全國中小學科展

第65屆--民國114年

「無印良品」—雷射影印機逸散之懸浮微粒時序特徵與改善方法

雷射影印機運作時,可能會釋放細懸浮微粒與臭氧,成為人體呼吸道健康的一大隱憂。本研究將探討雷射影印機的懸浮微粒與臭氧逸散特性,測量其排放的時序特徵,企圖減少影印機排放之汙染物。我們在一密閉壓克力箱中設置家用雷射影印機並在其影印過程中透過儀器量測其汙染物的數值變化,並在過程中排解干擾數值結果的環境變因(如:水氣)。亦透過數值模擬分析懸浮微粒的擴散情形,以提供改善建議。依據研究結果,本研究確立了懸浮微粒與臭氧在影印過程中的逸散,而加裝濾網後能使汙染的情形得到改善。電腦模擬結果則顯示,影印機的設置應距離呼吸道至少0.3公尺以上,則可有效降低人體吸入PM2.5之風險。

從水資源再利用到農業應用——植物源生物刺激素助攻抗鹽逆境

為因應氣候變遷造成的淡水資源短缺問題,本研究以可吸收廢水中營養與重金屬的小球藻,探討水資源再利用的可行性。實驗發現小球藻在6%畜牧廢水中為最佳生長濃度,且添加黃耆作為植物源生物刺激素,顯著提升小球藻葉綠素含量與耐鹽性。在海水環境下,小球藻經黃耆處理後,其細胞數與葉綠素含量分別為對照組的175%與173%。此外,利用培養過小球藻的廢水灌溉青江菜,種植第4天時,根長與莖長分別為對照組的129%與146%,且減少青江菜根部細胞受損。推測黃耆與小球藻皆可透過分泌次級代謝物,作為生物刺激素,促進植物生長與鹽逆境耐受力。期望本研究可解決農業汙染與淡水資源不足等問題,並拓展小球藻的利用價值。

不對稱上反角與滑翔機滯空時間之研究

本研究探討滑翔機左右機翼上反角(Dihedral Angle)不對稱設計對滯空時間的影響。傳統認為對稱設計較穩定,但比賽經驗發現,適度不對稱反而能提升飛行表現,引發驗證動機。 依據滾轉力矩(Rolling Moment)原理,規劃11 組上反角組合,結合理論與實驗進行分析,並以標準差檢視數據穩定性與可信度。結果顯示,當上反角差處於適度範圍時,可產生有利滾轉力矩,挑戰了對稱設計的傳統觀念,證實其對飛行穩定與滯空表現的貢獻。 研究成果可應用於無人機及無動力飛行器,提供優化滯空設計的新視角。同時也希望傳達:科學來自生活,只要善用身邊資源,便能設計出具探究價值的實驗,進而激發更多人對科學研究的興趣。

整數與否看源頭

滿足如下遞迴關係的數列,我們給出豐富且新穎的結果: 𝑎𝑛𝑎𝑛−3−𝑎𝑛−2𝑎𝑛−1=𝑘, 它可以轉換成四階線性遞迴式,研究過它的科展作品皆使用特徵方程,我們則從遞迴關係式去推導,手法更簡潔更得到: 1.它是整數數列的充份條件。 2.當固定𝑛,以𝑘為項次,則形成的數列為多階等差數列。 新的結果有: 1.研究項次推廣的遞迴數列: 𝑎𝑁+𝑅𝑎𝑀−𝑅−𝑎𝑁 𝑎𝑀=𝑘, 它可轉換成若干個線性遞迴數列,我們還發現將前述若干迴數列,統整成用單一個數列表示的方法。 2.探討一般化的數列 𝑎𝑛𝑎𝑛−3−𝑎𝑛−2𝑎𝑛−1=𝑘, 條件設定請看說明書。我們得到一些初步成果。 最後應用本作品的結論,解決某科展作品未解決的問題。

瓶起瓶坐—探討瓶中內容物與翻轉角度的關係

本研究旨在探討瓶中內容物與翻轉角度關係,採用自製單擺裝置進行實驗,並使用了不同水量、不同角度以及不同內容物三種操作變因當作研究目觀察翻轉角度的變化。例如:變換不同初始翻轉角度、瓶中水量、變換不同內容物、改變瓶子重心……等。在內容物為水且單純變換翻轉角度及水量的實驗中,得到了初始翻轉角度愈大,翻轉角度愈大以及水瓶受到的慣性愈小,翻轉角度愈不規律的兩個結論;在變換不同內容物的實驗中,證明了非流體在水瓶中的重心變化較小,流體的重心變化則要依據流體的流動程度進行判斷;在改變瓶子重心的實驗中,證明了水瓶的重心變化愈小,翻轉角度愈大;水瓶的重心變化愈大,翻轉角度愈小。

鳳梨「酵」一下-鳳梨酵素活性與應用價值之探究

本研究主要探討鳳梨各部位的蛋白酵素活性差異並評估其潛在應用價值。實驗針對鳳梨的果肉、皮、冠芽、葉及芯等部位進行分析,透過分解明膠實驗與酵素活性測定,探討其在不同溫度與酸鹼值環境下的酵素活性變化。結果顯示,鳳梨尾的蛋白酵素活性最高,其次為鳳梨頭、皮與芯,冠芽與葉的活性則相對較低,但整體差異不大。抑菌實驗顯示,各部位皆具有抑制細菌生長的效果,表示在食品保存或抗菌應用上有一定的潛力。本研究證實鳳梨不同部位皆含有蛋白酵素,顯示葉、冠芽、皮等副產物具有再利用的可能性。若能進一步改良萃取方式、提升酵素濃度,未來可望增加鳳梨副產物的應用價值,為食品加工與農業廢棄物再利用提供重要的參考依據。

短影片速度、色調、情緒對女高中生注意力與時間知覺的影響

本研究旨在探討短影片對注意力與時間知覺之影響,以理解其可能帶來的認知改變。過去文獻指出,速度、色調與情緒為影響時間知覺的重要變因,本研究透過實驗法比較女高中生在不同短影片條件下實驗的正確率與反應時間,並以問卷法分析高中生的時間習慣、時間知覺與短影片使用行為三者間之關係。結果顯示,色調對正確率有顯著影響,而速度與色調皆顯著影響反應時間;此研究結果亦可應用至數位教材的設計,能協助優化學習內容之視覺呈現並提高專注力。問卷結果則指出,有短影片觀看習慣的高中生普遍認為短影片加快了時間感知,並自覺對時間的估算準確性下降,顯示短影片可能對時間知覺造成負面影響,值得進一步研究。

舒肥雞肉的奧秘:溫度與時間的完美平衡

近年來健康飲食越來越盛行,本實驗主要是想要探討若以舒肥法來煮雞胸肉是否可以在一般家庭裡就可以簡單烹煮,不一定需要買昂貴的舒肥機。實驗裡,我們以全聯就容易買到的雞胸肉和多數人家裡就有的電鍋來做舒肥雞胸肉,目的是為了求證舒肥機業者所說的「雞胸肉不能用電鍋煮熟」是否為真。依據我們所做的實驗結果,即使我們只以電鍋50℃熱水烹煮,加熱20分鐘即可除去絕大多數的生菌,加熱1.5小時以上即可煮熟雞肉,我們成功證實以電鍋搭配簡單溫度控制器即可以製作美味的舒肥雞肉,達到與舒肥機一樣的效果。

棋盤中放入最多骨牌數及方法數探討

本研究改編自2015 EGMO P2,探討在𝑛×𝑚的棋盤中放入最多的1×𝑡或𝑡×1的骨牌,並使得每一個𝑡×𝑡還有空間再放入一個骨牌的方法數。原本題目是𝑡=2,𝑛=𝑚為偶數的情況。於是我先從𝑡=2開始研究,推導出(1)𝑛,𝑚皆為偶數、(2)𝑛,𝑚一奇一偶、(3) 𝑛,𝑚皆為奇數的答案。接著再推廣到(4)任意的𝑡且𝑡∣𝑛=𝑚的結果。最後再討論(5)𝑛,𝑚分別為𝑡的倍數、模𝑡餘1的數,或其他 數等不同可能性得出的不同答案。

探討國中教材之酯化反應連結皂化反應的可行性與原理解析

本研究針對國中教材中酯化反應與皂化反應缺乏連結問題,設計並優化整合性實驗流程。在實驗中,發現皂化後鹽析存在「飽和點」,添加 100 mL 飽和食鹽水,十六酸鈉反應收率 193%,但增至 150 mL 時產量趨緩。為解析此現象,以 DLS 動態光散射技術,結果顯示十二酸鈉、十四酸鈉可形成微胞,十六酸鈉因溶解度低,微胞形成效果不佳。用 DLVO 理論分析粒子間作用力,補充教材的鹽析理論解釋。氫氧化鈉濃度影響方面,2 M 獲高反應收率(十二酸鈉 528%)但含水率較高,8 M 純度較佳但反應收率降低。以氯化鎂鹽析時生成脂肪酸鎂(反應收率 129%),顯示鹽類選擇亦影響最終產物。透過本研究建立了酯化、純化與皂化優化流程,期望為教材提供更具探究與應用性的參考。