全國中小學科展

第65屆--民國114年

鳳凰木對大花咸豐草的相生相剋研究

本研究利用鳳凰木相剋物質,探討其對萵苣與大花咸豐草種子萌發及生長的影響,期望發展天然除草劑。研究動機來自於外來種大花咸豐草入侵嚴重威脅農業生態,本研究採用甲醇萃取、相剋物質粉末及葉片枝條粉末,透過室內培養與田間試驗,評估不同濃度對發芽率、胚軸、胚根及植株生長的影響。結果顯示,鳳凰木萃取液(1~5%)顯著抑制兩種植物的萌發,粉末處理則提高植物死亡率。本研究選取鳳凰木主要相剋物質試驗,綠原酸與鞣花酸抑制效果最佳,槲皮素較弱。研究指出,酚酸類為主要抑制因子,具備萌前與萌後的雙重抑制效果,其中萃取液與粉末可抑制萌發,而粉末分解後可能釋放養分促進後期生長,為天然除草劑的開發提供新思路。

「蝕」無忌憚—空蝕效應中空穴產生的機制及特性之探討

本實驗探討空蝕效應空穴產生和氣泡附著於鋁箔紙上的情形。我們使用超音波洗淨機為製造超音波場的工具,將固定大小的鋁箔紙放入超音波場中產生破洞,透過破洞在鋁箔紙上的分布,推論在腔體裡氣泡的分布與傾向附著的部分,也利用顯微鏡在微觀下更仔細地觀察破洞的擴張情形,藉以得知氣泡如何在鋁箔紙上附著。 實驗中我們利用不同觀察方式,推論出氣泡在鋁箔紙上造成破壞的位置,也利用顯微鏡實際觀察破洞,確認我們的推論,使用顯微鏡實際看到破洞後,我們透過破洞的變化,建立許多模型,最後根據我們推導出的理論製作程式,模擬一個完整的鋁箔紙,按照這些氣泡產生與附著機制產出的破洞分布,和實驗結果有無相符,再次證明我們對氣泡的理論。

反泡泡的變形之舞:拉格朗日分析看見動力系統

入射界面活性劑滴第一次觸碰水面時可能直接入水,也可能不會穿透,形成水珠,但在高度較高而使其產生液柱之後再次掉落時,某些情況會產生反泡泡,本實驗將探討其發生條件。並且研究反泡泡在水中的運動情形。首先,我們設計並建立了一套穩定產生反泡泡的裝置,以確保其生成的可控性與重現性。其次,我們透過調整內部液體的密度,探討內部液體密度對反泡泡運動情形的影響。另外我們利用生成大量反泡泡使他們發生碰撞並探討其運動方程式。

共頂點正多邊形共線蝴蝶對稱圖形性質及幾何不變量

基於Anubhav Mishra提出的尚未被證明問題:由基準三角形OAB之兩邊OA與OB生成共頂點O兩正方形,在兩正方形中選取兩組對應點,並做交叉連線相交於N點,則AB之中點M與O、N具有三點共線之性質(此線稱為共軛對稱軸)。首先提出此原題的不同證明,再推廣至正n邊形,並找到一般化的必要條件及廣義共線性質。 研究結果發現並證明:在正n邊形共線蝴蝶對稱圖形中,存在兩稜線在共軛對稱軸鉛直方向投影長相等,及其成形的臨界角範圍;蝴蝶翅膀種類公式、衍生類別及總數量;面積與稜線長的幾何不變量;基準三角形三邊對應之共軛對稱軸共點於其重心;當n為偶數,共軛對稱軸垂直特定共軛對稱點連線段。當n趨近於∞時,共線蝴蝶對稱圖形收斂到圓內接等腰梯形。

奔跑吧!火焰!——單向繞圈移動火焰之探究

有一天,我和家人在網路上看到了一段非常有趣的影片。影片中,作者用花盆底座的外圈凹槽當作軌道,倒上燃料後點火,結果出現了一個像賽跑選手一樣在軌道上跑來跑去的火焰,而且一直繞圈轉不停。圖1是影片的截圖。這個現象讓我們看得目不轉睛,但也讓我們忍不住懷疑:這影片是真的嗎?火焰真的可以這樣移動嗎?這種現象會不會需要什麼特別的條件?因為對這個現象非常好奇,我找了幾個和我一樣有興趣的朋友,還請教了老師,希望一起來做研究。我們想通過實驗來找出火焰為什麼會這樣移動,還有哪些條件能夠讓它發生,也想知道會影響火焰移動速度的原因。我們希望能透過這些實驗了解背後的科學原理,並為火焰的動態行為研究提供一個有趣又不一樣的觀點。

MN倍角整數三角形

看到大學入學考試中心九十九學年度學科能力測驗試題G中有關2倍角三角形,就產生討論其三邊整數生成器的發想,便由此出發,證明該三邊整數生成器為全起源整數三邊生成器,並討論其整數邊三邊的數論性質與相關性質,再延伸至3倍角整數邊三角形、4倍角整數邊三角形乃至於n倍角整數邊三角形,得到其三邊全起源生成器與推廣至MN倍角整數邊三角形三邊整數生成器、討論相關特性並推廣至n倍角整數Heronian三角形。

「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。

太陽能,電來電往

探討雙面太陽能電池較傳統單面太陽能電池之發電效益差異,分析太陽光在不同材質地板的反射與散射,太陽能板安裝角度與方位,對於發電量的影響。雙面太陽能電池可以增益11%至37.5%發電量;等同降低37.5%發電成本。台灣位於北半球,考量整年最大發電量,應朝南安裝,安裝角度應與所在位置的緯度相近,並搭配白色表面粗糙之高反射和高散射地板,獲得最大發電量。單面太陽能電池,朝北或東或西安裝,與朝南安裝比較,發電量降低約50%;如果改成雙面太陽能電池,不但可以增加總發電量,亦可以將差異縮小至30%以下。如果因為建築物限制,只能選擇不是朝南安裝,或是不能選擇最佳安裝角度,雙面太陽能電池可以減少這些不利因素的影響。

頻率窺秘:轉速遇見CD孔數的樂章

當我們日常使用光碟時,很少有人會注意到:如果對正在旋轉的光碟上吹氣,是否會產生有趣的聲音現象?這項研究正是從這個問題出發,探討已鑽孔的光碟,在不同轉速下對聲音頻率的影響。我們設計了一系列實驗,改變光碟上的孔洞數量、分佈,並調整CD旋轉的速度,記錄吹氣後產生的聲音頻率變化。結果表明,風速只會影響聲音強度,不影響聲音頻率、頻率對轉速呈線性關係、轉速與頻率關係式係數呈線性關係、轉速與頻率關係式係數相似、CD孔數對稱性被破壞數據將會與1孔吻合、將12孔變成12-1和12-2孔之傅立葉轉換後的圖 的變化,會發現主頻跟旁邊的小山峰相對強度差距變小、12和6孔平均分布的CD片少鑽幾個孔得出的主頻會較低。

「折折」稱奇

過 A 列 × B 行(A≤B)方格紙中每個小正方形中心一次的折線: (一)A、B 均為奇數,起點位置的列數+行數=奇數時,會餘下一格無法通過;起點在角落,以逆時針螺旋型或 S 型走法,折線段數最少為 2A-1 段。 (二)A 為偶數走法如 ,最多段數為 A×B(B-1)+1;A 為奇數走法如 ,最多段數為: (1)B>A:A×(B-1)+1-(B-A); (2)B=A:A×(B-1) 段。 (三)A≥3 時,2A-1≤可能的段數≤最多段數;A=2 時,可能的段數為最少段數、最多段數及兩者間的連續偶數。 (四)當 A 的公差為 d,折線最少段數為公差 2d 的等差數列;A 相同且 B 的公差為 d,若 A 為偶數,最多段數的公差為 A×d;若 A 為奇數且: (1)A (2)當 B=A 時,與 A