全國中小學科展

第64屆--民國113年

「優」然而「生」--探討隨手可得的優酪乳與碳的發電情形

本研究以鋅和備長炭當電極並以優酪乳當電解液作為研究對象探討其發電原理。從發酵實驗中得知優酪乳的發電情形與pH值無關而是受到微生物的生長量影響,在破壞微生物的電子傳遞鏈後電壓電流下降,且能透過餵與乳酸菌牛奶後能提升其電壓電流,由簡易方式能證明優酪乳內有放電菌參與發電反應,且其產生的電流是柏克萊團隊研究的兩倍。在增加氧氣的實驗中得知氧氣能緩和電壓電流的下降趨勢,且我們證明優酪乳在放電16小時後含有0.5mg/l(ppm)鋅離子,代表鋅會放出電子。本研究成功證明優酪乳發電同時保有空氣電池及微生物電池的特性。

福木葉萃取液相剋作用現象與影響抗氧化酵素活性之探討

本研究探討菲島福木(Garcinia subelliptica Merr.)相剋作用之可能機轉。研究發現福木葉萃取液(以下稱萃取液)抑制大花咸豐草(Bidens pilosa L.)種子萌發、苜蓿(Medicago sativa L.)種子萌發與幼苗高度、根的生長、總葉綠素含量。短期接觸測試總抗氧化酵素(total anti-oxidant enzyme, TAE)活性實驗中,接觸10分鐘抑制大花咸豐草TAE活性,接觸30分鐘則促進苜蓿TAE活性。進一步發現,連續澆灌萃取液2-4天會抑制大花咸豐草TAE活性,澆灌6、12天,促進TAE與過氧化酶活性。澆灌苜蓿6天後抑制其過氧化酶、但促進TAE 活性,澆灌12天則促進此些酵素之活性。綜上所述,福木葉萃取液對實驗植物種子萌發、幼苗生長具相剋作用,長期澆灌12天後抗氧化酵素活性均上升,顯示實驗植物均啟動逆境防禦系統以因應福木葉萃取液造成的氧化逆境。

運用主成分分析探尋宇宙中的互繞雙類星體

探尋互繞雙類星體是天文研究中重要的課題,互繞雙類星體是星系合併的產物,也是產生重力波的來源之一,研究其性質能使我們了解星系合併的機制,而光譜是最直接研究的面向。雖然目前已經有大量數據,但相關的研究並不多,雙類星體的性質研究也尚不成熟。在本研究中,我們發展出能從類星體光譜數據中尋找雙類星體的方法,並進一步探究其性質。本研究運用機器學習中的主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)擷取雙類星體的特徵光譜,結合PCA係數分析、最鄰近搜索和支援向量機(support vector machine),精準的篩選雙類星體。我們將此方法運用在Sloan Digital Sky Surveys所提供的類星體光譜資料庫,找出並匯集約500個新發現的候選雙類星體,並使用此數據進一步探索目前未被發現的雙類星體物理性質。

植酸的氧化還原之探討

本研究以植酸為研究標的,探討植酸的氧化還原反應.實驗利用過錳酸鉀作為氧化劑加入硫酸和植酸,使過錳酸鉀由暗紫色轉為無色。無色過錳酸鉀顯示植酸能在硫酸作用下發生氧化還原反應。這次實驗可分成三個部分,第一部份檢測植酸和過錳酸鉀發生氧化還原的反應條件;第二部分利用分光光度計測量反應中過錳酸鉀的吸光度,以其數值判斷反應時間,再以分光光度計測量固定時間內過錳酸鉀的變化量(透明度),藉此進一步探討植酸與過錳酸鉀和硫酸在不同情況下的反應情形;第三部分深入探討過錳酸鉀與植酸反應的中間產物與可能生成物為何。

輕功水上漂之驚濤駭浪

水黽在水面上自在地的滑行,就想探索動態水面的表面張力。先設計用懸掛式的方式來測量表面張力,發現寬度愈大,可承載的重量越大,若加計沉陷的壓力差,則表面張力趨於一致。再測量兩根線接近時的承載力,發現距離小於 5mm,承載的重量隨距離的減少而減少,超過後則沒影響。當波前與壓克力板的方向平行時,在波谷時的向上加速度最大,此時水的表面張力不足以拉上壓克力,就會沉沒。波前與長邊垂直,當波浪來時,表面張力將前方向上抬升,後方要往下降,卻受到的表面張力的阻止,所以容易沉沒。推動鋁線快速前進時,鋁線前後方向上分力減少而沉沒。所以鋁線與前進方向垂直的比例愈多,最大前進速率愈小。依此做出表面張力移動底盤。

「颱」客強強滾

本研究採用聯合颱風警報中心(JTWC) 2011-2020年衛星觀測資料,探究西北太平洋颱風快速增強(Rapid Intensification, RI)現象。研究發現並非所有颱風都會經歷RI現象,秋季(9月-11月)颱風伴隨RI現象發展的比例較其他季節高。颱風最活躍的6至11月,強颱的生成與發生RI的現象具高度正相關。聖嬰現象發生期間,有更多強烈颱風的生成,發生RI現象的強烈颱風也相對較多。RI現象最主要出現於颱風的發展期,其次才是極盛期。最後,以天秤颱風、卡努颱風進行個案分析,發現RI期間出現颱風眼隨強度增強而愈來愈清晰並趨於正圓、螺旋雲雲帶與颱風中心對流雲系發展迅速、颱風結構也愈接近對稱等現象。

眼見不為憑~ 探討中央漸層色彩對相鄰色塊視覺及拍照之影響

本研究在康士維錯覺的基礎上,進一步探討中央漸層色彩對其 相鄰色塊影響之行為,並與相機拍照加以比對。首先本組設計不同中央漸層變化圖片,讓20位受試者進行顏色辨識測試,結果發現中央漸層的色彩不僅會對兩側色塊的明暗產生影響,連本身的色彩也會看起來不一樣。再以相機拍攝設計好的圖片,將其存成RAW檔的格式,再以image J程式分析其顏色變化情形,經分析後發現:1、靠近中央亮區一側的色塊確實會變比較亮;2、相鄰兩色塊連接處都會互相包含彼此些許的色彩;3、兩側色塊的顏色會因中央漸層色彩的形式而有所影響,此外、比較兩者結果,具有一致性的發現意謂著康士維錯覺不僅僅只是大腦解讀造成的,還掰和光學及影像處理等問題。

以小鼠模式剖析膳食鹽類與T淋巴細胞在發炎性腸道疾病之功能性連結

臺灣發炎性腸道疾病 (IBD) 之年增率高居全球第二,且臺灣人鉀攝取量已被報導為全球最低。本研究主旨為探討膳食鹽類與T淋巴細胞在IBD中所扮演之角色並發展藥物用於臨床治療。我們首先以IBD常用動物模式DSS誘發小鼠腸炎建立疾病動物模式並檢測其血中五大電解質,包含鈉、鉀、氯、鈣、鎂之濃度,發現在腸炎早期跟晚期,其血清中鉀濃度均會顯著增加。接著以低鉀飼料進一步證實在腸炎中鉀濃度上升為一種保護機制且低鉀飲食會惡化腸炎發展。同時也利用後天免疫相關基因剔除小鼠證實低鉀飲食會促進CD4+ T淋巴細胞中發炎激素IL-17表現量增加,而保鉀型利尿劑Spironolactone則能有效抑制IL-17發炎激素表現量進而抑制腸炎發展,證實其治療腸炎可行性以及未來臨床上可運用在IBD之治療。

青春痘檢測系統

本研究旨在使用深度學習技術製作青春痘的檢測系統,系統中包含了青春痘檢測、油性偵測、專家回覆系統與趨勢分析等四大子系統。在系統開發後,接著做使用者實用性分析,本團隊與皮膚科醫師合作,藉以評估青春痘檢測系統的模型準確率。在第一次評估混淆矩陣中得到57%的準確率,而後又再重新取樣,得到75%的準確率。在油性偵測部分,使用吸油面紙後得知其吸油面積的油性佔比。專家回覆系統是以Mistral 7B語言模型製作而成,幫助使用者了解青春痘的相關資訊;最後依醫生建議的皮膚修復週期為期三個月,過程中進行4次的評估。本系統會向使用者呈現最近4次的趨勢圖讓使用者與醫師均能了解皮膚的修復狀況,因此本系統為一套完整且操作簡便的自我檢測系統。

達克比揪出壞『蛋』-讓人類『饗』有蛋蛋的幸福

為探究雞蛋新鮮度與貯藏天數的相關性,來確定新鮮度指標顯著變化的時間點,藉以建立新鮮度與貯藏時間的可靠度模型。實驗採用洗選與否的雞蛋,分別於常溫(20±5°C)及冷藏(4~7°C)環境進行貯藏試驗。進而模擬長期冷鏈貯藏運輸對蛋品質的影響,並分析蛋品質,包括:重量、比重、氣室面積、蛋黃直徑與高度、蛋白高度、pH 值。歸納出豪氏單位(Haugh unit, HU)以及蛋黃指數(Yolk index, YI),並計算各測定項目間之相關性。結果顯示,為期4週的冷鏈運輸,不論雞蛋水洗與否,蛋品質皆能達到美國農業部(USDA)訂定標準AA級。雞蛋抵台後且全程經低溫貯藏9週之後,品質仍能達到A級。本研究建立的雞蛋新鮮度與貯藏環境、時間的相關性模型將作為評估雞蛋新鮮度。