全國中小學科展

第64屆--民國113年

微型鋅銅電池

課本中的鋅銅電池,藥品用量大,鹽橋製作也較費時,製作完成後,又會面臨電流過小以及不穩定的問題,這種傳統鋅銅電池約能產生2mA左右的電流,並無法使毫安培計有明顯偏轉,但又會超過微安培計測量範圍。歷屆科展的改良方式,是提高藥品濃度,或將鹽橋以玻璃紙代替,又或是將硫酸銅硫酸鋅做成凝膠,這樣製作較費時且較不利於回收再利用。我們嘗試在歷屆科展資料中找尋影響電流的關鍵因素,再設計微型鋅銅電池原型。最後,我們製作出用量僅傳統鋅銅電池藥品用量 1/10,但電流提升數倍的微型鋅銅電池,能讓毫安培計偏轉更明顯、藥品能回收反覆利用多次電流不衰減、能驅動LED,能在低用量低濃度即能使微安培計良好運作,又便於探討各種變因影響的電池。

變葉木,變變變!變葉木(Codiaeum variegatum)對光照的適應性

觀察校園中不同地點的變葉木,發現不同植株間葉片顏色及面積差異似乎與環境光照強度有關。本研究由植物形態學、解剖學與生理學著手,利用圖檔掃描、光譜掃描、徒手切片法與希爾反應探討位處不同光照強度下變葉木葉面積、色彩、結構與光反應效能之差異。另模擬花青素位於葉片不同位置對光反應之影響,並討論變葉木對光照的順應策略。實驗證實強光下變葉木葉片與柵狀葉肉厚度較厚;弱光下葉片面積與光反應效能提升且葉片紅色占比提升;花青素位於上表皮時對光線吸收有減弱效果,於下表皮時則為促進作用。強光下變葉木展現減少光線吸收量之保護機制;弱光下則有相反趨勢。未來可朝光合色素含量測定與變葉木對其它環境變因的順應性延伸探討。

「生紅過夏」—馬祖老酒

民國104年,老師曾做過老酒的科展研究,但釀製過程中老酒發黴,導致實驗失敗,所以我們決定用五年級習得的自然研究方法,再次挑戰製作馬祖老酒。 我們先去馬祖酒廠和林義和工坊進行訪談,發現釀製老酒最佳配方為圓糯米、水、紅麴和白麴,比例為10:10:1:0.06。釀酒方法為:浸米、蒸煮、攤飯、落潭、拌合、澄清、壓榨和煎酒八個步驟。我們進行兩組實驗,第一組研究米種系列的不同,第二組研究製酒液體的不同,並分別探討其「酒精度」、「酸度」、「糖份」和「風味」之差異。 為期32天的觀察後,發現製作老酒之米種還是以糯米系列最適合。製作老酒時還是以過濾後的生水為佳,但製酒液體可加入少量老酒避免發黴及提升風味。

雷射光通過透明溶液產生繞射的研究

雷射光的強度從中央軸往邊緣遞減,當雷射光束照射到透明且會吸熱的溶液時,溶液吸收的熱能使溶液形成溫度梯度,伴隨著產生折射率梯度。同時抵達溶液界面的光線通過溶液後在出口處有相位差,光線互相干涉,在屏幕上出現繞射圖樣。 本實驗採用水、乙醇和葵花油當溶劑;過錳酸鉀、甜菜根紅素、螢光素、和酪梨油等高衰減係數物質當溶質,用起偏器改變雷射光的功率;探討雷射光通過溶液產生繞射圖樣的暗紋數目以及最大半徑的差異。雷射光的功率、溶液的吸光率、熱光係數、折射率變化,溫度變化、和熱導率為主要的探究變因。 利用簡易的器材,不但可以研究雷射光通過透明溶液產生繞射的現象,還可以應用到藥品純度的檢測,以及食用油摻雜量的檢驗。

使用青梅果核廢料環保合成碳量子點探討對抗老年人牙周菌機制

本研究以生質廢料青梅果核為前驅物,經由環保合成與新型修飾方法製備碳量子點,並探討其抗菌潛力。考慮到安全性,本研究選擇食用酸為修飾材料,發現當青梅果核和蘋果酸1:1混合煅燒時,最能有效提升碳量子點產率、螢光強度與抗菌能力。但蘋果酸無法單獨經本實驗方法合成碳量子點,推測青梅果核為主要碳源,蘋果酸則提供表面官能基修飾。在抗菌實驗中,碳量子點對牙周病菌(牙齦卟啉單胞菌、具核酸桿菌)及常見病菌(大腸桿菌、綠膿桿菌)皆有良好抑制效果。經由電子顯微鏡及電子順磁共振儀驗證,本研究合成的碳量子點大小介於1~10奈米且能夠產生自由基,具備低風險抗菌潛力。

「植」作未來肉之黏性與彈性研究

本研究以純天然食材製作口感好且容易吞嚥咀嚼的植物肉為目標,選擇纖維量不同的食材製作植物肉,分別是芋頭、香菇、乾銀耳;在來米粉、糙米、蓬萊米、糯米、馬鈴薯作為黏著劑,比較自製與市售植物肉之彈回能力、復原能力和變形程度。 依本研究設計的【黏性測試實驗】、【彈性測試實驗】。發現攪拌40秒後的蓬萊米、攪拌20秒後的糙米和攪拌60秒後的馬鈴薯最適合作為植物肉的黏著劑。在9種植物肉的組合中,以糙米攪拌20秒+香菇的彈性最佳。彈性回復力測試中,蓬萊米攪拌40秒+乾銀耳、糙米攪拌20秒+乾銀耳或香菇的組合復原能力最佳。實驗數據不僅提供植物肉的硬度分類,也能為調整纖維和黏著劑的分量提供參考,做出更好的植物肉!

檢測奇招-從愛玉出發

本研究是以機械取代手工製作愛玉凍,以及開發自製食品質構儀的過程。起因於想製作衛生的愛玉凍改以機械製作並維持流程不沾手。為了比較愛玉品質研發自製檢驗食品質構儀。利用不同的攪拌刀具和機械方法製作愛玉,並與手工製作的愛玉品質進行比較。結果是調理機搭配鈦網刀頭,只需2分鐘,即可做成優良的愛玉。整體 流程快速衛生品質與手工愛玉不相上下自製質構儀經過改良,並與市售電子式質構儀比較驗證。在檢測同樣的愛玉時結果口感 數據接近、整體趨勢相符,具有相當的可信度。最後再以質構儀檢測其他性質的市售食品,同樣可以測得物理特性並分析出口感!證明它可以廣泛運用在其他食品上,完成新型手動質構儀開發。

革凡登聖-臺灣地區登革熱好發與太平洋聖嬰現象之天氣因子變動關聯探討

2023至2024年臺灣登革熱病例激增,國際研究指出太平洋區聖嬰現象指數(ONI與SOI)與登革熱病例數具正相關,推測聖嬰影響氣溫及雨量,增加登革熱病媒蚊傳播。故分析臺灣登革熱病例數與聖嬰指數相關性,顯示ONI值8月至2月關聯性高,兩病媒蚊均具傳播貢獻,且主要病源為南部。 登革熱病例數與聖嬰期間天氣因子關聯,則以8-10月ONI值1.7~1.9;8、9月均溫28~30℃; 10月雨量0~50mm為登革熱爆發最多的範圍。數據呈現ONI上升1.0南部1月氣溫可上升0.28℃,表明若聖嬰持續跨年,如2023-2024,可使冬季溫度激升,病媒蚊持續生長,造成病例數激增,故政府更需重視聖嬰年冬季登革熱防治。

一甲子風雲

全球暖化正威脅著人類生存的環境,西北太平洋海域的颱風60年來似乎也發生一些變化,我們分析1961-2020年有關颱風的各種資料,發現各種結果與專家的預測不盡相同;全球暖化、大氣海洋升溫造成太平洋副熱帶高壓勢力擴張,使得颱風生成數量減少、颱風生成位置偏移並影響颱風路徑與登陸地點;而且強颱數量減少、颱風生命週期變短也使颱風破壞潛力變弱;大氣暖化升溫對颱風的負面影響超越海洋升溫對颱風的正回饋。但近年來超級強烈颱風的機率卻增加,當超強颱風過後海水會降溫、不利颱風再生成使颱風數量再減少。

雙「風」對決,勢「伴」功倍—探討季風對颱風風場之影響與模擬

為探討季風對颱風風場之影響,本研究選取自2013至2023年間279個颱風,分析與季風互動後的七級風範圍及氣流輻合情形,並設計實驗模擬。我們發現,約84%的颱風受季風影響,常使風場不對稱,本研究以螺旋形取代傳統的正圓描述颱風風場,發現東北季風共伴時,風場北大南小、西大東小,為6字等角螺線形,輻合帶類似鋒面結構且多在北側;西南季風共伴時,風場南大北小、東大西小,為9字等角螺線形,輻合帶多在西南側;雙側季風共伴則都有影響;而無共伴時,風場呈橢圓形且無明顯輻合帶。本研究以水流場實驗模擬單、雙側季風共伴輻合帶,並分析實際颱風案例之氣流進入角,以氣流場裝置模擬颱風受季風影響的風速與風向場不對稱性,其結果與實際情形吻合。