全國中小學科展

第62屆--民國111年

磁對電磁波的糾纏

本次實驗專注於探討是否可以藉由改變磁場來阻隔電磁波。 結果發現,(1)加入磁鐵後,於特定磁極排列下,能影響電磁波的傳遞。(2)磁場為水平垂直於發射源,且磁極為N左S右的右向磁場時,具有較佳的阻隔率。(3)磁鐵和電磁波發射源位於同樣水平面上,具有較佳的阻隔率。(4)將磁鐵吸附於金屬網狀物上,比僅使用金屬網狀物來屏蔽電磁波的效果更好。且磁鐵分布越密集,對電磁波的阻隔率越高。(5)證實電磁波會因為外加磁場產生方向改變。

二氧化碳高選擇性轉化生成合成氣之碳中和工程

近年來「碳中和」是全人類追求的目標,本研究利用非貴金屬(鐵、鈷、鎳)離子形成前驅物為2-甲基咪唑配體的沸石咪唑骨架和前驅物為雙氰胺、葡萄糖反應物的類石墨相氮化碳,再鍛燒生成可導電的催化劑,將上述兩系列的催化劑分別搭配使用氣液分隔的氣體擴散電極進行電解還原CO2,再由氣相層析儀分析產物並計算法拉第效率。目前合成出的鎳金屬類石墨相氮化碳催化劑(Ni SACs@NC)最佳,在電位-0.52V時,高選擇性生成CO,其法拉第效率高達99%,而目前已有成熟工業製程能將CO轉成合成氣,再製造許多具經濟價值的有機產物,所以我們開發的新環境工程,找到一條碳循環的新路徑,有助於加速達成「碳中和」,為人類永續發展做貢獻。

眾金汞閱-奈米金結合核酸探測汞離子之研究

汞離子為影響健康的十大化學物質之一,因此具污染潛勢事業放流水之汞濃度都需列管並檢測。然而,偵測方法通常較為繁瑣,成本也較高,所以發展快速且簡便的方法是環境檢測重要的課題。本研究開發出以維生素C將四氯金酸還原成奈米金的方式,再透過核酸適體修飾奈米金偵測汞離子。利用奈米金表面電漿共振效應呈現顏色變化,進而可測量吸收峰波長變化。接著改變核酸適體濃度及長度、四氯金酸和維生素C濃度得到最佳化條件。另外,因核酸適體的胸腺嘧啶(T)與汞離子的高親和性使得此檢測方法具有專一性。最後結合行動載具建立濃度轉換方程式,並應用於環境水質檢測。結果顯示核酸適體修飾經維生素C還原奈米金可作為簡便且快速檢測汞的策略之一。

冷面殺手李斯特菌-探討抑制李斯特菌台灣食品分離株之方法

李斯特菌污染,恐致腦膜炎、敗血症,WHO報告更顯示死亡率高達2成5。本實驗研究抑制李斯特菌(Listeria.innocua)之方法,以全基因解碼R19.1045為模組,與由台灣本土雞翅與豬肉分離出之38隻李斯特菌分離株做比較,觀察其型態、生長曲線及菌落形成單位(CFU)不同,以及致病力相關之磷酸轉移酶系統(phosphotransferase system, PTS),又稱第四致病基因群,是否廣泛存在於李斯特菌。研究結果顯示,37℃溫度培養L19N.053分離株在第5~第6小時有生長延滯的雙生長期(diauxic growth)現象,與PCR檢測初步結果呼應,L19N.053菌於PTS基因有部分片段缺失。R19.1045的CFU約為2.14x109。低溫(4℃)、酸性環境(pH=2)和酒精濃度35%,皆能有效抑制李斯特菌生長,為正常37℃環境生長速率之1/70-1/92。

探討持續施加弱磁場對斑馬魚幼魚生理及行為之影響

磁場是生活中常見的環境議題,近年來成為了熱門的研究主題,根據文獻探討資料,過去研究多以強磁場短時間暴露為實驗,在斑馬魚發育、生理以及行為模式上有初步的探索,並且與生化機制進行連結與解釋。 本實驗不同於以往的研究,利用受精後五日內(5dpf)的斑馬魚,在持續施加弱磁場後,進行不同磁場大小及分佈與單一磁場分析的兩大主軸實驗,觀察對斑馬魚幼魚造成的影響。根據實驗結果顯示,在生理表現上斑馬魚的心搏數會受到實驗設定之磁場影響,且胚胎孵化速度、幼魚身長及分佈偏好在較大磁場下會受到影響,但孵化總數及早期發育並沒有顯著差異;而在行為表現方面,短時間的弱磁場暴露會促進總移動距離和小活動力,但在長期處理下則導致數值下降。

戀家的費波那契

本研究將費氏數列F(n)前n項賦予正號或負號,再從第1項累加到第n項,找出過程中依次累加後的絕對值之最大值,並將這些最大值的最小值(最短最遠距離),寫成數列M(n)。經由R軟體運算的結果,我們找出一種可走出最短最遠距離的規律性走法,並推得每六項相關之數列M(n)與F(n)的關係式。 接著推廣至類費氏數列F'(n)(F'1=s,F'2=t),分成s = t、st 三種情況來討論。當s=t=m時,則新關係式恰為原關係式之m倍。當st時,則隨著s值所在區間的變動,會影響M'(n)與F'(n)的關係式。 最後延伸至廣義費氏數列F'(n)(F'(n+2)= p*F'(n+1)+q*F'(n),s=t=1),分成p=q、pq 三種情況來討論,並推得每六項相關之數列M'(n)與F'(n)的關係式。

敲出瓶外之音

本研究將裝入定量純水之量筒放入容器中,敲擊量筒,並探討量筒外水量、水位與頻率變化之關係。研究後發現,敲擊量筒後,會產生相對低、中及高三種頻率,其訊號強弱與量筒內外水位高低有關。 我們以水位高度代替水量,來驗證影響頻率變化的僅為靠近量筒內外之有效薄層水體,結果顯示,當水位高度達一定,就能滿足共振條件,而非整體水量。量筒外水位對頻率之影響呈階段性,第一階段頻率變化不明顯,第二階段頻率隨水位增加而降低,第三階段薄層水體達共振條件,頻率持平。 此外,當水位高度一樣,內、外薄層水體相差不多時,頻率可能會相近,但大部分是量筒外有水時較低,推測可能因量筒厚度、底座或量筒內外水體存在空間不同造成之結果。

高斯光束照射橄欖油產生繞射的研究

高斯光束(Gaussian beam)穿過透明液體時,對液體局部加熱,使液體有溫度梯度,伴隨著產生折射率梯度。葉綠素-a(Chlorophyll-a)乙醇溶液對紫光的熱吸收率為乙醇的數百萬倍,橄欖油的葉綠素-a含量很高,利用高斯光束照射橄欖油時,橄欖油吸收的大量的熱量產生折射率梯度,以及產生熱透鏡(Thermal lens)和自調相(Self-phase modulation)現象。 以雷射光照射橄欖油,由於熱透鏡現象使光束擴張成大亮點(半徑R),由於自調相現象使光束在屏幕上產生繞射圖樣(繞射亮紋數目N)。圓柱筒裝橄欖油(液柱長度a),用不同功率的雷射照射橄欖油,探討吸收的熱量對R和N的影響。另外使光束先經凸透鏡聚光再照射低熱吸收率的色素水溶液做對照比較。

旋轉三角形跑射線

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。

群蛇亂舞

在科展的作品中,我們發現一個有趣且學長研究過的問題〝棋盤上的蛇〞(Snakes on a chessboard) ,這個問題是由教授Richard Stanley所提出。問題如下:在m×n棋盤形格子上,蛇由任意一格出發,但蛇的走法只能往右 ,往上 ,或停住。若此蛇已停住,將由另一條蛇來走,且不同蛇走過的格子不可重疊。證明:將m×n棋盤形格子完全覆蓋的總方法數為費氏(Fibonacci)數列某些項的乘積。與學長不同的是我們以〝生成格〞概念來解決問題,藉由生成格建立二維棋盤形格子〝蛇填充數〞與費氏關係,並試圖拓展三維空間棋盤情形,在過程中發現藉由〝生成矩陣〞可以組成空間棋盤的〝生成格〞,並以此解決p×q×r的空間棋盤問題。