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第65屆--民國114年

探討過氧化氫回收銅的可行性

一般用硝酸溶解銅時會產生有毒氣體(NO、NO2),本研究利用過氧化氫水溶液在適當的酸性條件下溶解銅,具有更環保、更有效率的特性,符合綠色化學的趨勢。研究中採用的酸有醋酸、檸檬酸、酒石酸、硫酸;鹼則有氫氧化鉀、氨水與二乙烯三胺。最後發現以過氧化氫配合硫酸的效果比同濃度的硝酸更好,可以有效的溶解銅金屬。

影響天燈升空的因素探討

天燈伴隨火源升空象徵人們祈福與祝願,為臺灣重要文化傳承。升空過程,種種因素造成天燈失穩墜落,而燃燒未盡可能引發火災。過去研究多著重於熱源、造型及風阻等影響,卻忽略實地環境風場影響。我們於現地實驗測量天燈升力,後續建立浮力模型、簡易風洞測試和商家訪談驗證。結果發現:天燈飛行的搖擺與熱氣洩漏是影響上升的主要因素,其中側向風速為搖擺主因,地面風場變化更是關鍵。針對分析結果,建議縮小底部開口至原三分之一,可降低56%熱氣流失。另建議設置地面風速監測及管制施放燈號,確保順利飛行至高空。提出「大天燈共乘」構想,提供雙倍書寫空間,耗能僅增約1.37倍,減少回收負擔。成果可作為天燈施放安全與環保政策之參考。

神秘的三角格局:塗色規則下的奇幻案圖

本研究在探討數學雜誌《Crux Mathematicorum》2024年公告的題目MA 288.所產生的方格紙圖案分布的規律。我們先解開該題,並透過繪製與分析不同大小的圖形,觀察圖案的規律,並利用此規律求出第 𝑛 列及前 𝑛 列綠色方格數的遞迴關係與一般式。 我們發現在𝑛×(𝑛+1) 的方格紙中,當𝑛為2的次方時,綠色方格圖案會形成一個類似謝爾賓斯基三角形的完整三角形,且每當𝑛增加2的1次方時,綠色方格圖案會利用自我複製的方式形成新的圖案。因此可以把𝑛轉換成二進位的表示法,利用二進位中1的位置與數量推論出方格圖案的樣貌與綠色方格數。 除了利用塗色的方式觀察規律外,本研究還將原問題條件轉換成不同的敘述,方便利用excel繪製圖案,將問題推廣到𝑛×𝑚方格。

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。

「益生」的好閨「蜜」

本研究以蜂蜜對益生菌生長的影響為主題,選擇益生元組成差異較大之龍眼蜜、蕎麥蜜、麥盧卡蜜作為蜜種,並以A菌嗜酸乳桿菌、C菌乾酪乳桿菌、LP植物乳桿菌、LGG 鼠李糖乳桿菌作為益生菌種,透過細胞濃度測定、塗盤培養基等方法估算菌種生長曲線、菌種菌落數,探討不同蜜種對益生菌種繁殖的影響,並模擬胃腸道環境探究不同蜂蜜濃度對益生菌繁殖的影響。 研究結果發現蜂蜜能促進益生菌生長,且不同蜂蜜對不同益生菌的繁殖有差異。蜂蜜能提升益生菌對抗人體胃腸道中的胃酸、膽汁等耐受性。從結果推論,食用益生菌時可搭配蜂蜜一起食用,並在挑選益生菌種改善身體機能時,可選擇對該益生菌繁殖有益的蜂蜜種類一同食用,以提升益生菌的功效。

新型態風能共振發電機組開發與設計

我們在生活中有許多共振現象,如:盪鞦韆越盪越高、樓梯旁的欄杆因為風而晃動得越來越快,發出震動的聲響,基於能源轉換,進而開發一款風能共振發電機組。研究分三大部分,首先研究發電機與馬達的科學原理與構造,其二以工程設計軟體RHINO進行3D建模,並導入流體力學的渦漩觀察,能在風場中提升發電效率;其三探究機械結構與風能共振的影響因子,阻風筒、支柱高度、擺盪時的支點比例,達系統效能最佳化。綜上所述,本研究為設計一款提升單位面積發電產能之風力發電機組,透過專題式方法將國中及高中的科學知識進行垂直整合,從而實現創新的綠能科技產品,兼具工程設計及設計藝術學養,具有培育發展綠色能源基礎人才。

“番”天覆地~難逃“塑”命?塑膠微粒暴露對番茄生長的影響

塑膠微粒(microplastics,MPs)是泛用塑膠製品而衍生的問題之一,且塑膠微粒會透過食物鏈的傳遞而導致人類的健康風險,作為食物鏈起點的生產者,是探討塑膠微粒健康風險的著眼點。基於聚苯乙烯(polystyrene, PS)類塑膠日益擴增的需求,加上小番茄為家鄉重要作物,以及想要窺探塑膠微粒在根部分布的情況,因此,我們利用水耕種植來探討PS塑膠微粒對小番茄的影響。研究結果顯示PS奈米塑膠微粒(nanoplastics,NPs)的暴露會對小番茄產生影響,包含降低其根部含水量、使其更容易遭受蟲害、植株葉片提早黃化枯萎、減少其根系中促植物生長細菌-木糖氧化無色桿菌(Achromobacter xylosoxidans)菌數,以及大量NPs累積於根部表面而影響小番茄對水分的利用等。不過NPs的暴露在植株乾鮮重、莖長度、開花與果實等生長參數並無顯著影響。

「泡生溶溶」---泡泡除塑淨水法的研究

本研究透過不同介面活性劑來吸附海洋微塑粒,初步發現,無患子的親油性最好,TDS值可作為微塑粒濃度的檢量線。為了解介面活性劑的親水性值(HLB值)對起泡力及清除率的影響,加入HLB值為4的白蠟油(油性介面活性劑)進行實驗,發現海塑粒無患子起泡效果最好。泡泡水去除海洋微塑粒效果約為8.3%,無患子溶液約為9.7%,白蠟油約為60.7%,故白蠟油的清除效果最佳,但並不天然。後來,我們發現了天然的親油性介面活性劑―大豆卵磷脂,無患子與其的起泡比例以7:3為最佳,且單純大豆卵磷脂的清除率高達84.14%為目前最高。最後,我們發現此起泡裝置能清除真實海水中37.55%的微塑粒。

三拳演義-猜拳致勝策略研究

本研究邀請60位國小學生參與猜拳比賽,採用嚴謹的統計方法進行母群體分層隨機抽樣與270場循環賽,以利誘激發勝負動機並加以錄影。本研究對資料進行重覆檢核的三角校正以獲得信度。之後利用ChatGPT進行統計分析和考驗全體學生、不同年段、性別的出拳偏好及致勝策略(含回應文獻),再徵詢統計專家分析之合宜性。 結果發現:1.小學生整體偏好出剪刀,尤其男生與低年段在第一拳特別明顯;2.無文獻中提及的「勝後堅持」及「首拳石頭」等偏誤;3.有非常明顯的「敗後改變」、「平手後中斷」與「社會性循環行為」(石頭→剪刀,剪刀→布,布→剪刀);4.出拳策略可透過觀察對手上一拳,依循環模式反制。高年段勝場數最高,顯示經驗與觀察力有助策略制定。

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。