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第65屆--民國114年

舒芙蕾的蓬鬆之謎:探索「舒服」的高度秘訣

本研究以舒芙蕾為膨脹模型,探討蛋白打發、配料及烘烤條件等多重因素。提高攪速促進蛋白質變性並包入空氣,形成穩定泡沫;糖分次加入可提升黏度和界面穩定性。食鹽增加離子強度,破壞蛋白靜電排斥,降低泡沫穩定;氯化鈣的Ca²⁺使蛋白過度聚合,抑制起泡。檸檬汁有機酸調整蛋白電荷,提升穩定性。 低筋麵粉有助氣體膨脹,乳脂穩定氣泡界面,過量影響網狀結構。膨鬆劑方面,酵母產氣慢適合長時烘焙,小蘇打與強酸反應快易導致結構坍塌,建議搭配pH>3弱酸如酒石酸氫鉀,類似泡打粉,產氣速度平緩。烘烤溫度150°C佳,高溫長時使硬度增加、蓬鬆度下降。玻璃容器導熱慢有利麵糊膨脹成型。蛋白泡沫穩定性與膨鬆劑的協同作用是舒芙蕾成功膨脹的關鍵。

隨「波」逐「浪」—探討波浪數列的性質

本研究探討將連續正整數1至𝑛依大小交錯排列所形成的「波浪數列」,其定義如下:除了首項與末項外,每一項皆大於或小於其相鄰兩項。我們分析在最大數為 𝑛 時,波浪數列的各種情形與其在數量上的對應關係,從中歸納出排列的規律,並推導當首項為 𝑘 時的排法總數,進而求出所有波浪數列的排法總數。

Dove之戰-探討不同植物汁液在酸鹼條件下的顏色變化與作用

本研究研發出最適植物萃取液配方:洛神花3滴、黑豆1滴、紫莢長豆2滴、紫色高麗菜2滴與蝶豆花7滴。建構出具穩定性、連續性與高辨識度的天然酸鹼色階圖卡,於pH1~14範圍內產生自然清晰的協同變色反應,顯色漸層分明,辨識度高,成功取代市售指示劑。 探究初期以水萃法提取植物色素,觀察其顏色與稀釋後的色彩變化;接續將各萃取液滴於 pH2~13標準溶液中,運用電腦影像軟體分析RGB色彩參數,量化其變色趨勢。 探究發現,市售指示劑於全pH範圍內的顯色反應缺乏連續性與辨識度。因此更進一步評估植物色素間的協同效應,調整配方比例,提升色階表現整體性。最終優化配方具清晰的變色反應,整體效能優於市售指示劑,展現教學與綠色化學之應用潛力。

「魚」你水「乳」膠融-強力蛋白膠

本研究利用市售飲品、魚鱗及自然教室裡既有的材料調整配方,製作出黏性最強的蛋白膠水。魚鱗經加熱煮過,牛奶或豆漿加入酸性液體產生凝固蛋白質,經分離後再加入鹼性物質使其酸鹼中和,即能生成蛋白膠水。 實驗過程中發現,使用常溫低脂牛奶製成的蛋白膠水黏性最佳,並以pH值2.5的檸檬酸溶液萃取蛋白質,再加入碳酸鈉調配成pH值8.0的蛋白膠水成品黏性最好。 與其他市售黏性較強的液狀黏著劑相比,強力膠黏性雖強,但有強烈刺鼻味 保麗龍膠則容易產生細絲,黏著技術不佳會讓作品看起來像是佈滿蜘蛛絲,而強力蛋白膠不論是牛奶膠還是魚鱗膠皆黏性強 、成分單純、無毒性,合乎環保需求。我們也利用蛋白膠水製作了一架飛機,象徵開闊視野,未來前途無量。

牛樟芝萃取物改善糖尿病性視網膜病變──以果蠅實驗模型為例

糖尿病性視網膜病變(Diabetic Retinopathy,以下簡稱DR)是糖尿病主要的併發症,是造成後天性失明的主要原因。我國含有高糖的飲品在年輕族群盛行,可能是造成糖尿病罹患率年輕化趨勢的原因,這是我們中學生必須關心與解決的切身問題。本研究發現牛樟芝萃取物在視力功能上能夠改善糖尿病性視網膜病變果蠅的趨光能力與視網膜電位;在視網膜形態學(morphology)上,複眼結構及光感受器排列可被觀察到由凌亂漸趨完整。在粒線體(mitochondrion)與蛋白表現上,能避免粒線體受損,維持粒線體數量和能量代謝,並降低細胞凋亡(apoptosis)相關指標如cytochrcome c和cleaved-caspase 3表達,同時也促進抗氧化因子(antioxidants)如Catalase和SOD1表達,顯示牛樟芝萃取物具有改善DR的潛力。

現代鬼動風水儀-利用壓電效應偵測並分析風場訊號之研究

看過震動型風力發電機與鬼動草現象後,便思考是否能結合兩者製作出一台「現代鬼動風水儀」? 風經障礙物會因康達效應改變風場,本研究利用壓電效應偵測風在震動裝置後端產生的卡門渦街,藉由分析電訊號偵測不同障礙物所產生的風場。自定義葉片的等效邊長,發現電壓約和等效邊長、平方風速成正比;另外,不同迎風角度、擺設狹縫或遮住半邊葉片都會使pp板產生小波,牛奶瓶紙則是可以建立迎風角度的預測模型。狹縫的電壓放大倍率可用三次函數擬合。遮住半邊葉片時牛奶瓶紙會產生共振放大效應(鬼動現象),而擺設圓柱則會使電壓增強,並且能建立電壓預測模型。 本研究成果可用來製作分析微小風場變化之大數據收集裝置,提供訓練AI及建立新的應用方向。

尿之有道-小便斗噴濺物理學

本研究旨在探討男性使用直立式或懸掛式小便斗時,尿流量、身高、和斗壁距離、入射角等因素,對於尿液噴濺面積和範圍之影響。研究方法包括:以頻閃燈和慢速攝影、tracker分析與雷諾數,辨識不同流量對層流和紊流之變化量;採用小便模擬器、Vernier氣壓計和力度計,測得水流和反彈流對斗壁作用力,終以蒙地卡羅法扇形區和Image J分析兩組小便斗噴濺面積和範圍。主要研究結果包括:1.以tracker 分析獲知流量和流速關係,從雷諾數變化量驗證流量小易受紊流噴濺、流量大則易受反彈流噴濺。2.尿緩=15mL/s,距斗壁30 cm 平射,反彈流噴濺最少;4.身高>=170 cm、25mL/s,平射兩種小便斗,噴濺面積與範圍皆最小;5.以600射角和對準排水孔,噴濺面積和範圍最大;6.本研究亦討論和改進尿液噴濺的研究方法。

「樹」造奇蹟,「桃」然無毒--校樹與第倫桃果膠於天然果醬和乾洗手之雙重應用

本研究探討校樹第倫桃在日常生活中的應用,我們先以第倫桃果膠搭配校園常見果實製成果醬,邀請60位家長與教職員試吃,結果以桑椹配方五最受歡迎。接著,我們結合第倫桃果膠與校樹葉或果皮萃取的精油,製作天然乾洗手,經吐司發霉與無菌培養基測試,證實具有一定抑菌力;保濕測試也顯示,第倫桃果膠能減少肌膚乾燥與油脂流失,使用感較佳,以西施柚果皮製成的乾洗手最受歡迎,獲得50票肯定。我們將產品帶至校慶園遊會販售,最受歡迎的是第倫桃與構樹果醬,以及白千層與西施柚的乾洗手,共募得2,490元,捐作急難救助基金。研究證實,第倫桃果膠在果醬與乾洗手的製作上皆具應用潛力,並能推廣校園植物的永續利用。

探討校園樹木固碳力-量化統計樹木固碳量與碳吸存效率之研究

本研究針對校園樹木分析其固碳能力,透過生長量法測量全校樹種的固碳量,並利用光合作用法分析苦楝與毛柿在不同季節的碳吸存效率。結果顯示,全校927棵樹的總固碳量達197.36噸,等於723.65噸二氧化碳當量,且固碳能力集中於榕樹、木賊葉木麻黃、印度紫檀及印度橡膠樹等(佔61%)。未來校園植樹應考量速生與長壽型樹種的組合,以兼顧短期與長期的固碳穩定性。光合作用實驗發現,苦楝及毛柿皆於夏季有最高之碳吸存量,而苦楝在全年之總吸存量較毛柿多,但是季節變化幅度較大;相較之下,毛柿全年皆維持較低但穩定的固碳效益,且單位面積之碳吸存量亦較苦楝高。最後調查並計算全校之電力排碳量並分析碳中和情形。

臺灣東部群震週期與大地震機率的分析

本研究使用1973-2023年地震數據,以DBSCAN進行臺灣東部、東北部及選定區域的群震分群,自相關分析及傅立葉變換探討其週期性,核密度估計推測群震後發生大地震的機率,並以群震及大地震數據擬和方程式。結果顯示選定區域群震空白期為9.28年,群震週期為6.18年;東北部群震空白期為13.35年,週期無法確定;東部群震週期為7.27年,空白期無法確定。選定區域、東北部及東部群震後200天內發生大地震的機率分別為9.86%、12.06%及6.41%。方程式顯示選定區域及東部內群震總能量與群震和大地震時間差呈負相關,東北部為正相關。將三區域2024年的群震及地震數據代入方程式,最佳標準化殘差值分別為0.15、-0.01及-0.93,方程式具預測價值,但仍需更多數據支持。