全國中小學科展

第63屆--民國112年

波妞的熱管-氣泡週期性生滅運動的探討

我們經過一系列的實驗,確認鎳鉻絲經由玻璃管壁、水將熱沿徑向傳導給氣泡吸收,類似池沸騰作用,大氣泡會因熱傳導效果差而截斷傳熱,降低吸熱效果;同時因氣泡往下方冷水庫延展擴張,除了經由冷管壁傳導、冷水對流置換來散熱外,膨脹變大的氣泡也因表面積的增加而加大了輻射散熱作用。因此,要使波妞的熱管形成大氣泡,且能穩定持續地週期性生滅,需要使其儲熱與放熱速率達到一個動態的平衡,故我們僅能在特定的實驗條件下看到這個現象。此外,在進一步的實驗中,我們將波妞熱管設置了上、下兩個加熱區,意外看到了大氣泡的耦合作用,十分地有趣,也應用作為我們突破管徑過大實驗限制的方法。

箇中「橋」楚—研究不同演算法對數橋遊戲的差異性

本研究提出有關數橋謎題遊戲的程式實作辦法,我們已知數橋被證明是個NP-complete問題。我們研製出了數種解題條件與窮舉策略在演算法上的實現,並且比較了這幾種解決辦法的相對效率,再者也提出了數個NP問題的解決策略。本研究發現在進行窮舉的時候以取最小頂點值期望效率最高(表示該程式能有相對多,相對快的執行結果)。

小瓜立大功-絲瓜絡植栽盆效用之探究

絲瓜絡有吸水、透氣的特性,我們用絲瓜絡、石膏並添加蛋殼與水泥粉來製作絲瓜絡植栽材,以飽和吸水量、飽和含水率、釋水速度及耐用性來檢測絲瓜絡植栽材的特性。 從實驗結果發現:(0.5 cm)3絲瓜絡植栽材吸水性佳,其次是粉末絲瓜絡;粗、細纖維絲瓜絡間飽和含水率差異不大;5g細粉末絲瓜絡植栽材吸水特性較佳。有使用過絲瓜絡吸水效果最好;添加粗粒徑蛋殼植栽材飽和吸水量最多;添加15g白水泥的飽和吸水量及含水率為最佳。5g細粉末絲瓜絡+5g粗粒蛋殼+15g白水泥+35g石膏粉及50ml蒸餾水為植栽盆的最佳吸水性、耐用性配方。絲瓜絡植栽盆+絲瓜絡植栽材所種的三色菊生長高度最高、土壤保濕度最佳。以絲瓜絡植栽盆種植的小白菜苗生長率比用黑軟塑膠盆的小白菜苗高。

探討玉米不同種原間減數分裂染色體互換之差異

減數分裂是育種的基礎,透過其中的遺傳重組可將連鎖的基因分離,以提供研究和篩選優良基因組合的機會。然而遺傳重組的數目在每一次的減數分裂中有天然的限制,也就是每一對同源染色體平均發生兩個互換,並且多位於染色體末端,這使得要尋找合適的遺傳組合成為育種時最耗時的步驟。在這個研究中,利用免疫螢光染色技術分析不同玉米品系間,減數分裂時遺傳重組發生的數目,了解多樣性的基因種源是否對遺傳重組的數目造成影響。結果發現其差異顯著,且品系間有分群的跡象,表示不同種源可能帶有差異性的重組調控相關基因,未來希望能進一步研究控制遺傳重組數目和位置背後的機制。

白疏巨山蟻工蟻在新建蟻巢階段職務轉換

前人大多研究大型蟻群的職務 (task)分配,但對於新建蟻巢階段的研究少,因此本實驗想了解白疏巨山蟻(Camponotus albosparsus)新建蟻巢階段的職務分配。研究發現,在大空間中,蟻群會增加偵查時間,但不影響蟻群整體的職務數量,但工蟻數量增加時,會使每隻工蟻負責較少職務,然而在新建蟻巢階段的工蟻負責的職務不固定,不同時間工蟻會負責不同職務。本實驗以肉眼觀察,發現其耗費時間及人力,因此開發Tracker追蹤工蟻職務,雖然Tracker無法觀察工蟻細微的職務,但可更快速的分析工蟻主要的職務。未來資訊人員可使用Tracker觀察蟻群職務後,並參考蟻群分配職務的模式,評估最佳化的職務分配模型,運用在人類的企業管理。

手機偵測螢光及吸收光譜探討橄欖油中葉綠素及類胡蘿蔔素熱降解的臨界行為

本研究以兩枚光柵(600條 / mm)、一0.5mW藍雷射光(450 nm)、兩台手機錄影偵測,搭配3D列印,利用自製螢光及吸收雙功能光譜儀,可迅速監控葉綠素的存在或分解,其中吸收光為排除雜訊,以光柵讀取450 nm的二次(second order)光,以Tracker軟體將光譜照片數位化。偵測一滴油30 μl的橄欖油的及時螢光光譜配合二次吸收光譜,分析2種品牌橄欖油中葉綠素遇熱分解過程,發現橄欖油中葉綠素遇熱呈現兩階段式分解。透射二次光隨溫度變化曲線,可用指數函數表示,揭示B牌橄欖油中葉綠素的熱分解係數僅為A牌的 (31.9/87.8) = 0.36倍,加熱到200℃保有21%葉綠素。橄欖油中的油提升葉綠素及類胡蘿蔔素的降解溫度。即時螢光光譜,顯示95℃時,A牌橄欖油中葉綠素含量是B牌的6倍。

愛粒沙砂—臺灣海灘大探秘

本次科展主題為探究屏東與臺灣其他地區海灘樣本的差異。我們選擇了具代表性的屏東地區海灘作為主要採樣點,利用數位顯微鏡比對外觀特徵,電腦影像軟體分析色調,透過篩網分析海灘樣本顆粒大小比例,並檢測其酸鹼性、硬度和KH等性質。 結果顯示,屏東和小琉球海灘主要由珊瑚、貝殼和少量有孔蟲殼體等生物碎屑組成,呈白黃色調;而臺灣其他地區的海灘沙粒主要由岩石碎屑組成,呈灰黑色。單位體積海灘樣本的重量測量結果並無明顯差異,水溶液的酸鹼值大多呈弱鹼性,TDS數值顯示不同區域的海水組成和溶解物有所差異,但屬於珊瑚砂海灘樣本的KH值平均超過10。這些差異是臺灣地理位置、河流侵蝕搬運堆積和沿海海流等因素共同作用的結果。

「粽」望所歸,讚「碳」不已—以回收粽葉悶燒製作活性碳之研究

我們將回收粽葉以鋁箔紙包覆後,壓平去除空氣隔絕氧氣,再放入裝滿沙子的鍋中,用沙子覆蓋以卡式爐加熱悶燒,碳化後磨製成粉,以紗布噴上完稿噴膠並均勻撒上粽葉活性碳粉,與市售材料進行比較,發現自製活性碳相對於市售產品具有以下優點: 1. 較透氣,不會讓戴口罩者感到不舒服,還能阻隔灰塵吸入身體。 2. 不易吸汗,故透性能持續保持良好,長時間配戴也很舒適。 3. 粽葉活性碳紗布的耐摺程度最好,不會因彎折而導致原功能減少。 4. 粽葉活性碳紗布在正常環境下不易分解,能長期保存維持相關功用。 粽葉活性碳因為是天然竹葉乾燥,棉質紗布也是天然材質,製成口罩使用後,無論掩埋在土壤裡或者以焚燒方式處理,不會產生有毒氣體而造成空氣汙染。

神經胜肽Urocortin對微膠細胞抗發炎、吞噬的作用

本研究發現神經胜肽Urocortin能調控腦部的巨噬細胞——微膠細胞的發炎及吞噬作用,同時亦能降低發炎時產生的氧化壓力損傷。我們藉由紅血球與微膠細胞(BV-2 Cell Line)的離體實驗模擬腦溢血病患接受開顱手術後殘留於腦中的血塊與巨噬細胞在腦部的吞噬情形,並透過神經胜肽Urocortin的作用,促進其吞噬作用、調控發炎反應。首先以螢光標籤的方式確認微膠細胞的吞噬作用,再以測量其吞噬量值(Phagocytosis Index)、基因變化(RT-qPCR)分析,推論出當Urocortin濃度為10⁻⁹M,能有效的促進微膠細胞的吞噬作用、抗發炎功效。此研究結果有助於了解Urocortin加速清除腦血腫塊的作用,進而作為開發腦溢血新療法的參考依據。

「三寶」的重生~寶特瓶變身3D列印線材之研究

本研究探討了使用回收塑膠寶特瓶製作PET線材的可行性。我們設計了數個不同功能的模組並使用TINKERCAD 3D建模軟體進行了優化,使過程更為穩定和高效,同時也考慮了減少廢棄物的製造量,以達到節約成本、保護環境的目的。 研究發現,為了得到品質更佳的成品線材,需要在生產過程中控制PET條寬度均勻性、拉線速度、加熱頭溫度、加熱塊支架變形和加熱塊溫度浮動等因素,以確保成品線材的品質。此外,本研究也嘗試將所有模組整合在一個平台之上,探討製作出一台具有全功能機器的可行性。 最終,本研究成功實現將使用過的寶特瓶變成PET線捲的目標。未來,我們將繼續優化該機器的設計,增加自動化程度,並探索更加環保的製作方法,以達到更加可持續的生產方式。