全國中小學科展

第65屆--民國114年

軟的真的軟嗎? 轉速穩住了彈性圓環的飛行軌跡

本研究探討旋轉對彈性圓環飛行軌跡的影響,並以橡皮筋為實驗材料,主要結論如下:一、橡皮筋的伸長量與所受外力約成正比。二、彈性係數較高的橡皮筋,特定範圍內的位能-動能轉換比例較高。三、彈性係數愈高的橡皮筋,彈射時的轉速與前進速率愈大。四、伸長量固定之下,提高旋轉量不會增加橡皮筋彈射速率,但會增加轉速,穩定彈射軌跡並增加彈射距離,且旋轉量愈大,水平距離愈遠。五、旋轉造成橡皮筋彈射具有穩定形狀,特定伸長量與旋轉量進一步使橡皮筋彈射出現攻角導致軌跡上升,也降低速度衰減,明顯提升彈射距離 (超過40%)。

進化吧!種子炸彈-種子球成分之研究及改良

本研究探討種子球可應用在災後裸露坡地之植被復育。初期配方採培養土和黏質土進行初步實驗,後針對0403 地震裸露坡地的狀態,故改良種子球成分目的提升保水性與黏著性。研究發現土壤添加天然聚合物於前三日均能提升種子球之保水力,土壤加入海藻酸鈉(SA0.5)後水分保留能力顯著,3天內保水度較對照組差異達9.32%,5天內差異達2.55%。土壤濕度最高時,海藻酸鈉配方(SA0.8)黏著性表現出色可承重達150公克。此外,海藻酸鈉與甲基纖維素 (SA+MC)混合配方在黏著度上亦有出色表現,適用於坡度較陡或岩石較多的裸露坡地進行種子球投擲。本實驗之 種子球改良配方,有助於提升偏遠或難以到達的山林地植被之恢復效率,針對災後環境修復或可提供解方。

智慧校園GO:走得對、聞得出、看得清,安全上學好放心

本研究開發「智慧校園GO」網頁系統,平時提供校園三種策略導引(最短路徑/最低打擾/無障礙路線)功能,當遇上校園霸凌、學生群聚、火災、菸害、陌生訪客闖入監控等緊急事件,則啟動Level 0(最低)到Level 2(最高)的警報分級,通報相關人員、紀錄當下影像或數據,規劃「無障礙」或「最短路徑」進行即時處置。系統採響應式介面(模式切換、模糊搜尋)、地圖箭頭顯示,樓層動畫與實景照片呈現,支援自動起點及模擬定位。後端整合ESP32感測、YOLO 影像辨識,以Dijkstra演算規畫路徑。實測顯示,霸凌警示準確率95%、群聚辨識正確率92%,介面易用性取得4.1/5的分數,而「影像辨識偵測行為」功能取得4.7/5的高分肯定,展現智慧校園GO系統於即時警示與校園安全的實用價值。

電來又電去-微型霍夫曼電解在環境中的應用

本研究設計一款低成本的微型霍夫曼電解水裝置及氫氧燃料電池,僅需約20~30毫升的電解液,除了完成各種電解變因的探究,也準確量測法拉第常數及亞佛加厥常數 。 因應綠色永續,收集電解產生的潔淨能源氫氣,並研究增加電池放電效果,包括電極直徑、碳棒淬火次數、電極距離、電解質種類與濃度、添加活性碳粉等,充電5伏特,時間5分鐘後負載馬達轉動20分鐘達4倍使用時間。進一步利用太陽能作為電力來源,以此為單電池串聯3個電池可提供約5.6V電壓,使紅光LED持續運作15分鐘以上。 利用電解法,可回收溶液中的重金屬銅離子,免去強鹼的使用,回收率的探究發現通入的電流強度愈高、溶液溫度愈低或添加螯合劑,會造成回收率下滑。

開發大腸癌抑制劑,從魚腥草萃取物開始

魚腥草為一種多年生的根莖草本植物,在傳統醫藥具有良好的藥用價值。本研究開發新型魚腥草萃取物,抑制人類大腸癌細胞。首先將魚腥草葉磨成粉末,並以甲醇萃取(HCE),再以高效液相層析方式,分離魚腥草分段萃取樣品(HCF),來進行總酚試驗抗氧化力;進行癌細胞毒殺試驗、誘導癌細胞凋亡、粒線體膜電位試驗及運用載體TNFRSF6B-GFP綠色螢光蛋白轉殖癌細胞大量表現。試驗結果顯示魚腥草粗萃物(HCE)及其中第三段萃取物(HCF03),總酚含量與ABTS 抗氧化力,HCF03皆優於HCE;另癌細胞半數毒殺濃度IC50與細胞凋亡試驗凋亡以及粒線體膜電位受損率,HCF03抑制大腸癌細胞效果皆優於HCE;HCF03抑制TNFRSF6B-GFP綠色螢光蛋白表現濃度IC50為0.4mg/ml。綜合上述試驗結果,證實HCF03能作為TNFRSF6B抑制劑,具有抑制大腸癌細胞之潛能。

簡單離心水泵的未滿水流動模態

這份研究探討利用正三角形旋轉吸管構成的離心泵抽水的現象。我利用電鑽固定此三角形結構,使其部分浸入水中並定速旋轉。我們發現在吸管的管徑-旋轉半徑比大於一定值時,水流因無法穩定地充滿整個吸管,離心泵中的水流將會穩定的僅占據吸管的一部分。我測量「吸管的幾何參數和旋轉角速率」對「抽水流率」的關係;以及「旋轉角速率」對「抽水流速」的關係,並以穩層流下的流體力學模型(白努力方程式在旋轉座標系中的修正+流體力學穩定性分析)加以解釋,在不使用數值模擬的情況下方了解了此未滿水模態的水流情形。

探討影響跳舞草側葉擺動的機制

本研究以跳舞草與動物互動的演化關係,探討影響跳舞草側葉擺動因素,了解其小葉擺動背後的機制與生物意義。我們針對光照、音頻、溫度、電流干擾及大葉處理等條件進行實驗設計,亦使用自製的植物電壓感測器測量電位變化。結果顯示,跳舞草小葉在溫暖、光照充足、高頻音環境條件下,擺動速度加快、振幅增大。進一步分析顯示,小葉擺動與葉枕的電位變化有相關,且外加電流會干擾使其擺動速率變慢。大葉遮光會降低小葉擺動速率,而摘除大葉則會提升擺動速度。綜合實驗結果,推測跳舞草的擺動機制除受環境影響外,也是一種生物演化策略,用以模擬昆蟲活動以吸引掠食性動物,有助於驅離害蟲。且進一步揭示跳舞草葉片運動的電生理基礎與可能的生態意涵。

「果」然出「色」:天然藍與黃的色彩碰撞---從植物到環保顏料的轉化之旅

研究探討蝶豆花(青花素)與薑黃(薑黃素)兩種天然色素在不同天然添加劑與劑量下的色彩穩定性。實驗分為三部分,分別針對藍色色素、黃色色素與藍黃混色進行測試,在固定色粉用量下,分別加入蜂蜜、牛膽汁與阿拉伯膠三種添加劑,設五種劑量梯度(1~5平匙),共製備375組樣品。每組樣品皆以色差儀測定CIE LAB色彩空間中B值(藍–黃軸偏向),作為穩定性指標。結果顯示:蝶豆花色素偏藍性穩定,以第3平匙效果最佳,牛膽汁穩定性最高;薑黃偏黃穩定,第2平匙最鮮明,牛膽汁與阿拉伯膠中劑量表現佳;混色組整體偏黃,蜂蜜與牛膽汁穩定性良好。整體而言,第2至第3平匙為最佳添加範圍,可提升天然染料的穩定性與應用性。

「麵麵」俱到—探討影響麵團韌性與彈性之不同因素

為揭開「為何有的麵團彈牙、有的卻軟趴趴」的謎團,從發酵時間下手,結果發現時間越長,彈性和韌性就像漏氣的氣球般漸漸消失。那加多一點酵母呢?實驗後麵團反而更無力,像睡過頭一樣軟趴趴,我們驚覺,發酵速率才是關鍵! 轉向冷藏發酵,意外發現經過低溫「歷練」後的麵團更有韌性。接著加小蘇打,結果像打散的沙堡,彈性全失,推測是麵團原本的結構被破壞。 於是我們改走「澱粉之路」,發現加入富含支鏈澱粉的糯米就像讓麵團裝上彈性肌肉,彈性與韌性大大提升!而後經多次實驗調整比例,成功找到最佳配方。 最後設計「嚼勁實驗」,結果證實彈性與韌性與實際咀嚼感呈正相關。我們也將持續探索這條「麵團之路」,發掘更多有料又好咬的美味秘密!

米粉圓舞曲-探討溫度、蛋白質和花青素對米麵包的影響

麩質中主要胺基酸為麩醯胺、脯胺酸和半胱胺酸,三者能提升麵團延展性、韌性與彈性。米粉中缺乏上述胺基酸,因此米糊缺乏上述特性。本研究的目的是依循「天然、健康、好口感」原則,探討米粉種類、不同水溫、添加蛋白質種類與含量、添加花青素(健康)對於米麵包特性(口感)的影響。研究結果顯示,添加雞蛋蛋白、奶粉(天然、健康)製作的米麵包鬆軟彈性佳,或以蓬萊米粉:糯米粉比例4:1、水溫70℃製作麵包品質也不錯。火龍果皮萃取液在烘烤後,抗氧化力會提升,這可增加果皮的實用性,符合「全果使用」的理念。本研究中的米麵包優點有1.推廣米農業. 2.避免麩質過敏. 3.添加花青素,增加抗氧化能力. 4.製作簡單,價格親民。