全國中小學科展

第64屆--民國113年

百密一「疏」〜校園智慧疏散系統之建構

此研究建構一套校園智慧疏散系統—GuideRoad Live,以協助學校規劃逃生路線,並在緊急狀況下迅速提供疏散建議。該系統具備精準定位、壅塞回饋、避難追蹤、聰明疏散等四大功能。在精準定位方面,系統進行地圖建模,結合校園WiFi數據庫,分析教室GPS資料,實現個人定位。在壅塞回饋方面,系統透過監視器分析樓梯壅塞情況,即時回傳數據、更新路線,並設計蜂鳴器警報,降低學生恐慌與推擠風險。在避難追蹤方面,系統匯入地震級數,提供即時警示預估逃生時間,提供逃或躲的疏散意見,並對外援助與給予使用者關懷。最後,系統根據節點、邊、人流速度、壅塞回饋的即時數據等因素進行權重計算,達到聰明疏散的目標。

四方輻輳-探討正方形加權費馬點之位置變化

本研究主要在探討費馬點在正方形四頂點具有加權的狀況時,尋找隨著加權情況變化而移動的費馬點位置。我們從原費馬點研究三角形一般加權情況開始發想,將費馬點研究推廣至由正方形加權情況下的特殊化結果,利用加權的對稱性,來解得不同加權情況下的費馬點位置,也利用偏微分和物理觀點證明了一般正加權情況下的唯一性。最後,我們將研究推廣至負加權的情況,並找出特定加權條件下,存在費馬點的條件。

液滴曲面折光的繞射圖紋探討

利用線香探究光在立體空間的分布,發現圖紋與光線的條數具有相關性的,在不同的角度下產生的圖紋精彩炫麗、美妙驚奇令人驚艷。為了找出圖紋、光線和水滴及介質之間的某些相關觸點,設計了相關性的設計實驗並參考惠更斯原理與繞射原理,比較不同水滴形狀、垂吊方式及改變雷射筆照射位置來觀察圖紋差異,觀察不同角度的光經過同一介質的連續曲面產生的圖紋差異,對產生的圖紋加以解釋。透過這一系列的實驗,發現光經過介質時會因遠近差異、角度、水滴形狀出現折射及反射的美妙圖紋,時而交疊或發散,形成了各式複雜曼妙精彩的圖紋。這些都是本實驗值得探討的研究。

探討PVC對蚤狀溞生理、生殖及DVM的影響

微塑膠在自然環境中普遍存在,甚至被生物攝取後進入食物鏈間傳遞。由於水蚤族群敏感性高,常作為監測水域環境變化的重要指標。我們以不同PVC濃度(0.01mg/L及0.1mg/L)為變因,探討微塑膠對於水蚤的生理、生殖及晝夜垂直遷徒 (DVM)行為影響。結果發現0.01mg/L、0.1mg/L PVC濃度環境,皆不會影響蚤狀溞的存活率,但是會提高蚤狀溞的心率及降低趨光行為。而0.1 mg/L PVC濃度環境會使蚤狀溞提前進入生殖階段,子代數量明顯高於對照組,出生在0.01mg/L、0.1mg/L PVC濃度環境的初生蚤體長有離散程度大的趨勢。蚤狀溞DVM屬於日間在深層、夜間在表層的Nocturnal migration模式,但在0.01mg/L PVC濃度環境,夜晚有較高比例停留在深層,此一行為改變,也會反應在食物鏈後端掠食者上,最終甚至可能影響魚獲。

源源不絕的「蔘」命力―探討添加各式中藥材的酵母菌、牙斑菌及草履蟲是否能抵抗紫外線

在中藥學中,認為人蔘對於人體健康有一定的效用,例:牛蒡可通十二經脈,洗五臟惡氣及久服輕身、耐老,增強體力、恢復精神。(楊琇涵,2010)我們對於人蔘療效所描述的益氣、補氣等敘述感到疑惑,食用中藥湯劑對於身體有甚麼確切的幫助?因此本實驗決定以酵母菌、牙斑菌、草履蟲作為實驗生物,探討紅參(Ginseng Radixet Rhizoma Rubra)、吉林參(Panax ginseng C.A.Mey)、東洋參(Talinum paniculatum)、牛蒡(Arctium lappa)、黨參(Codonopsis pilosula)等中藥材是否具有協助生物修復或降低傷害的功效。實驗結果發現,添加中藥似乎無法協助酵母菌抵抗紫外線所造成的傷害。以東洋蔘培養的牙斑菌對於對抗UVC照射所造成的傷害有較佳的效果。草履蟲經UVA照光處理之生長狀況無太大差異,而紅蔘萃取液可能能夠降低草履蟲在UVC照射下受到的傷害。

透過超音波敏感性聚合物微胞達成藥物投遞減少根管治療癒後復發的應用

本研究利用自行合成之聚合前驅物PEG-Br與THPMA(tetrahydropyranyl methacrylate)經由原子轉移自由基聚合(ATRP)合成兩親性的嵌段共聚物PEG-b-PTHPMA。將此二嵌段共聚物分別與藥物SC5005混合,在水溶液中透過自組裝形成包覆藥物的聚合物微胞。將微胞暴露於高能聚焦式超聲波(HIFU),使其分解後釋出藥物。 我們利用1H-NMR、凝膠滲透色譜法(GPC)檢測,確認合成出的PEG-b-PTHPMA之結構與圖譜相符,測得平均分子量約為37710、聚合物分散性指數(PDI)為1.3。以動態光散射光譜(DLS)、掃描式電子顯微鏡(SEM)檢驗聚合物微胞的合成結果,觀測到微胞具球形外觀和80.80 nm的平均粒徑。進一步利用超音波震盪實驗前後的1H-NMR差異,觀察到震盪後相較原先譜線多出了嵌段共聚物水解的訊號,據此變化得知聚合物微胞結構在超音波震盪下遭破壞並成功釋出藥物。

內切圓半徑與分割點的幾何探索

本作品靈感來自於其中一題日本算額問題(Sangaku problem)。該題是將一正△ABC的三邊上依固定比例各作其內分點,並由三頂點與各邊內分點連線段,此三線段會將△ABC被分割成四個三角形(如圖二)。本研究改變其分割方式,研究題目為:在△ABC中,L、M、N分別為 ̅BC、 ̅AB、 ̅AC上一點,若△AMN、△BML、△CLN之內切圓半徑相等,則△ABC內切圓半徑等於△LMN內切圓半徑加三等圓半徑。此外,本研究找到△ABC各邊上三點L、M、N的相對位置,並透過二次體擴張的概念說明L、M、N三點的相對位置是能夠利用尺規作圖實現的。最後也計算當△LMN存在時,三等圓半徑(r)的上界。從上述的分割三角形的方式擴展至正n邊形時,也將原先在ABC中的分割手法延伸至正n邊形和正四面體進行研究。

晃地自「陷」‒地層下陷與土壤液化的變因探討

日前,竹北發生天坑事件,讓我們想探討影響地層下陷和土壤液化的變因。於是我們設計了水量、地質、地層分布、震度、地樁長度和不同建物等變因的實驗。研究發現,地質種類是影響地層下陷與土壤液化的最關鍵因素。粗砂層最容易地層下陷與土壤液化上層是細砂的地層也較易液化。水位與震度越高影響越大,但二者也會交互影響,低水位要震度6級以上才會發生下陷;粗砂層則在中水位、震度4級以上就會下陷與液化。礫石層則只在7級以上才會下陷但不會液化。地樁較長者,房屋傾斜角度較小。竹北地質層易受強震而產生地層下陷、掏空及土壤液化,且軟腳蝦大樓在此地層中遇7級震度時,一震就倒故地樁長度與避免形成軟弱層結構是建築安全最重要的考量。

外來入侵種植萃物對果蠅忌避效果之探討

萃取四種常見且具有驅蟲效果的外來入侵種植物:馬纓丹、紫花藿香薊、大花咸豐草以及小花蔓澤蘭,配合果蠅喜愛的果物—香蕉,模擬家中果蠅受果香吸引的環境,初步了解這四種常見的外來入侵種驅趕果蠅的能力。接著利用氣相層析質譜儀的分析中,我們發現紫花藿香薊與小花蔓澤蘭具有氣味分子─2-Hexenal;再利用ATR-FTIR分析出馬纓丹與大花咸豐草具烷類與醛類的訊號;最後利用果蠅迷宮實驗發現果蠅會避免前往放置紫花藿香薊與小花蔓澤蘭的區域,用以說明紫花藿香薊與小花蔓澤蘭對果蠅具有一定的忌避效果。期待找到外來入侵種利於人類生活的用途,達到外來入侵種的危害防制,更期待可以開發出外來入侵種植物的經濟價值。

免死金牌變因下的汰留問題進階探討

偶然接觸Knuth 具體數學[1]、九死一生[2]與我要活下去[3]後,發現汰留問題實為約瑟夫問題的變形。而科學教育月刊的「免死金牌變因下之約瑟夫問題初探」[5]中引進「免死金牌」設定,提升約瑟夫問題的複雜度與趣味性,勾起我們的好奇心,其中的約瑟夫問題實為汰留問題,且利用遞迴關係遞迴至免死金牌持有者的編號為1號和2號。其中編號1號的規律佳,但編號2號的規律複雜。我們換個方向思考,當免死金牌持有者的編號為奇數時,依淘汰順序來討論;編號為偶數時,利用遞迴關係遞迴至奇數,找出最後存活者編號的方法與通式。進一步在汰留問題及免死金牌汰留問題,找出倒數第k位存活者的編號規則,並將問題推至兩面免死金牌也得到很好的結果。