全國中小學科展

高中組

「像」由心生-人臉門禁系統

描述未來時空的科幻電影中,人類從來不帶鑰匙、卡片等額外提供機器辨識身分的工具,只要站在門前,機器就會很智慧的反應出是誰要進入,然後決定是否讓行。這種系統是透過在人類身上一些天生的特徵作為鑰匙,例如:臉、指紋、視網膜、腦波等。本次研究就是要實作用「人臉」來開門的「人臉門禁系統」。其實其他公司已有已量產化的人臉門禁系統,但是卻不普及,其中很大的原因就是「造價不斐」。但是其實此系統需要的設備很簡單,如果能大大降低此系統的造價,可以普及的裝設此系統在許多地方。這次科展所開發的系統經過測試之後,數據顯示辨識成功率最高有96.43%。算是一個還不錯的數據,而且造價降低許多,說不定以後出門不用帶鑰匙不再是個夢。

免用墊片刀具柱

(一)隨著機械的進步和生產時間的爭取,古人曾說:時問就是金錢,節省越多的時間,才有更多的時間去賺更多的錢。 (二)在做車床工時,總是覺得裝刀或換刀具的時間過久,並且使刀具對正工件中心的時間過長。 (三)在對正中心時,要準備很多厚薄不一的墊片,而且在攜帶上不方便,選擇墊片也需要浪費一些時監。 (四)刀具對準工件中心,為什麼不能夾一次刀就完成?而是要很多次才能完成。 (五)基於以上的原因,於是決定設計一種可以解決以上問題並保有傳統刀具柱原有的強度和功能的刀具柱。

力學振燙之實驗設計與液體黏滯係數的探討

振盪是力學上常見的現象,但是,高中物理課本中所討論的簡諧振盪,只是一種理想狀態,即質點以一定的振幅繼續不斷地振盪著,不管時間多久,振盪的現象還是存在的。這似乎和我們生活的經驗相違背。所以乃設計實驗探討加上阻尼作用後的振盪情形及其應用。

絕佳默契-光複合材料與D.S.C之改良

色素增感型太陽能電池是利用光觸媒原理成的,因為光觸媒(ex.二氧化鈦)接受光子而產生電子躍遷,但單一基材光譜吸收範圍狹小,因此使用單一基材的電池轉換效率並不高。在此將帶入「複合光觸媒材料」的概念,混合各種基材並擴展其光譜吸收範圍,然而價格昂貴的奈米級基材(除了奈米級二氧化鈦較為平價)提高電池的製造成本,導致普遍性不高,因此將研究奈米級與非奈米級基材搭配,以降低成本並且達到提升轉換效率的效果,藉由複合光觸媒,減低電子再複合的機率(電子進入非正確電路方向的機率),將以奈米級二氧化鈦與非奈米級氧化鋅、二氧化錫、三氧化二鐵為基材,混合並找出提升電池的轉換效率之最佳比例。

貼近與貼近之間─菟絲子生長解密

本研究欲探討菟絲子是否有寄生之外的營養來源。我們藉由切斷其寄生來源,形成菟絲子斷莖,進而探討不同條件下的生長情形:在適當光照與水分下,菟絲子斷莖可延長莖枝並獨立存活約一個月,種於礦物質土壤中顏色由淡黃轉為青綠,種於0.05%花寶五號培養基中分枝變多,0.1%組莖枝延長加快,可見菟絲子斷莖不需經過寄主可直接吸收水及無機鹽。此外,菟絲子斷莖在光照下存活率較高,使我們進而探討其是否行光合作用:經萃取野地菟絲子發現其含有少量葉綠素;連續光照可促使菟絲子斷莖葉綠素含量增加;同時我們也收集到菟絲子光合作用產生的氣體;最後以PCR 與電泳分析,找到光合作用必備酵素rubisco 的基因rbcS。以上均顯示菟絲子可在無寄主情況下行光合作用。

超細粉體之特性

本研究以自製滾動式研磨機,將蛋殼和氧化鋁粉研磨成超細粉體(小於 10-6m)。在蛋殼方面,研磨時間愈長,粉體粒徑愈小,與冰醋酸(3)之接觸面積愈大,故CO2排水速率愈大,並由此推算出不同研磨時間之粉體總數比。在30℃ 時,由不同鹽酸濃度之CO2排水速率可求出反應速率定律式(5)為 r=4.85x10-3 [H+]0.34,同理可求出5℃、60℃之速率定律式,再由阿瑞尼士方程式作圖(10),求出活化能Ea=4.85 10-3J/mol。在氧化鋁粉溶液,以雷射光照射,產生一條光通路;加入食鹽產生凝聚現象;靜置一段時間後,無沉澱現象,證實已研磨到膠體溶液範圍(10-7m~10-9m)(7)。最後在相同粒徑下,將蛋殼粉體與市售碳酸鈣的CO2 排水速率做比較,算出蛋殼中碳酸鈣成份為97.02 %,與文獻97% (9)相近,更說明本實驗之正確性。

金生金適─結合奈米金粒與DNA適體的金黃色葡萄球菌快速檢測系統

金黃色葡萄球菌是生活中常見的病原菌之一,因其抗藥性日益嚴重,是大家所熟知的超級細菌。 目前醫院對此菌的檢測方式,從培養到獲得結果大約需要兩天,對許多感染此菌的重症患者是無法接受的醫療時間延誤。 有鑑於此,本研究利用創新的適體、光電及奈米技術發展一個可以快速偵檢金黃色葡萄球菌的系統。 適體為具有與抗體同樣分子辨識功能的寡核酸。我們利用DNA 適體篩選技術,獲得能夠專一地辨識金黃色葡萄球菌的適體序列,進一步發展高敏感度細菌檢測系統,並測得靈敏度近個位數的金黃色葡萄球菌。本研究亦結合奈米金與共振光散射原理,以簡便的二極體雷射與偵測裝置,可快速判定檢測樣品中是否有金黃色葡萄球菌,大大縮短檢驗所需的時間。

婆娑起舞的曲線

在知識探索的歷程中,接觸實際的事物是增進學習的最佳方法。高二下,我們面臨許多二次曲線上的問題,過些問題可以用空問上的概念來解釋。在以往,我們所涉及、所熟知的只限於平而上的幾何圖形。囚此,我們對於空間上的概念並非十分明確,而必須借重各種模型來加以深入探討,但是我們對於所接觸到教具,感到並非理想,他們過於死板化。所以我們建立了一套活動的立體模型,希望能夠使教學兩方面進行得更順暢,同時也將一些"性質"加以研究、討論、證明。

勾股鐵路網

此研究乃從兩股差1 的勾股三角形 (3 ,4 ,5)開始,藉由勾股數的表達式(n2–m2,2mn,m2+n2)得一數對(m,n)=(1,2)。而我發現一遞迴關係式Sn+2Sn+1=Sn+2。令S1=1,S2=2 則可產生一條數列1 ,2 , 5 , 12 , …;取相鄰兩項如(2,5)、(5,12)、…等,則可找到其他兩股差1 的勾股三角形。Sn+2Sn+1=Sn+2 對於所有邊長為最簡整數比之勾股三角形皆適用。此外我發現任何互質邊長之勾股三角形的股差皆可寫成8k±1 的形式。接著討論股差與數列之性質。我找到一個合成法則,可以將股差分別是d1、d2 之兩條數列合成一條新的數列,且其股差恰為d1d2。另外我也找到共軛法則,來對同一股差的數列予以衍生。最後,將所有的數列集結在一起,便成了一網絡。在數列鐵路網建構完成後,我則推導出了一套原則,用以確認或預估數列的條數。在數列鐵路網建構完成後,我則推導出了一套原則,用以確認或預估數列的條數。

野柳岬奇岩成因的研究

地表的生成係歷經漫長的歲月,逐漸侵蝕、堆積而成的。其形成的歷程中,岩質、營力的不同以及環境因素的迴異或驟變,往往造成特殊的地形景觀。野柳岬位於基隆西北方約十五公里的地方,岬上海蝕地形十分發達,奇岩怪石,觸目皆是,面對此般大地的美景,穿梭玩賞之餘總是充滿著無限的感激與神妙的情懷,本研究活動的目的,係藉著簡單可行的科學方法探討野柳岬上奇岩怪石生成的原因,期望能寓教育於玩賞之中,進而藉此細微的成果,激起人們對於鄉土的認識及親切的情感”而能善加珍惜,開拓與利用。