全國中小學科展

第63屆--民國112年

「炭」「桃」問題---自製鐵磁生物炭並活化過硫酸鹽(PMS)降解水中四環黴素之研究

大葉桃花心木為校園常見樹種,本身具有毒性,鮮少被回收再利用;四環黴素為汙水常見之新興汙染物,對人類健康與生態穩定造成威脅。生物炭是將木材或枯死的植物,在高溫下以無氧方式加熱裂解,作為土壤改良物質或吸附劑,為低成本、多孔且富含碳元素材料;過硫酸鹽(peroxymonosulfate,PMS)具有超強氧化性,產物毒性較低,廣泛應用於去除水中有機污染物。 本研究以各種溫度(300~900°C)將果殼燒製成生物炭,用於吸附四環黴素溶液,探討活化不同濃度PMS降解效果,得出最佳條件為300°C生物炭添加於0.01mM之PMS。並將表面改質為鐵磁流體,催化PMS具有回收再利用的永續概念,實際投放人工淡水和魚類養殖水體中,提供快速簡易的淨化水質方法。

「腸」驅直入-大腸桿菌在Y型通道內的行為表現

本研究以數值模擬討論大腸桿菌在自行設計之有濃度梯度的Y形通道內的運動情形。在自然界中,大腸桿菌會判斷周圍營養物質的多寡並隨機旋轉,最終大致朝向營養物質濃度較高的地方移動。本實驗設想大腸桿菌在現實中可能會有的運動情形設計演算法,用程式進行模擬,分析大腸桿菌在此環境內的各種表現,並首次建立對比的實驗以驗證理論計算。 本模擬透過改變自行設計之Y形通道中的通道寬度、濃度梯度及通道傾斜角等變數,進行程式模擬後,觀察這些變數對大腸桿菌運動的影響,將數據點擬合成函數,輔以直觀分析後,分析方程式中各個特徵常數及函數本身具有的物理意義,以及在我們意料之外的特殊發現。最後進行實驗嘗試歸納出對於本研究模擬條件的理解。

智慧勘察車

現本專題是建構無人載具車進行探勘平台的開發,其主要以Arduino Mego 2560作為本地主控台,輔以OLED顯示螢幕展現各類偵測資訊如溫濕度等,並以藍芽模組將相關資訊傳送至遠端平台顯示,除了探測相關資訊外,還將無人載具周圍的環境影像透過ESP32CAM無線wifi攝像頭模組傳送至遠端平台,以提供遠端平台對於周遭環境的掌握及判斷執行相關的控制,因此探勘平台將可提供許多不適合人類到達的場景進行許多探勘及相關救援等行動。

茉拭傳說-探討茉草對桌球上環境菌的抑菌效果

本實驗以桌球表面10個環境菌為實驗對象,用16種植物上清液和三種植物純露檢視抑菌效果,初步結果發現茉草、迷迭香、蘆薈的上清液對桌球表面環境菌抑菌效果較佳,進一步萃取純露進行實驗後,發現茉草抑菌效果較好。將茉草以不同萃取方式(上清液、原液、純露)、不同處理方式(擦拭、噴灑)、不同比例(1:5、1:10、1:20)施作在桌球上,結果顯示以1:10茉草上清液擦拭對桌球表面的抑菌效果較佳;以1:20新鮮茉草純露擦拭對桌球表面的抑菌效果較佳。本實驗發現天然植物具有抑菌效果,茉草是生活中常見植物,栽種及取得容易,而且符合環保原則,建議未來可用更專業的萃取方式,提高其抑菌效果。

動態球與膜的交互震盪

本研究探究動態球與剛性、彈性、超彈性膜的交互作用,研究球與膜連續碰撞後「球的彈跳」與「膜震盪、產聲」兩面向。我們分析球的彈跳,發現僅由前五次的趨勢可估算彈跳次數,預測值與數據接近。 另發現「球在彈性面上有後次彈跳高於前次」的情形,且「產聲強度有後次超越前次」的現象。這兩種不定性現象,我們以能量交換大致解釋。 再建立膜震動動力理論,用貝索函數預測撞擊時膜產生的多組頻率,對比數據誤差小於5%。此外膜震動時若再次被敲擊,膜將激發出另一組頻率,且仍在理論預測之內,我們稱之膜頻率的「躍遷」。 透過研究「動態物(球)與彈性膜的交互震盪」的能量交換與「躍遷」現象,以期未來在薄膜震盪工程或聲學失真問題中有更多應用。

抓不住你?衝出重圍!~以tracker追蹤圓周運動甩離軌跡之探究

從新聞事件發想,用圓桌轉盤模擬物體圓周運動,並用tracker追蹤甩離的軌跡。 從實驗得知,轉盤轉速越快,物體離轉盤圓心越遠,需要的向心力愈大,當超越桌子最大靜摩擦能提供的向心力時,物體向外加速移動,隨著不足的動摩擦力,轉出螺旋軌跡。 利用座標xy圖顯示質點的甩離軌跡,實際相片作圖,測量影格相關數據,還原甩離真相。 長形物體受摩擦力作用,若轉彎時前後離圓心半徑不同,造成速差,會自轉甩出。 從甩離軌跡型態與加速現象,發現甩離的過程,向心力漸減、切線加速力量漸增。 綜合實測數據,我們沙盤推演出履帶甩離運動細部機制。二探現場發現路口特殊,速限前後急轉彎,十噸履帶向心拉力暴增,建議大車提早切外線,減速過彎,是唯一安全之路。

慧眼「識」人:戴口罩對人臉評價和情緒辨識的影響研究

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情爆發後,口罩成為人民生活中不可或缺的一部分。口罩防止病毒傳播,但也遮掩住大部分的人臉訊息,對人際互動交流造成影響。本研究探討了口罩對人臉評價和情緒辨識的影響。從研究數據發現:評價人臉時,人們會以完美標準補齊缺失的訊息,並傾向給予戴口罩照片的人臉更高評價;辨識情緒時,人們會由臉部開始尋找辨識線索,若臉部線索不足,便會繼續往其它區域追尋。而人臉訊息或聲音訊息僅需其中之一即可以讓人成功辨識情緒;若兩者兼得,辨識的正確率會更加提升;若兩者兼缺,辨識的正確率會顯著下降。本研究探索了口罩對人際互動交流的影響,並對後續相關議題的研究帶來啟發。

偏心馬達振動對物體運動速度之影響

本研究探討振動體運動。調控馬達轉速帶動離心錘旋轉。閃頻同步測量轉動頻率,並追蹤軟體分析運動軌跡,各頻率下平移速度。 離心錘逆時針旋轉高於24Hz開始運動,移動速率與旋轉頻率關係:理論值26~47Hz轉一圈向右移動,47~56Hz轉兩圈向左,56~65Hz轉三圈向右,並以起跳至著地空中時段,合力向右或左比例,分析運動方向。 力圖分析列出水平驅動力、正向力、摩擦力等時間函數建構理論模型。由Desmos 軟體計算水平移動速率,藉頻率調控正向力、摩擦力,計算得各頻率下振動體速度,進行理論與實驗比對後,幾乎完全吻合,驗證此理論模型正確性。 安裝加速規得垂直加速度與時間關係,類似鋸齒波與正弦組合,似乎可由振動體底座為具彈性珍珠板加以解釋。

雙珠連動轉珠還-探討雙珠系統的運動過程

本實驗目的在探討雙珠系統轉動情形,我們以高速攝影機,Tracker分析軟體探討彈力串珠繩長度、彈力串珠繩數目、彈力串珠繩轉動圈數、鐵珠質量、雙鐵珠不同質量、接觸面材質等不同變因下,其開闔週期、轉動圈數、最大半徑及轉動週期間的相關性,並進一步找出雙珠系統運動原理。 由實驗結果可發現,不論是從哪一項變因探討,雙珠系統過程皆符合彈力串珠繩與鐵珠間位能與動能轉換原理。因過程中摩擦力持續作用下,轉動過程中系統總能量也會隨時間而減少。

蜘蛛互聯網

我們在校園的花圃中發現蜘蛛的共織網,而且共織網上的蜘蛛通常是肩斑銀腹蛛,所以我們決定做一張模擬肩斑銀腹蛛的網,並另做仿生獵物,射向單個與多個仿肩斑銀腹蛛的平面網,最後進行比對。從實驗中,我們發現力道對仿生網的晃動幅度無太大的影響,仿生獵物的質量則會影響。在多個平面網的實驗當中,我們將仿生獵物射在第一個平面網,第二個連接著第一個網,但沒有直接接觸仿生獵物。而我們分析完數據後,發現第一個網的震動幅度大於第二個網。