全國中小學科展

第65屆--民國114年

芭樂新時尚~新型水果套袋之研發

現有的塑膠與紙套袋對環境造成負擔,因此利用海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯作用,在低成本紗布上成膜,以製作新型態的水果套袋。研究結果: 1.製程為先沾海藻酸鈉糊液,再沾乳酸鈣水溶液。 2.不同基底材料會影響套袋的縮小率、耐受性與透氣性。套袋要具透氣性需減少乳酸鈣反應時間,想增加吸水性則要在海藻酸鈉浸泡時間久一點。 3.實地應用於芭樂園採收率達96%,只加醋酸的細紗布套袋效果最佳,具有厚度低(0.24mm)、水分散失快(6小時內降低92%的水分),透氣性佳(水氣穿透率91%)等特性,在製作時須注意總面積有51%的縮小率。 4.未來發展:設計防果蠅、防螞蟻、防曬功能,以及多型態的套袋設計(如三角立體設計、觀察口設計等),讓其更適合實際應用。

惜「域」憐「香」--環保天然線香的自製研究

本研究探討自製線香的燃燒特性與環境影響,結果為燃燒速率並非僅受直徑影響,成分比例與製作方法亦為關鍵因素。此外,懸浮微粒濃度並非單純隨距離遞減,而與線香材質相關,部分樣本於100公分處濃度最高。雖然燃燒速率較高的線香未必產生更多污染,但材質對環境影響顯著,特定配方更易造成懸浮微粒擴散。 環境條件亦影響懸浮微粒分布,狹窄場域容易導致淤積。此外,香粉種類影響燃燒性與微粒產生量,並非單純粉末越細或含量越高即提升燃燒效率。部分香粉(如茶粉)需混合適量黏粉輔助燃燒,且不同原料化學性質須深入研究。 本研究亦發現混合香粉能提升燃燒穩定性並降低污染,且其獨特香氣可能源自不同化學成分的交互作用,提供未來配方研發之參考。

觀光三輪車對鹿港觀光之效益與影響探討

鹿港老街榮登2024年十大熱門景點榜首,但觀光三輪車所引發的交通問題也備受關注。本研究旨在探討三輪車對鹿港觀光的效益與影響,並提出優化方案,以提升城市形象與觀光品質。研究透過訪談三輪車業者、當地居民與遊客,並進行問卷調查,共計232份樣本。結果顯示,曾搭乘者普遍對導覽體驗持正面評價,多數願意再搭乘;未搭乘者則多因交通混亂或行程未涵蓋三輪車而選擇不搭乘。綜合分析指出,應從旅客需求與業者角度出發,改善現行亂象。本研究建議包括設立規範停靠站、導入數位支付與預約系統、提升導覽品質、加強行車管理等,以打造具特色與國際化的鹿港觀光形象。

圓內接多邊形西姆松線的延伸思考

本研究是將三角形的西姆松線推廣至圓內接N邊形的西姆松線,已知三角形的西姆松線有孟氏定理,利用數學歸納法可證得圓內接N邊形的西姆松線也有孟氏定理;若只考慮外接圓上的一點P對圓內接N邊形各邊所在直線作垂足,則各邊截線段比值的連乘積也會等於1;已知三角形外接圓上兩點𝐏、𝐏′的西姆松線之夾角,會等於𝐏、𝐏′兩點所對的圓周角。利用四點共圓、兩層西姆松線的關係可證得:圓內接N邊形圓上兩點𝐏、𝐏′的西姆松線之夾角,會等於𝐏、𝐏′兩點所對的圓周角的(N-2)倍;已知若兩個三角形的外接圓相同,則外接圓上一點𝐏對應兩者的西姆松線之夾角為定值,跟𝐏的位置無關。利用四點共圓、兩層西姆松線的關係可證得:兩個N邊形的外接圓相同時也成立。

伸縮毛毛蟲-如何將正方形與正三角形的規律圖形面積平分

將正方形的邊長從1,2,3,4…依序增加,在面積最大的正方形左上角,加上一個長方形,使其寬等於最大正方形邊長的一半,將最左上角的點連接最小正方形右下的點,形成對角線,問長方形的長為多少時,此對角線能將圖形平分。在此,我們得到一些結論及一般化的證明。 接著,我們把正方形改成正三角形,將三角形的個數依序增加,而邊長依序是1,2,3,4…,在面積最大的三角形旁加上一個梯形,梯形的高為正三角形高的一半,接著畫出斜對角線,我們想問梯形的底為多少時,此對角線能將圖形平分。這個問題,我們也得到一些結論。

消氨×植碳:比較養殖水與自來水對氮循環與空心菜固碳效益的影響

本研究探討「養水」過程水質穩定的重要性,再以養水組、自來水組為實驗及對照,分別觀察水中氨氮、亞硝酸鹽與硝酸鹽濃度變化,驗證硝化作用是否自然發生。結果,靜置兩週能有效培養硝化菌,建立氮循環。當硝化菌大量生成後,水質會突然呈現清澈狀,若穩定度被破壞之後,還需要12天才能達成平衡。 再探討「養殖水」利用在種植上,可促進植物生長並兼具氮循環與碳固定功能。我們分別比較養殖水組的空心菜長度、重量與碳含量均優於自來水組,推估吸收二氧化碳量提升超過20%。本系統證明魚類排泄物可轉化為植物養分,創造「消氨×植碳」雙效益,實踐水資源再利用與碳固定目標,呼應聯合國SDGs中(目標6、13),展現簡單可行又具永續價值的水耕共生系統。

液滴與固體表面的碰撞行為探討

本研究利用注射器與蠕動泵浦穩定產生直徑 3mm 液滴,並以高速攝影觀察其撞擊行為。實驗發現液滴撞擊乾燥固體表面時,表面粗糙度對接觸角影響不明顯,親水與疏水材質則導致「錨定」或反彈翻轉。進一步研究顯示,液滴撞擊濕潤表面時,親水材質易拉緊液滴表面使其回彈,超疏水碳黑表面則造成液滴彈跳分離。針對濕潤IC晶片進行熱交換分析,結果指出高韋伯數液滴可打破錨定產生飛濺與擴散,顯著提升散熱效果,當韋伯數達193.3時降溫幅度達8.6°C,效能較低韋伯數提升近80%。本研究證實韋伯數與表面性質對液滴撞擊行為具關鍵影響,對液冷與熱管理技術應用具有潛力。

三角形內特殊直線變換所構造的軌跡

本研究探討給定三角形經由其三中線、三中垂線、三高、三內角平分線、兩外角平分線及一內角平分線,將線段延伸為直線,分別以其與邊或邊的延長線的交點為旋轉中心同時旋轉,作為新三角形的三個邊,圍出新的三角形時(簡稱為變換)的性質,並關注重心、外心、垂心、內心、旁心的位置。 本研究分析變換一次,尋找新三角形隨旋轉角度變化的性質;及固定某個旋轉角度,進行n次變換時,形成的點列所在的曲線方程式。 結果顯示,變換一次時,根據三線選擇的不同,各自出現陪位重心、心的重疊、Kosnita 點、多心共圓、共圓錐曲線…等性質;而當固定某個旋轉角度,進行n次變換時,則分別有等角螺線或收斂到特定形狀的性質。

范氏起電機驅動之靜電風車運動模型探討

本作品係 利用范氏起電機產生靜電,並以電壓驅動標準靜電風車及自製鋁質靜電風車模型。其中標準靜電風車為范氏起電機附帶之零件,而自製靜電風車可改變包含尖端角度,風車半徑與阻力係數。以電鑽增加轉速改變范氏起電機輸出電壓。在各項實驗中分別測量包含電壓,離子風穩定性與轉動角速度。透過參考資料與實驗建立風車系統轉動時的統御方程式。結論包含推力與電壓呈正相關並在尖端角度介於30-45度間有最大推力,半徑影響特徵時間與終端角速度,阻力係數影響轉動方程,使系統分為指數飽和與雙曲正切飽和。最後探討其對空氣中微粒清潔之實際應用。

書謀話策──論乘法賓果的玄機與妙算

本研究探討乘法賓果雙人對戰遊戲的設計原理與對戰策略。 探討問題與獲致結果如下: 一、正整數1~c兩兩相乘所得乘積總個數,找出計算公式。≤500只有7個c恰可組成正方形棋盤。重複的乘積,其最大質因數≤𝑐/2。 二、由棋盤邊長n和m數連線,可計算出棋盤各位置的賓果組合數量、及可與之賓果的位置數量,且可判斷合適的m值。 三、按照數字大小排列邊長≤6的完美棋盤,都是先手較占優勢的不公平棋盤。對戰策略包括:取得棋盤中央位置、選擇平方數、賓果係數較高,考慮可連跳乘積數的相關性質、倍數位置分布等。 四、設計公平棋盤並用不同方法驗證。 五、編寫程式,找出可排成較大正方形棋盤的數,且模擬隨機對戰,找出雙方勝率,以驗證棋盤的公平性。