全國中小學科展

國中組

探討以折光計檢測酒精濃度及應用於高端鳳梨酒的測定

本研究成功開發高端鳳梨酒釀製方法,有助農民疏解鳳梨產銷問題。從以折光計測定酒精度,發現該方法有濃度限制性,經實驗提出正確的測定方式,成功應用在鳳梨酒的酒精檢測。探討乙醇與水的非加成性,避免配製時產生誤差;也探討折光計測定酒精需在50%內才有準確結果。高端鳳梨酒的製造,探討最佳釀造條件如糖添加量、溫度、酵母菌、及蒸餾等。結果顯示鳳梨汁在25°Brix糖度、與酵母菌重量比100:1、於15°C-25°C發酵僅需4~6天即可完成,糖的分解率高達75%,可降低成本,靜置3月蒸餾可得鳳梨風味酒。本方法可降低成本,提升售價,提高農民收入並解決鳳梨過剩問題,此模式也能用於其他產量過剩的水果。經蒸餾收集的高濃度酒精,也能用來調配成殺病毒的酒精。

如「藿」至寶−探討藿香薊萃取液之應用

本研究旨在於探討菊科植物紫花藿香薊(Ageratum houstonianum)、白花藿香薊(Ageratum conyzides)及貓腥草(Praxelis clematidea)對於抑菌效果、果蠅趨避、渦蟲斷片再生之影響。研究結果指出:(1) 抑菌的部分,平板塗盤與紙錠擴散法抑菌效果最好的萃取液為三種植株之酒萃;菌液懸浮抑菌效果則為紫、白藿香薊之水萃最佳。(2) 果蠅趨避實驗中,貓腥草的萜類化合物有趨避果蠅之功效,且以乾餾法效果最佳;而紫花藿香薊沸水萃萃取液可用來吸引果蠅。(3) 在組織再生的實驗中,紫花藿香薊水萃有抑制渦蟲斷片生長的現象。所有萃取液中僅有紫、白藿香薊沸水萃與白花藿香薊乾餾萃取液高於控制組之斷片生長長度。

榕樹葉裡的鑽石-探討鐘乳體的形成與應用

本研究針對校園榕樹植物葉片中的石囊細胞、鐘乳體,探討其結構特徵、物種差異、發育過程、環境影響與中和酸雨的潛力,並使用ImageJ進行測量、量化分析。首先,顯微觀察不同榕屬植物的鐘乳體結構差異、不同年齡葉子的鐘乳體發育過程。接著探討不同環境因子對鐘乳體形成的影響。最後,測試不同榕樹葉片對酸雨的中和效果,探究榕樹枯葉促進小白菜種子發芽與生長的效果。結果發現,鐘乳體要到半成熟葉才發育,到老葉就發育完整;不同的土壤酸鹼值、光照強度與光合作用,會影響鐘乳體的形成;利用鹽酸溶解和鈣濃度測試,驗證其成分為碳酸鈣。本研究提供鐘乳體形態、品種差異、發育過程與生理功能的深入理解,並探討其在環境保護上的潛在應用。

陸蟹的指引燈 — LED光源對降海中毛足特氏蟹(Tuerkayana hirtipes)誘導行為之研究

降海中陸蟹遭路殺是嚴重的保育議題,本研究探討降海中陸蟹對不同色光的光趨性,評估光趨地下廊道之可行性。研究於壽山進行白、紅、藍、紫、綠光之趨性實驗,分帳篷和水管兩種測試,綜合結果顯示毛足特氏蟹對藍光展現最高的光趨性,白光及紅光次之,最後是紫光及綠光,在綠光閃爍下呈現明顯的迴避性。接著於墾丁香蕉灣進行藍光誘導實驗,得出多數降海中毛足特氏蟹被光源吸引而由藍光處離開。本研究為國內外首次對降海中陸蟹進行光趨性實驗,得出以下結論:降海中毛足特氏蟹對藍光有顯著光趨性,此結果可望應用於陸蟹降海路線的涵道,利用光誘導降低陸蟹於地下廊道的迷航現象並提升其利用,以減少陸蟹媽媽和數以千計的卵遭路殺的機率。

探討速率及添加鹽類對Antibubble的影響

本次研究探討速率及添加鹽類對反泡泡成功次數與生存時間的影響,我們發現: 一、 成功次數最高的基礎變因為:水與洗碗精重量比100:1,吸管外口徑寬度0.6cm,入水角度垂直水面50度,吸取水量高度離管口2.5cm,吸管距承接液面高度0.5cm。 二、 吸管滴下液體速率在12.2~14.8cm/s之間,可成功產生反泡泡。 三、 滴入的間隔時間及加入食用色素,對反泡泡成功次數與生存時間的影響並無影響。 四、 隨著鹽類的莫耳數增加,成功次數及存活時間都明顯下滑。 五、 最佳成功次數取決於陰陽離子價數,一價優於二價;最佳存活時間長短取決於離子價數與適當的離子半徑。 六、 添加鹽類後,黏滯性並非影響存活時間的主要原因。

能即時顯示用水量並具有物聯網功能的水流計量設備

臺灣為世界排名第18位的缺水國家,面臨嚴重的缺水危機,有鑑於水資源的有限及寶貴,如何落實節約用水,是我們研究的初衷。我們利用Arduino為核心,配合水流計量器、OLED顯示幕及藍芽和WIFI模組,設計出能即時顯示用水量並具有物聯網功能的水流計量設備。每次用水時,都能讓使用者注意到用水狀況,且能記錄每次用水的時間及用量,並可透過藍芽或WIFI上傳至手機和雲端資料庫,具有簡易的物聯網功能;對於用水過多的行為,除螢幕反白及發聲警示外,更可控制電磁閥將水流截止,可避免忘記關水或是漏水的情形。此外累積一段時間後的雲端資料庫的大數據,可用來檢討用水習慣。此作品除了實用性,更有潛移默化的教育性,提醒改善不良用水習慣,從家庭落實節水教育。

石英砂表面修飾幾丁聚醣對金屬離子競爭吸附之探討

本實驗先選擇三種不同的石英砂顆粒,測量在水中的沉降速度及密度,選擇最適當的石英砂顆粒,蝦殼經去乙醯化反應後得到幾丁聚醣,溶於弱酸中,將石英砂顆粒,表面包覆SiO2,表面接附幾丁聚醣,製成石英砂幾丁聚醣顆粒,傳統都以Fe3O4為載體,表面接附官能基進化學反應,但Fe3O4易受到氧化或酸蝕而崩解且較為昂貴,實驗發現,抗酸鹼的能力較Fe3O4為佳,且石英砂相對便宜;實驗室中的廢水是許多金屬離子混合,本實驗探討NaCl和Zn2+對Cu2+及Cr3+吸附的影響,發現NaCl會因庫倫力對金屬離子的吸附產生影響,Zn2+會和Cu2+、Cr3+競爭錯合位址,由於離子半徑和帶電量相同的影響,Zn2+對Cu2+吸附的影響較Cr3+大,溶液中如果有離子競爭吸附時,目標吸附的重金屬離子移除率會有顯著的下降。

從莫比烏斯環探討k股n葉結

莫比烏斯環是一種只有一個面和一條邊的曲面,可透過紙條自轉半圈製作出來,本研究的出發點為探討紙環在不同的旋轉圈數下,紙條邊緣的結構,並將其延伸到葉結。因紙條會限制自轉的圈數,因此我們利用水管模擬紙條的邊緣,得出自轉圈數×股數=葉數,又因水管有固定長度,導致在不同的股數與自轉圈數下,圖形不一致,因此我們推廣至討論繩子在圓上等分點的繞法,將經過的等分點記錄成迴圈數列,並改寫成同餘數列以利探討同餘之等價關係。本研究旨在證明可以形成k股n葉結時,k與n必須互質,反之亦成立,又對於所有大於等於3的整數n,必有n-1股n葉結,故n葉結一定存在。最後進一步探討葉結立體結構的幾何性質以及在三維空間中的參數式。

太陽電池在靜止平面與移動載具之最佳儲能研究

本研究探討太陽電池在平面與載具之創新儲能應用,使太陽電池以簡單的方法得到最大的吸收能量。首先,利用Stellarium天文軟體,完成太陽電池最佳方位角與仰角的計算方式,使太陽電池能夠保持在最佳方位。然後,依據光學反射原理,提出全新的鏡面最佳轉角定理,使得鏡面反射之轉角得以迅速精確計算。並藉由引入GPS衛星定位功能,將此太陽電池能量追綜方法,由靜態的地面應用,推展到動態的載具應用。本研究成功將此技術應用於移動載具,達成載具最大能量儲存之目標。最後,經由平面與載具之太陽電池實驗結果顯示,利用本文提出的創新研究,與單純平放太陽電池之儲能作法比較,若能將反射鏡或者太陽電池隨時對準最佳方位角與仰角,可以獲得多出20%~50%的免費能量!

聽海哭的聲音~探討影響海洋噪音的因素

本研究透過實地採樣與實驗室模擬,欲探討影響海洋噪音的因素。在實際採樣中,實地測量高雄市區各處水體之酸鹼值、鹽度及吸聲係數,以探究實際環境中水體如何影響聲音吸收程度。在模擬實驗中,改變水體不同酸鹼值、鹽度等因素並測量聲音音量之吸收係數。結果表明聲音吸收程度受水體酸鹼值影響較大,且吸聲係數在pH7.6~7.8之間有一極大值,因此隨水體的酸化和鹼化,吸聲程度皆降低,以酸化降低較快,鹼化降低較慢。