全國中小學科展

第65屆--民國114年

極巨化vs小鋼炮—探討影響颱風暴風半徑之因素與模擬

本研究旨在探討影響颱風暴風半徑的因素,結合模擬實驗分析風場與降水特性。統計2010至2024年西北太平洋共358個颱風案例,結果顯示:颱風的強度與半徑正相關、且生命週期長、生成位置越東(145~155°E)、十月生成者,半徑普遍較大。我們依強度分類定義颱風的大小,發現大型颱風多沿副高邊緣西行後北轉並發展壯大;小型颱風則常直接西行。風場部分,大型颱風風場對稱且壯度大,小型颱風則較不對稱。颱風西行侵台時,結構易受地形破壞,過山後壯度下降,降雨集中於迎風面。 實驗以氣流場模型搭配水霧,改變抽風條件模擬不同規模的颱風,結果顯示,抽風電壓越強、抽風口直徑越大、氣流進入角越小,風場越大。加入台灣地形與木漿棉進行降水模擬,可驗證資料分析結果。

不明膠易

棉花糖、軟糖等食品通常使用動物的明膠,不適合素食者食用。植物性原料的開發因此成為了一個重要的研究領域。本研究將探究植物性原料取代明膠的可行性,並進行延伸性的食品加工應用。 棉花糖是利用明膠與打發蛋白製作而成,我們利用多醣類膠體與果醬做為凝膠劑,研究其取代明膠的效果,並以豆類蛋白進行打發,做出純素棉花糖。實驗結果顯示,植物凝膠劑能夠有效替代明膠,能產生凝結性;而豆類蛋白能成功打發讓棉花糖有彈性,這些植物性原料除了能生成質地良好的棉花糖,也能取代雞蛋成功烘培出素食蛋糕。 本研究的結果為食品行業提供了創新方案,更滿足消費者對健康和環境友好的食品選擇日益增長的需求。

開發有機膦催化之二酮吡咯烯烴β-醯化反應

由於多種阿茲海默症抑制的藥物中含有 pyrrolidine-2,3-dione 骨架,因此本實驗製備其衍生物,拓展神經損傷治療相關的藥品資料庫。研究中成功透過一鍋化策略完成難度較高的β-醯化反應,並且加成三氟乙酸酐的醯氟基,拓展醯化反應、氟化學的應用,展現其在化學及生物活性上的潛力。查閱相關文獻後,設計有機膦試劑作為催化劑,針對反應的條件進行優化,並深入了解其反應機構,建立β-醯化反應理論與實驗基礎,亦將所合成之產物進行純化,透過儀器鑑定化學結構與特性,接著測量並計算衍生物的反應產率。最終製備不同官能基的起始物,合成多種衍生物以豐富資料庫,並觀察不同取代基間的反應特性與立體障礙。

飛向宇宙,浩瀚無垠-自主分項研發火箭技術,推進系統及姿態控制和測量之研究

本研究將火箭分成三大部分:推進、姿態控制、降落,各別研發製作,用 低成本材料結合Arduino實現動態控制,以及自製出研發測量及實驗所需的器材,最後將所有技術整合完成一整支火箭。我們自行設計了引擎噴嘴,結合實驗將噴嘴推力提升,並比較不同噴嘴的推力。為了完成姿態測量,我們利用Arduino自製姿態測量系統,經過測試將其放置於火箭中用其自動量測數據並存取。回收火箭的動態姿態控制系統之部分,我們自製柵格翼,以及利用生活中所見有趣事物,創新製作圓筒姿態控制,實現火箭在空中動態控制。最後將技術整合,完成火箭。

海氣交互作用下颱風滯留對中尺度冷渦的水溫特徵與能量交換機制

本研究主要在探討颱風與其所生成的冷渦之間的相互關係,透過視覺化的海溫動態圖檔可以明顯觀察到颱風在移動時對周圍海溫產生的影響,運用颱風移動時的經緯度座標資料和海溫數據繪製出水平與垂直的海溫比較折線圖,以利後續進行觀察。針對颱風移動時所產生的冷渦進行熱傳導數值的計算,觀察熱傳導值與冷渦形狀和颱風移動路徑的關聯性。最後經由美國大氣海洋總署的大數據資料庫取得葉綠素a的資料,觀察冷渦形成後是否真的有帶動營養鹽上湧,產生潛力魚場。

『蒸』仙!?〜探討仙人掌角質層厚度及刺座與蒸散的關係

本實驗想了解仙人掌角質層厚度和刺座是否對蒸散有影響,結果顯示,刺的長度、數量及密集度與仙人掌的表皮厚度和平均氣孔數有關,刺越長越密集,平均氣孔數越少,表皮厚度越薄。而仙人掌表皮厚度越厚越耐熱,刺越密集越能遮擋光線,可以減少強光的傷害,故刺越密集越耐曬。仙人掌的刺有被紅墨水染色,是由於毛細現象所導致,本實驗中的蒸散量大致呈現有刺大於無刺,而除去刺之後蒸散量下降是由於減少了刺的蒸發量所導致。仙人掌的含水量占其重量80%以上,其莖部有大量的海綿狀組織,可能跟仙人掌針對乾燥環境的適應性有關。蒸散量需要考慮表皮的氣孔總數及表皮厚度,有刺的仙人掌蒸散部位會比無刺仙人掌多,故刺越密集蒸散量就越大。

晶彩人生---探究市售葉黃素飲與自由基之抗氧化反應

市售葉黃素飲外觀呈現橘紅色黏稠狀,去離子水稀釋以光譜儀測量波長在447nm有吸收峰。另以丙酮與正己烷萃取得黃色液體,光譜儀測量最大吸收率於波長450nm。濾紙色層分析法得知含有兩種葉黃素,分為葉葉黃素與米黃黃素,同時也比較菠菜汁與與市售葉黃素膠囊,皆含有葉黃素與米黃黃素。利用芬頓試劑產生氫氧自由基·OH,模擬自由基攻擊視神經時,存在於眼球的葉黃素作為抗氧化劑,與自由基反應,長鏈共軛雙鍵分解成短鏈,黃色消失。並利用光譜儀測量市售葉黃素飲與芬頓試劑反應,為二級反應。最佳反應條件為市售葉黃素飲加水稀釋成原濃度25%,[Fe2+]=0.005M,[H2O2]=0.767M,pH=2.92,反應速率定律式:R=k[葉黃素]2,k=(3.58±1.5)×10-5 1/Ms。

SDGs小尖兵~AI照護生態植栽塔

本研究嘗試自製生態植栽塔及噴水裝置,以文氏管建置氣水循環魚菜共生系統,使用GAI協助Coding,讓AI照護植物。研究發現:可使用毛細載體照護水耕植物,番茄和馬鈴薯根部成長佳,馬鈴薯蒸散作用明顯。木製學生座椅可製作具穩定性及封閉性的生態植栽塔。馬達功率增加1w,出水高度約增加1cm,二種馬達功率的噴水距離、出水量、濕度及保濕度差異小,但25w功率的植栽塔水循環狀況佳。噴頭旋轉300∘~ 600∘可調出水量。將沉水馬達(6w、15w)連接水管及文氏管抽水可帶入17 ml/sec ~22.7ml/sec氣體流量,是穩定循環的魚菜共生系統。GAI生成程式碼及microbit開發板+iot擴充板的「AI照護生態植栽塔」,可應用於食農教育,在節能及自動化省人力的雙重功效下,實現SDGs促進永續農業的目標。

負負得正

一群人熟識彼此身分的朋友圍圓桌而坐,每個人可能是老實人(說實話),也有可能是騙子(說謊話),對於老闆的提問「右手邊的是騙子還是老實人」每個人做出回答。本文就每位顧客所答的身分進行分析,然後延伸問題,假設答題者會繼承所答的身分(我們稱為繼承身分),舉例來說:如果顧客小明的回答是老實人(騙子),那麼小明的身分在答題後就會變成老實人(騙子),接著進行第二輪答題、第三輪答題、…,重複進行下去。文中我們解出了只有當顧客人數是2k 時繼承身分才會收斂,並且證明出在第n 次必然收斂到全好人;若顧客人數不是2k 時,則會產生循環。

使用氣溶膠噴霧產品對人體與環境是否造成危害探討

本實驗旨在測試氣溶膠噴霧產品使用時推進劑之噴出量,以了解日常使用此類產品時推進劑之暴露量是否對人體、環境造成影響。研究對象為五種市售氣溶膠噴霧商品,包括洗面乳、髮妝造型噴霧以及刮鬍泡。本實驗採用內容分析研究法,以FTIR測量測試腔內推進劑種類及濃度,用以推估浴室空間濃度、模擬使用時人體呼吸暴露量、以及污水系統中的累積量。分析方法包括FTIR紅外光譜分析、T-test量化分析。結果顯示,測試商品中推進劑的種類為丙烷、丁烷、異丁烷,部分丁烷使用時濃度高於立即致危濃度(IDLH),表示可能對人體有危害,使用後推進劑隨殘餘泡沫流佈污水系統,亦可能對城市安全及環境造成影響,因此,建議應制定完善的規範,以確保使用者的安全和環境的永續性。