:5最佳,外圓R=1.5cm最適合一般上顎空間。 4. 振動膜(r)以0.5~0.6cm為最佳,半徑越大,音頻愈低。 二、吹奏嘴型上: 1. 上顎與舌頭空間的空氣量影響聲音高低及音頻變化。 2. 改變嘴型與雙唇間空隙,會產生響度和音調改變。 三、應用上: 1. 圖四、五、六印證可吹出擬真度(BTI)高鳥類叫聲。 2. 具水鳥笛聲音多變與伸縮鳥笛改變音高的雙特性。

「氫」愛的,「ㄆㄨㄣ」把我電倒了─廚餘發電探究

現今環保意識逐漸高漲,全球各地皆不斷積極推動著生質能發電,將原本只能當作垃圾的廢棄食材變成有用的資源,既減少處理廢棄物的成本又提供新的綠色能源。而我國為達成2025年非核家園的目標,也以「再生能源發展條例」為推廣政策之法源,規劃2025年再生能源發電占比達20%,因此我們以廚餘發電為研究主題,藉由廚餘種類、改變其菌量、電極表面、反應時間、發酵時間、陰極水溶液濃度,探討各式變因對發電的影響。由研究可發現反應時間對發電影響無顯著差異;水果類發酵天數較適合為7天,鳳梨須加菌,芭樂則否;青菜類發酵天數較適合為14天,大白菜須加菌,高麗菜則否;混合組,發酵天數較適合為14天無須加菌;而電極表面(粗糙面)可幫助降低電阻來提高電功率,陰極溶液濃度越高越能提高電壓、電流,可做為日後建構廚餘發電的實際操作條件參考。

菌菌有味—真菌及塔粉綠尺蛾幼蟲食草選擇之探討

本研究主要探討塔粉綠尺蛾食草選擇與其葉內真菌之關係。觀察培養四種植物(烏臼、鵝掌柴、白匏子與島榕)葉內真菌,以真菌生長、菌絲與孢子形態辨識真菌種類。當我們以烏臼葉內間座殼菌屬(Diaporthe sp.)真菌與不同植物放在一起時,幼蟲有取食原為非食草的白匏子葉片,而島榕則有嘗試啃食之現象;此外,飼養過程中我們發現取食烏臼的塔粉綠尺蛾幼蟲糞便較其他種幼蟲易長出真菌,進行幼蟲糞便與消化道真菌培養後,皆有與葉內真菌相似的菌體形態。我們推測烏臼、葉內真菌與塔粉綠尺蛾間的交互作用關係之一可能為:烏臼透過葉內真菌誘使塔粉綠尺蛾雌蛾前往產卵,經幼蟲食用葉片後所排出之糞便以作為葉內真菌傳播的媒介。

雙眼牆颱風的內眼滾動

本研究初步分析颱風雷達回波圖發現,利奇馬、蘇力、柯羅莎、杜鵑4個雙眼牆的颱風,其內眼牆相對於外眼牆內側有滾動的現象,故以探討影響雙眼牆颱風內眼牆滾動週期的因素為研究目標,並以數值模式簡化問題。先在中空甜甜圈狀的初始場模擬單一眼牆的旋轉行為,發現眼牆渦度值、眼區半徑為影響旋轉週期的主因。而眼區與眼牆渦度比、眼區半徑、眼區與眼牆錯距則影響轉速與結構上的穩定性。我們在轉速及結構穩定的中空圓盤狀初始場中植入小型圓形渦度高區,以模擬雙眼牆颱風眼區旋轉情形,發現植入前後旋轉週期與結構皆有差異,並以杜鵑颱風的風速與結構進行數值模擬。

「石」來運轉,神奇「墨」測-利用廢乾電池製成石墨烯口罩及其PM2.5、甲醛去除效率探討與應用

本研究利用廢乾電池中碳棒製成石墨烯,並探討去除PM2.5及甲醛最佳條件,最後成功應用於生活中製成多效合一的口罩。研究發現:①電壓愈高石墨烯生成量愈高、粒徑大小與工作電壓呈負相關、1.5M 硫酸為最佳電解液②石墨烯、氧化石墨烯去除粒狀汙染物PM2.5及PM10效應均優於活性碳,可取代傳統吸附劑③擴散吸附實驗中氧化石墨烯對甲醛去除率83.89% ④石墨烯:氧化石墨烯=1.5:1為最佳混合比例⑤呼吸箱模擬測試石墨烯-氧化石墨烯口罩濾片對PM2.5去除率,91.32%;甲醛去除率,92.06%效果良好⑥自製口罩滙集環保、健康、效能於一身。展望未來:為了永續生存,石墨烯口罩濾片及口罩應繼續開發研究,讓它能推廣使用,使台灣以環保著稱,成為名符其實的福爾摩沙,讓民眾更健康。

油光可鑒-透光度與黏滯性在油品檢驗的探究應用

油品在反覆油炸過程中,酸價、透光度和黏滯性會發生改變,依此特性建立三者之間油質變化的量尺,做為檢測依據。但部分劣質油可藉由滴定調整酸價,造成油質合格的假象。首先以酸鹼滴定檢測油品酸價;再以自製震盪檢測儀檢測衰減係數定義黏滯性;透光檢測則是先以自製透光檢測儀檢測不同色光的靈敏度及電阻值,選擇靈敏度最高的藍光做檢測操作。發現油品穿透光造成光敏電阻阻值及衰減係數與酸價呈現正相關,且大豆沙拉油與橄欖油均能以線性關係擬合。淨化油利用酸鹼中和及活性白土脫色發現,使用酸鹼滴定中和,可檢測出油品被淨化,但使用活性白土則否。但也證實透光和黏滯性的相關性,再利用比例撰寫Python程式,設計油品快篩APP。

塑膠微粒對大型蚤生殖的影響

塑膠微粒常見於自然環境中,若攝入塑粒是否會對生物生存造成威脅?本研究以塑粒及小球藻餵食大型蚤(Daphnia magna),以螢光顯微鏡觀察大型蚤腸道並監測小球藻濃度以推測大型蚤攝食情形,並監測新生水蚤個體數。 研究發現大型蚤在濾食中會攝入塑膠微粒,在含0.08 mg/L塑粒的培養環境下大型蚤攝食量顯著減少。在含0.01mg/L的塑粒環境下大型蚤開始抱卵天數有延長、第一子代個體數會減少,且平均體長亦減少。若子代出生即放回無塑環境,可恢復生長情形。 在含0.01mg/L的塑粒環境下,族群大小有顯著減少且在0.08mg/L濃度下的族群在第七天全部死亡,也就是有塑環境對大型蚤生殖及生長確實造成影響。

阿嬤的寶盒

臺灣用藥人口比率逐年攀升,所以設計一款因為在這高齡化的20世紀,你我身邊有許許多多的人需長期服藥,又隨著老人癡呆症的增加,常會發生疏忽或忘記是否服藥狀況。阿嬤藥盒的主要特點在於它可以在正確時間提醒使用者的用藥,以防那些注意力與記憶力欠缺的人,因不正確服藥造成身體傷害。 本作品擁有三大特點,第一、有最方便置入藥物的方法,增強讓使用者使用願意;第二、在該服藥時有聲音提醒與記憶功能,使病人可以正確用藥;第三、有彈性便利的攜帶模式,讓外出用藥也不用擔心;以上特點能全方位讓病人輕鬆正確用藥。 未來本作品再結合APP,還能有手機連接提醒,當忘記吃藥時會發送信息提醒家人,更能全面防堵病人錯誤用藥。

「危」風陣陣摧~探討微風對纜車的共振影響及改善方法

遇到強烈陣風為纜車停駛的條件之一,然而我們更想知道未達停駛之陣風是否也會引起纜車共振,造成隱憂?首先,利用樂高積木製作長短、角度不同的六隻吊臂連結自製車廂,取得擺盪時的張力變化、角度及角速度,更定義了擺盪指數=角度最大差值 ×角速度最大差值來比較吊臂的安全程度。再來,透過穩定遮風製造出不同頻率的陣風,得到陣風雖未達停駛標準,但若頻率接近纜車擺盪頻率時,確實能夠引發共振,其中以180度直臂最危險,來回角度高達80度。然而角速度愈大,造成的纜繩張力變化也大,致使塔柱負擔增加。最後,我們將吊臂改良為伸縮吊臂,透過無線遙控改變長度,破壞陣風的共振,成功在20秒內有效改善擺盪情形,以期爭取時間讓乘客安全到站。