全國中小學科展

第65屆--民國114年

有趣的同心三角形

本研究從著名的歐拉三角形公式出發,我們將圓內接同內心三角形,推廣至圓內接同重心三角形和圓內接同垂心三角形。有關同重心與同垂心三角形的存在性與作圖範圍,我們巧妙利用原三角形的九點圓來進行刻劃!再將研究項目放在同心三角形的邊的包絡線,我們先給出其焦點,再用純幾何方式來證明銳角三角形時,其包絡線為橢圓;鈍角三角形時,包絡線為雙曲線;直角三角形時,則是退化為垂心與外心。值得一提的是,本研究進一步整合同內心、同垂心、同重心三角形,發現面積成等比之關聯性。最後考慮將圓內接改成圓外切的同心三角形,這個難度提升很多,我們成功利用奈格爾線來處理這個研究項目,它顯著不同於圓內接同重心三角形。

AI’S A IS FOR APPLE 基於人工智慧影像辨識之水果品質辨識及分類

本研究開發了一種基於影像辨識的水果品質分類系統,採用最適合同時處理局部及全局資訊的 Swin-Transformer 模型,透過分析水果外觀來判斷其品質,並多次實驗以調整參數、訓練多個模型以辨識不同水果種類與品質。 使用者上傳水果影像後,系統即能識別水果種類和品質,並提供新鮮度建議與食用方式。此系統相較於傳統的檢測方法,具備非破壞式檢測優勢,且降低成本,適用於農業生產與消費市場。 模型測試結果顯示,水果類型分類器準確率為99.0%,蘋果品質分類器為85.04%,橘子品質分類器為97.67%,顯示該系統在分類與品質評估上具有較高的準確性,對水果檢測及提升食品管理有重要意義。

豬血灰生物膠黏劑在廟宇壁畫修復中的性能探討

本研究探討傳統廟宇彩繪用之「豬血灰」膠黏劑之性能,透過調製不同配比的豬血、石灰/蚵灰、熟桐油,分析其力學、黏度、透水性與老化色差等性能。創新之處為加入豆腐、蚵灰、立德粉與石膏粉製成可保存之粉狀豬血灰,並應用於實地廟宇壁畫修復。結果顯示,豬血與石灰體積比1:1、豬血灰與熟桐油比3:1最具黏著力與抗龜裂性,且環保配方具實用性與儲存性,可作為文化修復之綠色材料。

會再次相遇嗎?

一群運動員在一條直線跑道上,以互不相同的均速做折返跑。當這群運動員於某一時刻全部相遇於某一點後,這樣的情形會不會再度發生?我們找出這群運動員第一次相遇和再次相遇的的條件及相遇點,並延伸探討圓形跑道相遇的情形,最後討論給定k名運動員的速率比,判斷其是否會相遇。

單手操作無障礙—鍵盤與滑鼠的整合設計研究

本研究旨在解決肢體障礙或單手使用者在操作電腦時所面臨的不便,設計一款融合鍵盤與滑鼠功能的單手操作裝置。透過自製PCB電路板、客製化鍵帽與鍵軸配置、3D列印人體工學外殼,以及整合滑鼠感測器與QMK韌體技術,實現單手即可同時完成鍵入與游標控制的操作方式。我們的實驗結果顯示,單手使用時相較於傳統鍵鼠組合,本裝置能大幅減少手腕移動的距離與次數,有效提升使用效率並降低疲勞感。產品設計不僅針對身障者,也適用於特定單手使用情境,具備良好的通用性與實用價值。未來將持續優化硬體與軟體,期望推廣至更廣泛的使用族群,實踐科技輔具的社會意義。

掌中糊~探討水調麵糊流變性及對抹皮潤餅製作的影響

本研究利用高筋和中筋麵粉調配水粉比為0.8~1.1的水調麵糊,透過單位面積麵糊黏手的重量、流速、斷裂時的臨界質量及斷裂點的回縮實驗,探討水調麵糊的流變性及對抹皮潤餅製作的影響,並嘗試以海藻酸鈉來改變麵糊流變性,調出適合新手製作的抹皮麵糊。實驗結果以中筋麵粉水比1的麵糊黏手性、流速適當,麵筋強度不會造成麵糊回縮,加熱凝膠化的餅皮厚薄、彈力及耐水程度與市售餅皮接近。水粉比1.1的中筋水調麵糊加入0.2%的海藻酸鈉,做出的潤餅皮彈性最好,捲料時比較不容易破裂。水粉比1.1的高筋水調麵糊加入0.2%的海藻酸鈉,做出的潤餅皮耐水性最好,包捲高水分的食材較不容易浸溼露餡。

銅銀奈米粒子形態控制與抑菌性研究

本研究探討銅銀奈米粒子的形態控制與抑菌性能。硼氫化鈉、寒天 Agar 及植物萃取液法,合成銅銀奈米粒子,TEM 分析粒徑大小和分散性,使用高效液相層析法(HPLC)檢測萃取液中的反應物質。結果顯示,銅奈米粒子在植物萃取液中穩定性較高,粒徑更小,具明顯廷得耳效應。銀奈米粒子因反應物濃度過高和穩定劑不足,容易聚集粒徑較大。奈米銅對大腸桿菌(E. coli)有顯著抑菌效果,而奈米銀抗菌性受粒徑影響較大。通過尖端放電,電擊處理過的奈米銀粒子,粒子數增加粒徑也明顯降低,使銀奈米粒子抑菌能力進一步提升。本研究為銅銀奈米粒子在抗菌應用領域提供了基礎,採用綠色化學製程所合成的奈米粒子,未來可透過合成條件的優化來進一步提升其性能。

新住民的美麗與哀愁~探究泰國小紅翅竹節蟲的生存適應妙方

本研究在一年多的人為圈養環境中,以番石榴葉飼養下來觀察、記錄、統計分析後發現:泰國小紅翅竹節蟲在溫度20〜33℃溼度50〜80%照度0〜250Lux之間均能正常成長,卵期約六個月,成長週期283天分七或八個齡別:一齡成長天數約15天,二〜五齡17天,六齡19天,七齡21天,八齡成蟲157天;一生多停駐植株上段就近取食共約4528.96cm²,八齡食量最大,約產下250顆卵但只有少數能發育為成蟲且都是雌蟲,在受干擾時會展開鮮紅小後翅來嚇阻對方。 對於校園植物-芒果等九種均會取食;在日夜顛倒照度置換下,動靜態行為均受光線影響;喜歡攀高取食,同時場域變大即不會發生搶食。 未來可防範未然,規劃外來種昆蟲在大量入侵時的因應,或許可以尋求一種和平共處的生態模式。

好色之徒—塗色方法研究

本研究以排列組合的矩形表格塗色問題為出發點:「k種顏色,m × n的矩形棋盤方格,將上的每一格塗一個顏色,要求任意相鄰兩格顏色不能相同,共有幾種塗色方法?」首先,從1 × n、2 × n表格開始研究,接著往上延伸至3 × n。面臨複雜度的增加時,我們提出新的分類方式,考量各種情況,推導出遞迴關係式後,再以矩陣對角化的方式推導出3 × n塗色公式的一般式。在研究4 × n表格的塗色公式時,我們提出以「行」為單位的分類法來推導其塗色方法數公式,再以矩陣的形式呈現。後續透過觀察原有矩形表格分類,延伸探討頭尾相接的環形表格,推導出1 × n 和2 × n的環形表格塗色方法數公式。

「岩」下之意~古生物化石訴說的家鄉往昔

為深入了解家鄉的地質歷史與古生物遺跡,本研究聚焦於新北市外挖子山(位於安坑與南勢角交界處)之大寮層沉積岩。參考南勢角地質圖幅,確認該區屬中新世(約2,000萬年前)地層,並自露頭處收集岩石樣本進行實地觀察與手工磨製岩石薄片、自製洗選設備洗選岩石進行分析。研究結果發現包括有孔蟲與角管蟲(Ditrupa)在內的多種典型海洋實體化石及生痕化石。此一發現證實該區在地質過去為海洋環境,甚至可能為高生產力的淺海海域。透過化石組成與分佈之觀察,可進一步探討該地層之年代特徵與沉積環境,對了解本地區的古環境變遷具有重要參考價值。