第62屆--民國111年

這是一個關於氣團與鋒面的研究。根據我們對於5個年度的觀雲資料所做的分析，得出以下幾個重要結論：在動態冷氣團方面：(1).若搭配較高的濕度，大部分會產生蔽光高積雲或滿天的灰白雲(高積、高層混合雲)，且和距離無關；(2).冷氣團的移動方式與層狀高積雲的形成有相當密切的關係；(3).雲的分布方式由風向決定，而不是冷氣團的移動方向。若冷氣團處於停滯狀態，對雲況的發展比較沒有影響力。在冷鋒鋒面方面：(1).鋒前以高雲族為主：①溫度有機會出現較大的降幅、②鋒線大多會以左端通過台灣、③降雨區域不會太大；(2).鋒前以中雲族為主：①鋒線大多會以中段附近通過台灣、②會帶來較大範圍的降雨(雨勢不會很大)。

本研究主要是希望將「無紙袋吸塵器」之除塵技術應用在室內空氣清淨之上。 首先，選定PM2.5為空氣汙染檢測標的。然後，利用電腦課學習之Arduino套件，編寫程式並組裝SHARP PM2.5感測器。 接著，探討無紙袋吸塵器之除塵原理，並改良結構以應用於空氣清淨。 研究發現：設計良好之「氣旋除塵筒」，確實有很好的清除PM2.5效率。清除PM2.5效率良好的氣旋除塵筒：1.能產生結構札實的氣旋結構、2.直式比橫式效率高、3.加長氣旋除塵筒長度能夠增加清除效率、4.抽氣孔與進入室內空氣孔分開，並將抽氣孔位於側邊可以增進清除效率、5.增加風扇風力也可以增加清除PM2.5的效率。

研究四色定理時，我們先找出四種基本圖形，再探尋塗色方法，並且以此四種基本圖形來探討複雜圖形。發現可將複雜圖形分解成簡單的上下層、放射狀、中央有色塊的放射狀及同心圓等四種基本圖形，並依區塊編號，以相鄰不同色的原則找出各區塊對應的色塊，大部份基本圖形可用3色填滿，只有中央有色塊的奇數放射狀圖形會用到4色。合併基本圖形時，因先處理的基本圖形，限制了相鄰色塊的選擇，才會用到4色。將發現的方法驗證到複雜圖形上，不但用4色破解了兩位學者發表的只能用5色的多層同心圓、中央有色塊的奇數放射狀複雜圖形，並找到了規則。最後我們以此規則完成只用四色來著色，成功挑戰世界、歐洲、台灣鄉鎮巿地圖及網路上的纏繞畫。

本作品延伸前年數學科展作品《公園跑切線》，研究兩個同內心不同大小的正三角形，中間小三角形旋轉θ，由大三角形的其中一邊上取一出發點，對小三角形的頂點沿射線到下一個邊上，接著重複此動作，最後路徑會收斂成三角形，研究收斂點的位置和出發點、旋轉角度、邊長比與收斂可能的關係。之後我們分離小三角形與大三角形之內心，並研究其性質與收斂可能性。最後，我們加入了共內心、相似且方向相同之兩一般三角形的情形，同樣研究其性質與收斂可能性。

本研究以廢棄的蚵殼和回收紙作為研究材料，先將鍛燒後的蚵粉溶於水後，噴灑於手機螢幕與電腦鍵盤，並利用ATP生物冷光儀檢測微生物的殘存量，研究發現10ppm與100ppm濃度的自製蚵粉水在手機與鍵盤皆可達98.14%與96.08%以上的殺菌效果。之後再將自製蚵粉水與市售蚵粉水、自製文蛤粉水、水，在門把上做殺菌效果的比較，結果顯示殺菌效果最佳的是100ppm的自製蚵粉水，可達93.23%以上的殺菌效果。接著利用回收紙製作環保鞋墊，並加入自製蚵粉，用以探討加入自製蚵粉後的鞋墊中是否具有抑菌的效果，結果顯示加入5公克自製蚵粉微生物最佳可達89.5%的殺菌效果。

我們關切河流的塑膠垃圾汙染問題，發現「水流方向和擾流狀態」是影響河流中攔截塑膠垃圾裝置的重要因素，所以進行微型實驗探究其效能。 我們實地探勘了淡水河下游及其能攔截塑膠垃圾的裝置，依據河流曲流設計微型模擬箱，以觀察水流的樣態。首先我們歸納出：「水平面水流的分流」、「垂直面水流的擾流」、「曲流凹岸河道的回流」，並進一步探究不同的攔截塑膠垃圾裝置與水流的關聯性，例如以攔截索改變水流分流、以水管泡泡製造水流的擾流、利用曲流凹岸河道的回流找出較佳攔截位置等。 河流的實驗模型一般大且昂貴，但我們設計出河流的微型模擬箱，能清楚觀察水流的不同樣態，也能找出攔截塑膠垃圾裝置的較佳效能，據此建議河川管理單位參考。

我對於植物進行光合作用經電子傳遞鏈釋放出能量感到好奇，日常生活中電子產品需用到乾電池提供電力，因此嘗試仿照植物產生能量的方式，製作降低環境污染的綠能電池。上一屆科展我利用FTO導電膜玻璃，結合蝶豆花中花青素作為光敏化染料及TiO2膠體和蠶絲蛋白，成功製作出具有發電性的綠能電池。這次實驗我繼續探討相關變因，進一步瞭解花青素和蠶絲蛋白在綠能電池產生電能中扮演的角色。根據結果發現花青素相較於葉綠素吸光能力較強，pH變化會影響植物色素傳遞電子效能；蠶絲成分中的絲膠蛋白相較於絲素蛋白，具有更高吸收紫外線和促進TiO2膠體導電的能力。這次研究得知綠電池使用花青素和絲膠蛋白能提高吸收光的能力，增強電能產生。

由於人類的開發，領角鴞繁殖時依賴的大樹逐年減少，因此本研究在校園中設置人工巢箱，希望提供領角鴞適當的育雛環境，並在巢箱內架設紅外線攝影機，利用錄影畫面研究領角鴞親鳥的育雛過程、行為和食性，觀察時間自2021年1月至5月中旬，研究發現領角鴞成鳥生蛋前會對多個巢箱進行探巢，探巢行為有鳴叫、觀察和整理巢箱，蛋平均孵化天數約為28天，幼鳥孵化到離巢天數大約為25天。孵蛋和育雛期，母鳥外出高峰時段為剛入夜與天亮前，育雛期外出次數與時間都較孵蛋期多且長。公鳥繁殖期間擔任捕捉獵物給母鳥進食或是餵食雛鳥的主要角色，新店淺山區域領角鴞繁殖期食性以外來種斑腿樹蛙為主食，架設巢箱吸引領角鴞繁殖有抑制斑腿樹蛙的生物防治功能。

本研究旨在確認加入絹雲母培養的菌液是否可提升生物膜產量，進一步提升保肥能力並幫助作物生長。研究結果顯示，菌液中加入絹雲母確實可以提升生物膜產量及部分菌株的菌液黏度，且這可能和絹雲母具有恆定pH值的功能有關。而在模擬土壤實驗中，菌液加入絹雲母後有較高的多醣含量，並且進一步提升保肥能力，且分別可減少31%的鉀肥以及17%的磷肥流失量。最後將絹雲母菌液做為保肥製劑應用於尖葉A菜（Lactucasativa）的種植，實驗結果顯示：加入絹雲母的菌液與未加入絹雲母的菌液組別相比，提升了30%的收成量。本研究結果顯示，絹雲母菌液可實際應用作為保肥製劑，透過恆定菌液pH值，促進生物膜發育，提供土壤穩定的高多醣含量，進而提高肥料之利用率而幫助作物生長。

本作品啟發於 2020 年一月份科學研習期刊中的特約專欄「森棚教官的數學題 – 散步的費波納契」，探討在數線上以費氏數列作正向或負向的移動，走 n 步的期間內距離最遠時的最小值為何？又有多少種方法？我們先利用窮舉法、樹狀圖與 Python 程式找出 n 在 1 到 22 之間的所有情形，發現最遠距離最小值近似於費氏數列的一半、方法數與「整數數列線上大全（OEIS）」收錄的類費氏的數列 A254308 相符。在探討走法時，得到符合條件的走法推廣並非是增加最後一項，而是在已知的走法中添加第一步。並利用找到規律性的走法、走法延伸規律與數學規納法驗證最遠距離最小值與方法數可推廣至所有的 n 值，最後我們將行走的方法改成盧卡斯數列與類費氏數列，也出現相似的結論。