全國中小學科展

第62屆--民國111年

球面n邊形的孟氏共線與西瓦共點定理

本文主要在探討平面幾何學中的兩個重要結果—三角形中的『Menelaus定理』與『Ceva定理』推廣到任意的『球面n邊形』的相對應結果,對於任意的球面n邊形,我們分別找到了『球面n邊形的Menelaus共線定理』與『球面n邊形的Ceva共點定理』的一般化結果。

塑膠發電–PLA水解之燃料電池研究

本實驗主要利用PLA水解形成小分子乳酸,作為燃料電池之燃料,找出PLA塑膠水解可行方式,並使其再循環產生能量,減少塑膠產品對環境之汙染。為尋找PLA分解之最佳方法,以溫度和溶液種類為變因,發現PLA水解率隨溫度增加而上升。其中以氫氧化鈉溶液前處理再置入乙醇中水解有最佳效果。後續改採熱熔方式直接將PLA與氫氧化鈉混合加熱,可將PLA完全水解,以上述PLA水解溶液作為燃料電池之燃料。自製燃料電池分別以氧氣與PLA水解液為正、負極,鍍鉑鎳鉻絲為電極,0.7M氫氧化鈉溶液為電解液,同時以氧氣供應裝置優化,電壓可達0.85V。PLA雖為可分解性塑膠,現今仍無良好之處理方式,此自製乳酸燃料電池可提供PLA塑膠分解與利用之新思維。

豆科植物萃取物之應用與探討

在本實驗中要探討八種豆科植物萃取物之抑菌能力,從所選的豆科植物之種子分別用水與酒精進行濃縮萃取。研究目的是為了開發以天然植物為主的抗菌物質,減少對環境的污染及危害。針對校園衛浴設備的水槽、地板、小便斗、馬桶進行採樣。實驗中選擇各設備菌落數最多的菌種單獨分離出來進行抑菌能力之實驗。在抑菌能力中會從濃度和劑量等兩方面去探討不同豆科植物的抑菌能力,並與酒精一同比較抑菌能力。結果顯示本實驗所選用之豆科植物:紅豆、花生、黃豆、四季豆具有抑菌能力,在加入酒精一同比較後我們發現黃豆、花生、四季豆與花生之抑菌能力高於酒精。在閱讀相關文獻之後,我們判斷豆科植物中可抑菌的物質為黃酮等酚類化合物。

改變流體速度的通道 – 特斯拉閥

本研究主要針對特斯拉閥的概念自製通道,探討通道擋板以及通過液體對於順、逆流差異進行探討。我們使用車床切割壓克力形成各式通道,並拍攝流體經過的過程、計算流體的順逆流差異。結果發現:以擋板形狀及排列方式而言,交叉三角形的順逆差效果最好;通道寬度則是寬度越寬流速就越快,因此擋板凸出程度越多流速就越慢,且凸出程度越大,順逆差異就越明顯、擋板間距在 2.8 ~ 3.2公分時順逆差異最佳;水溫提高雖有助於提升順逆差,但卻會因流體寬度變窄的影響而效果變差;流體的黏度愈小,順逆差異就愈明顯。

螞蟻的大鋼牙—探討多樣擬大頭家蟻(Pheidologeton diversus)的大顎構造與覓食和防衛行為的相關性

為了瞭解校園中那些螞蟻具攻擊性及攻擊武器有何特別之處,本研究進行螞蟻族群與行為的調查並以顯微鏡觀察其結構。發現多樣擬大頭家蟻(Pheidologeton diversus)是校園中分布最廣且具攻擊性的螞蟻,牠無螫針和蟻酸,主要是以大顎進行覓食與防衛,而且工、兵蟻的大顎構造也不同,為了解其差異對力的產生有何影響,本研究以自製的力學測試裝置及大顎放大模型進行實驗,結果發現:兵蟻的大顎粗短,但有寬大的頭部,產生的閉合力為工蟻的9倍;而工蟻的弧形大顎細長,有較長且尖銳的顎齒,可產生較大的抓力,讓獵物不容易滑脫;另外兵蟻鏟形的大顎,能發揮力學上斜面的作用,可產生較大的切斷力。工蟻和兵蟻運用彼此構造的優勢,相互合作,能有效率地進行覓食與防衛。

火箭向量噴嘴控制和設計之研究

在航太工程中,多數的載荷(Payload)都因成本預算問題等無法決定軌道方位與位置, 所以當火箭能夠進入量產和縮小化時,就能有效的將成本降低。我們就以等比例縮小火箭模 型探討控制制導方法做為研究專題。這個專題中,我們以模型之控制構造和控制方法作爲核 心。開發出利用陀螺儀MPU6050之資料經由Teensy 4.0和C++程式的運算輸入PID模型,並且 反應在伺服馬達MG996R上,最後裝上3d列印的可動式噴嘴上進行研究。

淨「塑」撤離 「鐵」定「油」效

水中塑膠微粒嚴重危害生物的生存,本研究擬探討清除水中塑膠微粒的方法與原理,以制定清除的參考流程。先用油料吸附水中塑膠微粒,再利用鐵磁性吸油劑吸附含塑油料,最後用磁鐵吸起清除。研究分為兩部分探討,一、油料與塑膠吸附的情形與影響因素;二、吸油劑與油料的吸附效果。為了放大觀察塑膠微粒與油吸附的情形,用塑膠小圓片模擬塑膠微粒,並作為吸附效果的量化數據;用油層高度比例法來量化吸油劑的吸油效果;以燃燒法和促鏽法自製鐵磁性吸油劑,與市售鐵氧化物比較。結果發現,塑膠種類、油酸價、水溶液種類會影響塑膠與油料的吸附。以燃燒的鋼棉、鐵粉、四氧化三鐵作為吸油劑,進行三階段多層次處理可以節省成本,也減低水汙染。

「瓜」熟酵弱 – 木瓜蛋白酵素天然美白牙膏

研究木瓜樹的木瓜蛋白酵素活性及萃取、純化方法製成的自製木瓜蛋白酵素牙膏。以氫氧化鈉滴定法測量酵素的活性,本研究發現,木瓜樹未成熟的果實,木瓜蛋白酵素活性最高:氫氧化鈉平均滴定體積 3.93 (mL)。以純水萃取後再過濾的上清液,經超音波震盪、pH 7緩衝溶液浸泡、烘箱50 ℃ 乾燥,活性是置於室溫25 ℃ 的2.11倍。以硫酸銨純化,活性為未經純化酵素的1.63倍,最後以豬腸膜分離硫酸銨。自製木瓜蛋白酵素牙膏,能分解口腔內的蛋白質表膜層,除去最難去色的咖哩粉色素,增加自製木瓜蛋白酵素牙膏與咖哩粉唾液混合液間的反應時間為5 分鐘,以自製木瓜蛋白酵素牙膏0.5 g添加市售木瓜蛋白酵素牙膏0.5 g,潔牙後的色差值ΔE 1.49最小,優於市售木瓜蛋白酵素牙膏ΔE 2.05。

擺盪在秩序與混沌的邊緣--流體阻尼球對建築物耐震度的探討

實驗結果發現膨性流體阻尼球對建築物有最好抗震能力。由混沌擺(雙擺)的光軌與不同長度單擺及雙擺擺動時間比較的兩個實驗,可觀察雙擺的下襬擺動可減緩上擺的擺動幅度,當總長35cm、32.5cm、30cm(上擺長度固定),較單擺而言可減少擺動時間的比率分別為52.2% 47.7% 38.5%,而上擺能量衰減功率比值依次2.071倍1.875倍1.670倍,推知雙擺上下擺不同擺向、速度,產生干涉波可減少擺動時間與能量。將雙擺原理應用於建築物的流體阻尼球,利用流體特質,模擬上、下不同擺速的雙擺,由實驗結果推得,建築物受定力搖晃時,建築物水平加速度分別為:膨性流體(115gal) <鹽水(172gal) <水(207gal) <僞塑性流體(334gal) <剛性阻尼(346gal),若將膨性流體應用於超高樓的阻尼球中可穩定建築物,並可利用其擴溶效應,避免阻尼球受外力時引發的變形,以增長使用年限。

探賾索「韋」—探討韋氏擺的耦合振盪情形與應用

本實驗旨在探討韋氏擺的耦合振盪情形及其應用。振盪情形部分,我們發現韋氏擺出現耦合振盪的條件是垂直振盪與水平轉動週期接近,且兩者差距越小產生的耦合振盪越理想。而韋氏擺能量轉換週期與重物質量呈正相關,卻與下拉長度無關,顯示能量轉換週期和垂直振盪與水平轉動的週期有關,而非系統所含能量。另外雖然平常垂直振盪與水平轉動週期相差較多時並不會形成韋氏擺,但當系統的垂直振動週期為水平旋轉週期的兩倍時形成例外,有明顯的耦合震盪現象,且出現特殊的轉動情形。應用部分,我們利用旋轉角度為零的點算出系統總能量對時間的函數,並將其帶回算出彈簧的扭轉彈力常數,發現得出的值非常接近,說明韋氏擺可應用在彈簧扭轉彈力常數的測定。