全國中小學科展

第62屆--民國111年

當三角形遇見圓—最大覆蓋率之探討

本作品針對圓覆蓋三角形面積率進行研究,探討不同圓半徑覆蓋於正、等腰三角形,當有最大覆蓋率時,圓心位置或範圍及覆蓋率為何。在正、等腰三角形r≤rI、r≥rO時,利用相似,求出範圍頂點位置及作圖方法;而在正三角形且rI

Abdilkadir Altinas 提出三角形△ABC 與其垂心三角形△DEF 的有趣問題:若角 A 為 60 度,則角 AH'H 恆為 90 度[1]。本研究推廣此問題,我把垂心換成外心、九點圓圓心、重心,發現都有垂直關係。有趣的是,一般化討論歐拉線上所有的對應點都符合這樣的垂直關係,我先採取綜合幾何方法需逐個問題考慮而沒有共通性,較難找出歐拉線上所有的對應點的垂直關係的充要條件,所以改用解析幾何而給出了一般化的理論,這是本研究的亮點。接下來創新探究由其他形心所構造的垂足三角形之性質,不設定內角為 60 度,分別討論垂足三角形為正三角形(共有兩個)和相似三角形(共有五組,每組兩個),發現原三角形與垂足三角形的重心恆三點共線,其他形心皆無此現象。

環境永續螢光碳量子點於太陽能電池之應用

有機太陽能電池(OSCs)因製程簡單、可撓性高及成本低等特性而備受矚目。本研究除了致力於提升OSCs的元件效率之外,亦將聯合國永續發展目標(SDGs)融入研究之中。為了符合永續發展的精神,本研究以生物可降解、安全無毒以及生產便宜的永續材料,來取代目前OSCs所使用的環境有害及難以回收之材料與製程,讓OSCs從材料製程端就符合SDGs的技術發展與產品應用趨勢。台灣桂竹、功勞葉植物及菠蘿均是台灣盛產常見之天然植物,將其利用於製備螢光碳量子點作為OSCs中界面優化材料,能有效降低電子傳輸層之表面粗糙度、界面缺陷及串並聯電阻,讓OSCs元件的效率提升。研究結果顯示,菠蘿螢光碳量子點具有優化氧化鋅電子傳輸層特性的最佳能力,能使OSCs的光電轉換效率由12.76%提升至13.99%。

如「膠」似漆~探索傳統染料-蟲染的生物秘辛

植物染一直是大家耳熟能詳的傳統染色技藝,而昆蟲染色技藝卻鮮少被人知道,其中,原產於臺灣的紫膠蟲正是生活在你我周遭常見的果樹害蟲,但也是為傳統昆蟲染之染料來源,卻很少被人注意的物種,因此,本研究針對在地物種-紫膠蟲進行研究,探討紫膠蟲在野外的棲息環境,並透過室內飼養觀察紫膠蟲的生活史與蟲膠萃取,藉以了解蟲染的物質特性。實驗結果發現,紫膠蟲喜歡寄生在透光率低,且溫、濕度適宜,樹枝直徑為5.34mm的老樹枝條,寄生平均高度為3.135公尺,蟲膠厚度越厚,顏色越深,厚度由大到小依序為暗紅色、橘黃色與紅色,經過萃取蟲染發現,熱水萃取比酒精萃取有較佳的濃稠度,蟲染與花青素相似會受酸鹼影響,未來能推廣應用於相關染料產業。

「茶」顏觀色,原來「乳」此

小茶種紅茶是我們家鄉的在地物產,結合學校課程特色,探究不同重量、不同季節和不同品種的紅茶沖泡出來的茶湯,發現經過冰箱冷藏後,僅有一部分產生茶乳現象(Tea Creaming),還發現溫度回升後會恢復清澈茶色。透過物理光學觀測試著找出茶乳現象的臨界時間,此時所對應之環境溫度、茶沖泡濃度與茶品種關係,預計未來能夠作為評斷好茶的一種輔助工具。 研究中發現,不是所有的茶都會有茶乳現象,只有觀察到紅茶會產生現象。其次,觀察到茶乳現象之紅茶濃度需足夠才會產生茶乳現象,其中觀察到夏茶產生茶乳現象明顯、冬茶則無。最後透過不同茶種,觀察到小葉種紅茶會產生現象,大葉種紅茶則未觀察到。期望讓品嘗紅茶的愛好者,未來多一個紅茶能夠參考其價值之依據。

生物炭電容應用於去離子淡化技術

海水淡化是未來重要課題。本研究選擇易取得的生物炭源來製成生物炭,實驗發現鳳梨皮所製成的炭作為電容電極吸附水中氯化鈉具有發展潛力。 透過簡易比較吸附染料能力、吸附級數圖形等來選擇及決定生物炭的合成條件,實驗製作炭電極並以自製淡化裝置來吸附海水中的食鹽,同時以偵測氯離子變化的方式來定量單位時間每克炭電極的氯化鈉吸附量。實驗利用簡易電表探討了鹽水濃度與施加電壓對吸附過程時所造成的電解影響,另一方面,致力於優化文獻中偵測水中氯離子濃度的方法學並應用於本研究中。 實驗發現:未處理之鳳梨炭、酸洗處理合成之雞骨、龍蝦及椰子炭吸附氯化鈉具有良好的潛力,在適當的通電條件下,每克生物炭材之炭電容可吸附0.1~0.4克的氯化鈉。

探究花感知蜜蜂聲音分泌更多甜份的奧秘

以色列演化理論學家哈德尼,對月見草作植物聲音感知實驗,發現只要一感知到蜜蜂翅膀振動發出的嗡嗡聲,月見草就會在 3 分鐘內將花蜜中的糖分濃度增加到 20%。本研究想探知花內蜜腺提升花蜜甜度所需之醣類養分,在植物主動運輸的鈉鉀幫浦及質子幫浦在運送醣類養分下,記錄流經韌皮部時,在等效電路所產生的電位變化,由莖取出訊號觀察有無蜜蜂聲出現時之差異性。本研究用五星花及仙丹花兩種蜜源植物,從花萼下方取相距3cm的兩點直流電壓,觀察無蜜蜂聲及有蜜蜂聲3分鐘測試電壓變化,確實電壓約有2mV~12mV變化,且證實花的甜度會增加12%~20%,對花做單一頻率測試,找到與蜜蜂相近的反應頻譜,期待對提升蜂蜜品質有幫助。

「地」時炸「氮」,「酚」秒必爭―利用地毯草多酚降解硝酸鹽與亞硝酸鹽

氮污染無所不在,水源硝酸鹽污染是農業發達地區居民長期面對的問題,且脫硝作用中間產物亞硝酸鹽,對人體危害甚大。因此我們透過測量天然雜草(地毯草)溶液的氧化還原電位、還原力、自由基清除能力,證明地毯草具有強抗氧化力與還原力。藉由田口式實驗法規劃探討影響地毯草還原降解硝酸鹽之可能參數,由統計分析結果確認使用乾燥地毯草劑量18.75 g/L與硝酸鹽濃度50 mg/L的水體反應24小時,為地毯草降解硝酸鹽的最佳操作條件,而持續反應48小時則可完全降解亞硝酸鹽副產物。反應過程中總酚濃度介於100~200 mg/L,並且利用光譜全波段掃描反應溶液得知,250~325 nm區間有明顯吸光程度,代表多酚成分兒茶素之存在。經由本研究成果證實地毯草可釋出多酚物質有效降解硝酸鹽。

雲彰投空氣品質分析

此研究利用2016年~2020年EPA空氣監測網資料,將日平均PM2.5濃度≧35.5μg/m³且雲彰投地區5個以上的測站超標時定義為「超標日」,將持續超過兩日定義為「長事件」,否則為「短事件」。利用QGIS將超標日PM2.5日平均數值進行空間推估,使用IDW製成PM2.5濃度圖,利用天氣圖、風場圖、探空圖判讀發生超標事件的天氣系統以及大氣條件。因台灣中部位處背風側,受地形產生風速微弱之情形,造成汙染物累積且不易擴散;再者,逆溫現象更使得地面空氣穩定,致使PM2.5濃度提高。最後將2016年~2020超標日數據統合成盒狀圖,並與EPA所提供的近十年汙染物趨勢變化圖做對比,EPA雖有降低趨勢,但超標日的PM2.5濃度卻較無顯著變化,因此在如何去降低汙染濃度成為未來改善空氣品質的重要一環。

霧裡看花—探討不同因素對眼鏡光暈現象的影響

本研究想了解不同因素對鏡片上光暈現象的影響,並利用光暈型態的不同模擬大氣現象。 我們以霧(水)、鏡片、光這三個因素來探討集霧秒數、鏡片度數、燈泡種類和水珠大小對光暈現象的影響,並利用自製集霧裝置將霧珠附著於鏡片上,利用相機拍攝產生光暈,比對光暈現象的色彩鮮明度及對比度。 研究結果發現:當集霧秒數1-5秒,水珠大小介於 0.05 mm 到 0.12 mm間,使用LED燈泡和400 度鏡片,較能呈現明顯的光暈型態(對比度高)。當水珠大小為0.06 mm時能製造出「華」;水珠大小為0.12 mm時能製造出「暈」;水珠大小不均時,則會出現顏色不均勻的「華」。