全國中小學科展

第61屆--民國110年

弦外之音箏有趣

根據自然課本「聲音與樂器」單元,自製一台跨越三個八度的古箏,透過控制琴弦的張力,驗證「弦愈粗、愈長、張力愈小,其音調愈低;弦愈細、愈短、張力愈大,其音調愈高」及八度音之間振動頻率為1:2的規律;以Audacity分析波形及頻譜圖,比對雁柱、音色、調音方式間的關係。歸納10位音樂專家對音色佳的定義,以音準、響度及波形為音色指標,改良第一製尼龍弦箏,再製第二製榫接尼龍弦箏及第三製榫接鋼弦箏,比對三者經不同時間及彈奏次數的偏離音準幅度;以分貝計測無音箱、有開口音箱、無開口音箱的響度差異;觀察不同製作方式、音箱形式及弦的材質之波形,依響度能量削弱時間及聲音延長時間,比較其變化與市售古箏的差異,找出自製古箏的最佳條件。

點滴監控器

新冠肺炎疫情猛然爆發,全球各地都陷入恐慌,在關注疫情同時,我們也注意到國內醫護人力嚴重不足的警訊,所以我們嘗試利用本次的實驗作品,期許能以科技的便利,增進護理工作的效能,進而降低護理人員的工作負擔並提升醫療品質。 以往注射點滴時,護理師需親自監控或委請病患家屬幫忙留意點滴液位,於是我們嘗試使用樹莓派連接攝像頭來讀取點滴液位並顯示在樹莓派和網頁上,當液位低於我們所設定的數值時,LED燈和蜂鳴器會發出警示,同時IFTTT會發送簡訊通知護理師,達成以科技功能提升護理人力效率,並改善人力不足的問題。

陰差陽錯-COVID-19快篩偽陰偽陽之探討與準確率改善

本研究成功以SARS-CoV-2病毒表面棘狀蛋白做出快篩試劑,達到15分鐘內高準確率之檢測效率,可判別是否感染COVID-19,更進一步使用自旋增強側流免疫分析儀(Spin-enhanced lateral flow immunoassay, SELFIA)偵測奈米金吸收波長,提高100倍之偵測靈敏度。實驗中依NCBI資料庫發布的病毒核酸序列,合成棘蛋白抗原基因進行蛋白質生產後,挑選有潛力的棘蛋白抗體,F4與AuNP-conjugated D3進行配對,利用雙抗體夾心法,開發橫向流動的COVID-19快篩系統,並進一步利用SELFIA判讀檢測結果,提高偵測靈敏度達0.1 ng/mL,同時測試對突變株的專一性,減少偽陰性情況發生。另一方面,我們測試不同緩衝液系統,選擇能不破壞抗原又具低疏水親和效應的緩衝液,以減少偽陽性。開發此簡易、經濟、高準確率的快篩試劑,將之普及化有助於新冠肺炎的防治 。

遠近高低皆相同—圓錐曲線的等視角軌跡研究

本研究旨在探討圓錐曲線的等視角軌跡。我們利用幾何方法和過曲線外一點的兩切線夾角之cot⁡θ值恆等的條件求得:線段的等視角軌跡為兩對稱圓弧;圓的等視角軌跡為圓;拋物線的為單支雙曲線,且視角互補的軌跡恰為一雙曲線,視角90°時軌跡為其準線。 由於不同觀測點位置對雙曲線作切線的情況不同,只有在漸近線同號區能定義等視角軌跡,故我們擴充視角的定義,並提出等切線夾角軌跡來研究雙曲線的軌跡。橢圓的等視角軌跡和雙曲線等切線夾角軌跡皆為含根式的二次曲線,視角90°時軌跡為兩者的準圓。我們討論兩圖形的相似特徵:找出圖形凹向改變的條件,並以實驗數據說明軌跡的兩側近似於軌跡與y軸交點的密切圓(Osculating Circle)。期待能以研究結果解決一些視覺問題。

南橘北枳

本實驗探討以椪柑果汁及果皮為主軸,分別於咖啡和牛奶中加入果汁和果皮萃取液,分別以不同的實驗方法測得維他命C含量的變化,以椪柑果汁的維他命C含量皆為最高;再者蛋白質水解酵素實驗中,發現牛奶中加入果汁和果皮萃取液時會使得牛奶的酪胺酸含量下降。當牛奶中加入果汁或果皮萃取液(2:1)時,對捕捉能力是最高的,而牛奶中加入果汁(4:1)時,對總酚含量是最高的。測量不同時間的pH值的變化時,發現在第0小時的pH值稍偏酸,但24~72小時後,漸趨穩定。吐司生菌實驗中發現牛奶或咖啡中分別加入果皮萃取液或果汁反而會增加霉菌的生長,因此能在牛奶或咖啡中加入果汁或果皮萃取液成為新的飲品。

太平溪下游堤岸施工種類生態知多少?

太平溪下游的堤岸種類分為全水泥、水泥+石頭、水泥+石頭+磚塊、水泥格子磚(中間泥土地)、泥土(四周用水泥格子磚)、泥土(中間用水洗石子地做間隔,分成兩塊或三塊的地)和泥土斜坡(中間用泥土坡道來分成兩段),我們想要了解施工堤岸工程的不同對於其生態的影響。進行多次觀察後,發現各自的優點、功能(或功用)、以及對於生物通道的影響,本研究發現太平溪下游堤岸施工種類眾多,因此我們評估這些堤岸施工鋪面是否適合生物通道,並針對阻礙生物通道的堤岸鋪面,提出解決的方案。希望透過這項調查能喚醒大家能讓人類與生物共存,不要破壞自然的生態環境。

製備自組裝單分子層修飾電極檢測水中銅離子之研究

本研究開發一種檢測水質之創新技術,利用電化學阻抗分析 (Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)檢測水樣中微量銅離子。我們將檢測出的阻抗頻譜圖形套入對應的等效電路模型中,可得到溶液與電極表面之電荷轉移電阻 (Rct),並藉此推估溶液離子的濃度。本實驗研究確知:當銅離子濃度( [Cu2+] )愈低,溶液的Rct值越大,-log[Cu2+]與Rct 呈二次函數且與√(Rct )呈線性關係。溫度越高,溶液的電阻值越小,兩者呈線性關係。我們進一步採用平面 (2-TBA)、長鏈 (11-MUA) 及短鏈 (3-MPA) 三種硫醇分子進行電極表面改質,實驗結果顯示11-MUA與3-MPA硫醇分子皆對銅離子具有高度選擇性,其中11-MUA改質電極的量測極限可達0.0019 mg/L,且靈敏度較佳。本實驗研究量測模組具有優異的離子辨識能力,可實際應用於環境水質中銅離子之檢測。

分組史考特

本研究在探討各小組成員最多n(n≥1)人,且符合分組條件的情況下,所構成班上學生人數之最大值及計數方法,藉由觀察、尋找關係與樣式、猜測、檢驗與論證的探究過程,進而發現各小組成員最多n人時所構成學生人數最大值之計數方法,其解法可分成唯一解、多重解,並發展出計數公式與應用如下: 一、在n×n(2≤n≤6)的方格表,只有5×5有多重解法,其他都為唯一解。 二、在n×n(n>6)的方格表,都有多重解法。 三、學生人數最大值之計數公式為,將(n的平方)減掉(n除以每一列(x)所得之餘數),並分別求出當n為偶數(2k)與n為奇數(2k+1)之公式。 四、辦活動分組時,可藉由本研究所發現對參與學生的快速編碼法,以確定活動參與人數的最大值,進而用來準確預估最多可報名人數。

糖果傳遞問題之研究與推廣

n個人圍成一圈,面向圓心,且逆時針編號1,2,……,n。一開始每人手中有一個糖果,由1號開始,逆時針分別給右邊的人一個、兩個、一個、兩個……糖果,手上沒有糖果的人必須退出。我們將此傳遞規則定義為T1,2 ,同理T1,2,...,p 。這個傳遞遊戲,最終會有兩種情形,第一種是由一人獨得所有糖果(成功狀態),第二種是數人間傳遞糖果且形成循環(循環狀態)。 研究後得知,在傳遞規則T1,2,...,p(p≧2)下,若p=p1α1p2α2... piαi....pjαj(p1,p2,...,pj為p的相異質因數),任意的n值(n≧p+1)均可唯一表示成n=((p)tx(p1s1p2s2...pisi·m)+q(t,mϵN, p ∤ p1s1p2s2...pisi, (m,p)=1, q=1,2,...,p),令S=pt(p-q)+(pq-1)/p-1 +R·pt,則當m=1時,最終為成功狀態,且獨得糖果者的初始編號為S;當m≧2時,最終為循環狀態,且由m人循環傳遞糖果,而此m人的初始編號是S, S+ptp1s1p2s2...pisi,...,..., S+(m-1)· ptp1s1p2s2...pisi。上述公式中的R值,可透過我們研究出來的「R值迭代法」求得。

天然的風扇-黑白條紋的空氣對流

全球暖化越來越嚴重,想知道黑白條紋是否有助於空氣的對流或升降溫,可以減少能源消耗和耗電的降溫設備等。此研究在木板上塗黑白條紋的油漆,利用粗細、顏色,測試木板的升、降溫速度。並利用紋影法觀察氣流的變化。 研究發現,任何顏色的木板都有氣體的流動和對流。其中,有黑白條紋的對流較其它明顯。也發現,黑色區塊越大對流就越強烈,如果在黑色的區塊加入適當的白條紋,對流效果比純黑色強。 最後發現,粗黑細白氣體的對流效果最大,升降溫最快,可用在一些需要快速升降溫的物品。例如:太陽能板、杯子。細黑細白條紋升降溫最慢,可用在一些需要保溫或維持溫度的產品,例如保溫箱、孵蛋箱等設備,這樣不僅可以節省電費,讓生活變得更舒適。