全國中小學科展

第62屆--民國111年

臺灣氣候變遷現象探究

本研究是探究臺灣在1998~2021年的氣候變遷現象,主要是以國小學生生長階段的視角將中央氣象局臺北、臺中、臺南測站的氣溫和降水觀測資料分組和統計,藉以比較近6或12年與出生前12年或氣候平均值的差異。結果發現:氣溫方面,三測站近年各月平均氣溫多為加劇上升,出現警報高溫的時間倍增,並以5、6月和臺北測站最顯著;日最高溫和最低溫的眾數落點皆上升1℃,但三測站日溫差升降趨勢完全不同。降水方面,三測站近年的降水增減趨勢不同,但各月平均降水量距平值皆小於50mm。此外,扣除颱風影響,豪雨等級的強降水發生次數在三測站都有增加,並以臺北測站豪雨占強降水比例增加12倍的變化最劇烈。綜合上述,可以得知臺灣近年的確發生劇烈的氣候變遷。

角平分線的「正交一點」可以不止這樣 - n邊形中角平分線正交的性質探討

本研究從每組間隔a(aϵΝ )個內角的二條角平分線皆正交之不規則邊長n邊形中,發現在a+5邊形開始產生第一個內分角圓內接四邊形。研究從2a+5邊形開始,做為變動角的∠A0及∠An-1之兩角和與其他固定式內角之間出現的規律關係,並探討到4a+5邊形。研究找出在這些條件下的n邊形中「內分角圓內接四邊形」個數、正交點數與n、a的關係一般式。若將該n邊形邊長改為等差關係後,設定第一邊邊長為p,邊長增加的公差為d,在每個固定式內角皆為平均角度時,藉由設定基準高、判別高、平行距為工具,發現最多可作到4a+4邊形。研究亦發現正交點間的距離與a、d有特殊的關係,且在探討正交點間的距離時,找出可由一條恆等式來呈現基準高、平行距和正交點距離彼此的關係更為精簡。

拋丟推我都不怕,我是「平底不倒翁」

本研究旨在探討平底不倒翁之可行性,以及影響平底不倒翁成功與否之關鍵因素。我們透過懸吊法找出物體的重心位置並設計實驗,實驗發現在容器內部不同位置加上一塊華司,能顯著改變整體的重心位置,其次影響平底不倒翁的關鍵是重心的位置及容器底部是否內縮,而重心的位置又與附加物重量、位置等息息相關,透過容器不同傾斜角度的實驗與槓桿原理的分析,我們發現重心越低越容易成功。此外平底不倒翁的成功條件有二,一是使用上緣大於下緣的容器或容器底部內縮,二是底部黏附的重物密度夠大或是也能內縮。平底不倒翁確實可行,且可以將其概念運用在生活中,例如改良交通錐、安全防撞桿、兒童餐具、玩具、直立式電風扇等。

樂齡勇腳椅

臺灣已進入高齡化社會,基於老人在面臨行動力與反應力逐漸退化過程中,造成心理壓力及自信心的喪失,本研究探討及建構一部樂齡勇腳椅,透過健腿檢測、輔助起身及久坐提醒等三個主要功能,配合麥克納姆輪設計多向式椅盤,讓高齡者能於狹小空間便捷行動,讓高齡者可以達成活動更自主(Confidence)、能力更提升(Capability)、移動更便捷(Convenient)、身心更健康 (Healthy)的 3C1H 生活支持策略。透過積木及3D列印技術建構勇腳椅的本體,以槓桿輔助起身,運用Micro:bit搭配按鈕、蜂鳴器、LCD、SG90 伺服馬達等元件,建構可以讓高齡者生活自主行動及監測健康,最後運用ESP8266的wifi晶片,建構可透過雲端搭配Line通知提醒周邊的親人或照護者。樂齡勇腳椅不僅是健身器材,更是支持高齡者生活品質與尊嚴的最佳解決方案。

「生」機蓬勃

有機物在無氧或低氧下,會熱裂解成生質炭,具高表面積,能吸附有機質形成生物炭,促進光合菌生長,改善土壤品質。為了解光合菌對生物炭促進腐熟化的效應,本研究運用光合菌在印度棗、鼠眼木、南洋櫻和桑葚等4種生物炭中做成添加劑,探索添加光合菌與生物炭對土壤的影響。實驗發現,農業有機廢棄物做成生物炭,就能改善土壤環境、促進作物成長,結論摘錄如下: 一、光合菌與水以1:20比例稀釋,種子發芽率與存活率高達100%。 二、校園盆栽土壤添加生物炭和光合菌種植青江菜,發現大部分添加者較未添加者生長更佳。 三、以生物炭提供青江菜營養源,有機質比無生物炭至少提高2%以上,南洋櫻最高可提升4%,額外添加光合菌可再提升0.5%,整體累計提升4.5%。

「蒟」世無雙~添加物對「蒟蒻」凝膠性質之影響

日本被稱為「腸胃清道夫」,本研究發現添加物可改變蒟蒻的凝膠性質,善用其凝膠性可開發蒟蒻創意用途。 首先藉由自行設計的硬度、彈性等測試器具進行物性測試,操縱變因包含蒟蒻濃度、鹼液pH值、鹼粉(鹽類)種類、常見添加物、天然色素、貯存方式等。研究發現蒟蒻濃度與pH值是影響品質的關鍵,膠體pH10以上有助於固化成型。糖的添加會使凝膠性下降,但鹽巴有助於凝膠,實驗中發現Na⁺優於Ca²⁺、Mg²⁺,這些現象符合陽離子可提供交聯作用的模型,提出蒟蒻電池是可開發的環保微型電池。利用天然色素可增添蒟蒻視覺性與特殊風味,採用酸鹼中和易使蒟蒻外表扭曲變形,採冷凍儲存方式會有離水現象使組織呈纖維網絡海綿狀,可做成蒟蒻海綿。

鐵砂的秘密-台灣東部海岸鐵砂與磁鐵砂含量分析

本研究於2021年8月至2022年5月進行,採砂地點北至宜蘭蘭陽溪口,南至台東太麻里,我們利用室內觀察以及野外考察等方式進行研究。 磯崎灣、鹽寮廟以及都歷砂灘明顯有發亮的砂石顆粒,鐵砂含量多,磁鐵砂量也多,經顯微鏡觀察,發亮的砂石應屬於磁鐵砂。加路蘭溪出海口砂石鐵砂含量近乎80%,且加路蘭溪山壁岩層標本含鐵量78.6%,對比地質圖後,此山壁屬於八里灣層中泰源段的岩層,此層屬砂頁互層的沉積岩層,磯崎灣的鐵砂可能來自泰源段;而研究區屬於火成岩區的都巒山層,含鐵量及磁鐵量高,尤以綠色火成岩及輝長岩為最,所以暫時推論磁鐵砂多來自火成岩。

與頻率共舞──探討玻璃杯內不同液量之頻率變化

本實驗以不同玻璃杯型以及盛裝不同液體探討振動頻率,以AUDACITY進行頻率分析,其中無腳座玻璃杯在杯口所形成的波數為n=1, 2, 3…;有腳座玻璃杯在杯口所形成的波數為n=2, 4, 6…。此外腳座可讓玻璃杯更穩定地振動,頻譜上也清楚呈現特徵頻率且有倍頻關係。手摩擦所有玻璃杯主音皆為n=2,且強度大於其他泛音百倍以上,視為純音樂器;敲擊杯口與摩擦杯口的主音(n=2)頻率相同,但產生許多雜音,不適合作為樂器。另外從能量守恆角度推導玻璃杯裝有液體的頻率公式,並以實驗驗證推論,其振動屬於一端受力的「集中負荷」情形,其液高與頻率可以用函數表示。未來希望能進一步以位能角度探討空杯的振動頻率公式,並從黏度探討液體位移速度與玻璃杯位移速度之間關係。

光照無所遁形~奈米銀變色膜的研究

一般變色膜是用光致變色粉與PU膠混合而成,我們的光致變色薄膜是用天然染料吸收陽光的紫外線,使染料上的電子躍遷至銀離子膠體上而還原出奈米銀,使變色膜透光度變低。 我們成功的自製抽氣乾燥暗箱及3w鋁基板光照箱,讓光照成效能不錯的控制變因;自製多色光光罩吸光儀可記錄不同色光穿透變色膜下的光敏電阻感光電阻下降,偵測與之串接的一般電阻電壓提高的多寡,可算出透光率及透光恢復率的大小。 以Gy33感測器記錄變色膜的RGB值,轉由HSV之色相值等,可確切得知變色膜顏色變化的程度,未來以此製成的變色薄膜,可黏貼在汽車玻璃或窗戶玻璃上,達到光穿透率變低,光不刺眼、防曬、使車內或室內溫度下降,達到節能減碳目的成為可能。

果蠅(Drosophila melanogaster)的習得性無助表現之研究

習得性無助(learned helplessness)是個體經多次追求獎賞或逃離困境失敗後產生的一種消極行為表現。習得性無助的行為研究雖多,但其神經機制的研究卻甚少。 本研究發現273,cha-Gal80>CsC-mCh是適合光遺傳學訓練的果蠅殖系。在白光點獎賞記憶訓練中,使273,cha-Gal80>CsC-mCh果蠅學會白光點視覺訊號代表著獎賞,並發現其白光獎賞記憶能持續7分鐘以上但未達10分鐘。藉已建立白光視覺訊號與獎賞連結的273,cha-Gal80>CsC-mCh,發現重複追求獎賞失敗的實驗組,相較於持續接受獎賞與完成獎賞記憶訓練而無任何操作的對照組,明顯表現習得性無助,本研究亦發現習得性無助個體也表現了活動力以及覓食表現的下降。未來期望藉由果蠅行為與特定腦區和神經傳導物之探究,建構果蠅習得性無助行為的神經網路機制。