全國中小學科展

國中組

日羽聚增-變焦控溫太陽爐研究

如何協助非洲落後國家發展太陽能,解決日常生活的煮食是當今最熱門的話題。根據生活科技課本所學,太陽能的應用分為太陽能光熱及太陽能光電轉換,為了利用太陽能實踐低碳生活,我們嘗試製作各類聚光太陽爐,並比較其運作差異,了解如何提升太陽爐的效率,進而設計一款有別於市售的變焦控溫複合式太陽爐,大膽的提出改變距離的變焦方式來控制溫度,有效整合菲涅爾透鏡與凹面鏡,達到雙邊同時加熱之聚光太陽爐的設計。另外,搭配360度升降的聚熱旋轉雲台之輔助,讓食材有效均勻受熱,同時考慮天氣不穩的因素,結合太陽能板所提供的電力能源,供給ZVS低壓高頻加熱器,輔助聚光太陽爐的不足,根據不同食材提供多元性的烹調方式,並縮短煮食的時間。

飲「鹽」止旱~探討台灣藜抗鹽耐旱的可能原因及囊狀細胞角色

台灣藜為台灣原生種作物,本實驗發現其種子發芽率與幼苗生長,隨鹽度及乾旱程度上升,受到很大抑制;發展至第一對葉,台灣藜才展現較好抗逆能力。花青素與類黃酮比較結果,不論是子葉或是第一對葉,鹽度越高或越乾旱時,含量均較高。但POD與CAT活性,子葉時活性變化不大。生長至第一對葉時,POD在2%鹽處理組,活性上升10.8倍;乾旱w40%組,活性上升3.6倍。CAT在2%鹽處理組,活性上升5.2倍;在乾旱w40%組,活性上升3.8倍,酵素活性的結果與抗逆關鍵時期相符。刷除囊狀細胞後,發現台灣藜在鹽逆境下生長較差。2%鹽處理後,將囊狀細胞刷除,CAT活性下降約82%,POD活性下降約39%。囊狀細胞除了儲鹽能力外,尚有抗氧化酵素存在其中的可能。加鹽的處理能加強抗旱能力。

含「晴」脈脈~葉片排列與受光面積對太陽能板效率之研究

近年來環保意識抬頭,但是人類對電力的需求卻從未減少,太陽能有效利用一直是個課題。本研究調查各種植物經物競天擇的樹葉排序方式,想像植物葉片就是太陽能板,研究其角度、面積和排列方式...等,並找出利用太陽光最有效率的葉序排列。本研究蒐集不同葉序的植物,在不同角度陽光照射之下,使用機器視覺技術來自動定位葉片,再進行影像判讀測量出受光與非受光相對面積比例的變化,探討哪種植物的葉片排序方式對太陽能利用最有效率。實驗顯示:受光面積相對比例由大到小分別是: 叢生>互生>輪生>對生,此重大發現期望未來能深入研究,改善太陽能板的設計,期待將模組化微型太陽能板藏於仿生行道樹中,提高效率並為城市注入生活美學。

陰陽調和

本研究主要在探討農曆在經過幾年要置閏,是否有一定的規律,過程是收集近百年的數據,整理後加以觀察,找出其規律。再研究天文方面的置閏規則,找出較好的置閏法,最後將兩者做比較統整。在生活上則引入探討幾年後農曆的生日會和國曆的生日在同一天的問題。

絕「簇」逢生---探討蠶豆及秋海棠形成氣孔簇的環境適應現象

本研究觀察秋海棠葉片的氣孔簇發現,在土壤溼度低的環境能誘發秋海棠(Begonia grandis)葉片出現氣孔簇,因此推測氣孔簇特徵是某些植物為適應乾旱環境所表現的策略。此外,觀察蠶豆(Vicia faba)的氣孔簇,其型態雖異於秋海棠,但在乾旱條件下(澆水量10mL/天),氣孔簇數量也會增加,直至適應缺水環境為止。因此,推論氣孔簇的出現是某些植物節流的共同策略。氣孔簇的特殊形態讓植物不致於因缺水而關閉氣孔,導致無法進行光合作用,如此可增強植物適應乾旱環境的能力。

一公升的光線

本實驗利用水的折射原理,設計一個能替代傳統燈泡、省電燈泡的照明系統。同時利用水的降溫效果防止LED因電熱效應而燒壞,延長燈泡的使用壽命。我們設計出來的此散光瓶裝置,比一般燈具省電,希望將來能應用在日常生活上,為綠色建築點亮環保的一盞燈。另外,我們也針對菲律賓利用寶特瓶增加室內照明的做法做了改進措施,使將日光引進室內的效果更好。

Who焦蝦? 社會經驗對螯蝦壓力反應行為影響之初探

本研究嘗試以螯蝦動物模式探討社會經驗多寡與性別差異對其面臨壓力反應行為的影響。我們成功建置隔離獨居、集體群居之養殖系統;設計競技缸試驗來觀察螯蝦面對優勢個體的互動行為,再透過十字迷宮試驗進行螯蝦壓力反應(類焦慮行為誘發)之評估;此外,我們發展簡單的影像分析方法來解析影像數據。結果顯示,社會經驗(集體群居或獨居)與性別都會影響螯蝦面對優勢個體的互動模式與壓力反應行為,且性別差異的影響力較明顯,公螯蝦有較高比例的迴避、戰鬥狀態,母螯蝦互動以推擠為主,此外,社會經驗多的小公蝦可能因能迴避生存威脅、處理面對優勢個體所導致的壓力,而更趨於探索環境。

綠色革命的冷房系統研究

台灣地處亞熱帶地區,不論日照時數和太陽輻射能都非常可觀,但是截至目前為止,都還沒有作最合理、有效的運用,殊為可惜!本研究主要是針對這些不合理、無效率之處,研究出一套創新的解決方案,使太陽能能夠作最佳的利用。研究中特別針對水的傳導、對流作了一系列實驗以便掌握水的熱量傳播方式,並且設計了溫控和光控兩種開關以控制水的流量,從而研發出一套創新的「綠色革命冷房系統」。

數學界的虛實整合(利用3D列印創新萬花呎之研究)

我們從圓繞圓的萬花尺出發,先熟練傳統萬花尺的數學原理,並自製一些特殊的狀態,例如畫橢圓的萬花尺等。接著是圓繞橢圓,這部分要注意橢圓的周長要改以齒數對應到內圓的周長齒數。另外我們延伸出兩個主題,橢圓繞圓、橢圓繞橢圓,這兩種一定要結合我們學校的3D列印設備創作新的萬花尺模型,並進一步的推導橢圓繞圓和橢圓繞橢圓的擺線方程式,最後我們也歸納出筆插位置不同、起始點不同所畫出的圖形差異。

「碳」與「鉛」的邂逅---奈米發光碳點的合成及其在重金屬鉛的檢測

水熱法合成奈米發光碳點,以檸檬酸與乙二胺為反應物,檸檬酸提供碳、乙二胺提供氮,作為奈米碳點上的缺陷,進行反應的裝置是高壓釜,反應的條件,150℃、2.5小時,產物為黑褐色液體,不需再分離。高壓釜可有效控制合成的產物在奈米的尺寸。綠色雷射光束,進行廷得耳效應,有綠色光徑;照射UV光,會發出藍色的螢光,證明產物確定為奈米發光碳點。藍色螢光的偵測,以數位相機的感光元件為偵測器,電腦軟體DCM顯示當時照片裡RGB的數值,以B值作為測量藍光螢光的強度。奈米碳點與多種金屬離子反應,只與Pb2+發生聚集,藍色螢光強度會減弱,發生淬滅,具有選擇性,此種奈米碳點可以偵測水中的Pb2+,同時,Pb2+濃度增加,會使藍色螢光強度減弱,為濃度淬滅。