全國中小學科展

第65屆--民國114年

巨晶的前世今生—關西馬武督鋯石定年及地質意義之探究

本研究主要探討新竹關西馬武督地區鋯石巨晶的形成年代、生成機制與地質意義。該地區鋯石具有高達3至5毫米的巨晶,不同於台灣其他地區以微米級為主的鋯石。透過採集與分析樣本,結合玄武岩的微量元素及鋯石的鉿同位素分析,揭示馬武督地區鋯石的來源與形成環境。研究結果顯示,鳳山溪上游的玄武岩脈提供發現鋯石的有利條件,而馬武督鋯石巨晶的生成與長時間結晶、緩慢冷卻速度及捕獲外來晶體的地質條件密切相關。根據定年結果、微量元素蛛網圖、鉿同位素分析結果,推論認為:馬武督鋯石巨晶並非直接在玄武岩中生成,而是被鹼性玄武岩漿捕獲後保存下來。本研究加深對鋯石在玄武岩中形成機制的理解,對此區地質演化研究提供一個良好的解釋機制。

空間中兩圓柱面或兩圓錐面之交集研究

本研究探討三類幾何結構的交集特性:第一,兩個直圓柱面在特定條件下相交時,交點集合的幾何特性;第二,兩個直圓錐面相交時,交點集合的幾何特性;第三,一個直圓柱面與一個直橢柱面相交時,交點集合的幾何特性。我們透過數學建模,理解圓錐曲線在不同條件下所形成的圖形,並進一步探索其數學特性。研究過程中,我們考慮了兩個直圓柱面的相對位置、中心軸夾角的變化與比例關係,兩個直圓錐面的相對位置與中心軸夾角的變化,以及一個直圓柱面與一個直橢柱面的相對位置與比例關係,並透過數學推導與動態幾何模擬來分析這些變數對交點集合的影響。

安西教練 - 教你投空心

本研究結合程式設計與運動科學,開發以Python為核心的投籃訓練輔助系統,用科學方法分析籃球投籃曲線數據,建立具回饋的訓練工具,幫助學生個人化訓練與提升表現。 研究採OpenCV電腦視覺技術追蹤籃球飛行軌跡,透過背景相減法,成功記錄了102顆 空心球的投籃軌跡座標,得到出手角度(平均49.35°)、入框角度(平均41.57°)及拋物線最高點(平均3.51公尺)等關鍵數據,並借助ChatGPT釐清分析方向與角度計算公式。 本研究利用攝影裝置結合電腦視覺分析,精準記錄投籃軌跡,透過數據分析得出空心球投籃的具體角度與軌跡特徵,成功建構以Python為 核心的投籃訓練輔助系統,為科學化訓練提供輔助機制,未來可擴展系統功能,納入更多參數或運動型態分析,提升系統的泛用性與準確度。

聲音農藥? - 探究自然環境聲音對植物向性與化學防禦影響之研究

本研究探討自然聲音對植物生長與防禦機制的影響,並評估「聲音農藥」在農業中的應用潛力。我們測試了流水聲、雨水聲對黑豆發芽與植株生長時其根生長向性的影響,以及蟲啃咬聲對小白菜葉片被害程度及防禦機制的影響。結果顯示,在流水聲與雨水聲環境下,黑豆植株的根部傾向於朝向聲源方向生長,尤其在缺水環境下更加明顯,顯示植物可能利用聲音信號調控根部生長方向。此外當小白菜暴露於蟲啃咬聲時,其揮發性有機化合物(TVOC)釋放量增加並有效降低紋白蝶幼蟲的啃食行為,證明聲音刺激可觸發植物的防禦機制。 本研究的發現支持了聲音可作為非侵入性環境因子來影響植物生理反應,並為未來發展環保型農業防治技術提供了新的視角。

擋水神器-特斯拉閥的探討

特斯拉閥是一種神奇的發明,能利用管路的設計,達成流體在一個方向上流動時阻力最小,而在相反方向上流動時產生顯著的阻力的目的,我們想要運用在阻擋水流來降低災害上,我們的研究有以下的發現:(1)特斯拉閥的進水口角度為40度及出水口角度為30度時,減流的效果最佳;(2)特斯拉閥的支流愈寬,減流的效果愈佳;(3)交錯型主水道略優於對稱型主水道,但結構較複雜;(4)水流愈強,特斯拉閥減流的效果愈好;(5) 水的溫度與鹽度對於特斯拉閥減流效果沒有太大影響; (6)前後排列支流的特斯拉閥效果優於平行排列支流,且支流數量愈多,減流效果愈佳。

順勢而生

現有的排風設備往往受環境風向影響,導致進風量受阻,進而引發通風不足的問題。在進氣效率低落的環境中,無論是工作安全、設備運行,甚至日常生活,都可能面臨潛在風險。本創作的核心特色在於風扇能根據外部風向靈活調整運行方向,使排風設備即使在外界風場干擾下,仍能維持穩定且高效的通風率,從而有效改善傳統排風設備的局限性,提升整體換氣效能與環境安全。

就這樣「紫」-建立簡易水楊酸定量法應用於市售洗面乳

隨著含水楊酸清潔保養品的廣泛使用,肌膚刺激案例日益增加,顯示市面上缺乏快速且低成本的檢測工具。本研究旨在開發一種簡易、環保且具量化能力的水楊酸檢測方法。 首先,利用水楊酸與三價鐵離子在酸性條件下生成紫色錯合物,建立吸光度與濃度間的比色檢量線(R² = 0.9993)。為提升實用性及對抗洗面乳的偽陰性成分,本研究進一步開發比色試紙,並使用廢棄暖暖包中的氧化鐵作為替代鐵源,調整緩衝液與鐵離子比例,試紙能有效辨識0%至2%間五種常見濃度,並透過RGB與灰階分析提升判讀客觀性。 整體而言,本方法具備高靈敏度、良好可操作性與環境友善特性,未來可朝向提升抗干擾能力、擴展偵測範圍及整合手機App應用,發展為具商業潛力的居家快篩工具。

「菊」躬盡「萃」

本研究以萃取具多酚結構的天然植物(薑黃、芭樂葉、蝶豆花、金針花、臺灣杭菊1號花)為主題,透過自製 UVA和UVB的檢測裝置,探討不同變因下各萃取液的抗UV成效,結果顯示「杭菊花萃取液」具有最佳成效。 進一步比較杭菊1號花(白雪)和杭菊2號花(黃金菊)不同部位萃取液的抗UV成效差異,研究發現杭菊1號花瓣萃取液最具抗UV功效。因此將杭菊1號花瓣濃縮萃取液依適當比例調製成不同配方的「天然菊萃防曬乳」,並與「市售防曬乳」進行比較實驗,結果顯示自製防曬乳配方9對日光的UV遮蔽率可達98.0%,確實媲美甚至優於市售防曬乳的實際功效。

樂不思「眠」–探討睡前娛樂對睡眠、學習和社交的影響

本研究探討因娛樂導致的睡眠延遲,對學習記憶、社交傾向及任務執行的影響。首先以線上問卷調查國小中高年級及國中學生,了解睡前娛樂項目與頻率,以及自我評估對睡眠、學習與社交的影響。接著規劃小鼠睡眠干擾實驗,分為正常睡眠、環境探索、飲食吸引與藍光刺激四組,並透過水迷宮、Y迷宮、物體辨識、社交偏好及築巢任務,觀察其學習與社交行為。問卷結果顯示,逾五成學生認為睡前娛樂不會影響睡眠、學習或社交能力,但小鼠實驗結果顯示,受到睡眠干擾的組別在成長、睡眠、學習記憶、社交傾向與任務表現皆顯著下降,尤以藍光組最為明顯。本研究證明,睡前娛樂會對小鼠學習與社交產生負面影響,並為探討青少年睡眠與認知問題提供重要實驗基礎。

「拿」麼厲害—綠拿鐵的最佳配方與抗氧化能力研究

本研究比較不同綠拿鐵配方的抗氧化能力,並結合盲測評估消費者接受度。首先,以地瓜葉為主體,使用氧化還原滴定與分光光度儀測定,發現分光光度儀更準確且效率高,因此後續皆採用分光光度儀進行抗氧化能力測定。我們選用菠菜、青江菜、冰花、地瓜葉、香蕉、奇異果、鳳梨、蘋果及芭樂,進行單一蔬果與四十組配方測試,並選出抗氧化能力較佳的前五組與市售綠拿鐵進行盲測。結果顯示,市售綠拿鐵抗氧化能力明顯低於新鮮現打綠拿鐵,但因為糖度較高而獲得消費者較佳的口感評價,顯示美味與健康效益不一定成正比。研究中發現菠菜、青江菜、冰花 、香蕉、奇異果及菠菜、青江菜、冰花、香蕉、鳳梨這兩組配方在抗氧化力與口感評比中表現最 亮眼。