全國中小學科展

國中組

錐心覓跡-圓錐曲線及其內接四邊形的作圖與幾何性質之探討

在平面上,我們都知道相異五點可決定一圓錐曲線。若給定任意四邊形,是由四邊形的四個頂點及異於此四頂點的第五點來決定圓錐曲線,則稱此四邊形為圓錐曲線内接四邊形。 本研究將四邊形分成平行四邊形、梯形及兩雙對邊皆不平行的四邊形等三種來討論,並同時考慮其為圓内接與非圓内接之兩種情形的四邊形,探討圓錐曲線内接四邊形的作圖及其幾何性質。研究中藉由六個輔助定理(包含圓錐曲線的直徑與定值性質及推廣圓内兩交弦定理)論證出二種拋物線及其内接四邊形的作圖及其判定條件,再進一步推導出圓錐曲線内接四邊形的作圖及其判定條件。也發現圓錐曲線內接四邊形的兩對角線斜率性質,並證明有趣的錐線中心軌跡圖形。

AI影像辨識輔助視力量測系統

近年來因為COVID-19緣故,學生線上學習的比例提高,但礙於疫情無法頻繁至眼科做視力追蹤,故本研究利用Yolov3建立可辨識手勢的AI模型,並結合視力量測規則,研發出無人協助即可達成即時量測視力的人工智慧系統。 研究結果顯示,本系統所得之視力檢測值平均準確度可達96.645%,相較傳統量測視力之總誤差平均值僅有0.096,且每人次的量測時間僅需約五分鐘。完成檢測後,系統會自動將量測結果上傳至雲端資料庫,並可利用本研究設計的視力追蹤App進行視力變化查詢。 綜合上述,本研究可在一般家庭裡使用、紀錄及追蹤視力變化,未來更期許可進一步配合使用在醫療診所或學校,協助醫護人員量測視力,減輕醫護人員的工作量。

雞母珠之迷與謎

雞母珠是一種含有劇毒的豆科植物,尤其是種子的部分。我們鎖定目標探索雞母珠種子的毒理作用,並設法找出解除毒素的方法。一方面,用水和有機溶劑去萃取其毒素,測其效能。另一方面,使用鹽酸、氫氧化鈉等化學藥品、加熱、酵素、調pH值等方法,設法解除其毒性。並以水蚤作為生物感測器。最後我們發現使用低劑量煮沸過的雞母珠種子萃取液添加在水蚤的生長環境中,竟可使水蚤長得比對照組更好。如此兩極化的轉折,一如雞母珠種子之外觀,令人驚豔不已。再者,我們研究的對象是雞母珠種子的萃取物,屬於複合物,其表現也和其他研究者針對雞母珠種子單一成分所得到的認知大相逕庭。我們的研究將一一解開雞母珠之謎。

當渦們酮在一起-金狗毛蕨對渦蟲再生能力的探討

本研究在探討台灣金狗毛蕨萃取物對於渦蟲傷口再生的影響,中醫認為金狗毛蕨具有抗菌效果,因此本研究同時分析了其根莖與茸毛中的酮類和酚類成分含量,並測試了其抗氧化能力。研究發現: 1.50%乙醇萃取液,金狗毛蕨具有最高的總酚類化合物萃取量,且透過延長萃取時間至3小時,萃取量將提高。 2.其含有豐富的總類黃類化合物,特別是在50%乙醇或純水溶液萃取情況下。 3.95%乙醇或99%甲醇萃取的金狗毛蕨溶液,顯示出極佳的抗氧化能力。萃取液在稀釋至0.1%後,對渦蟲傷口的再生效果特別顯著,尤其是95%乙醇與99%甲醇萃取液。 4.渦蟲再生試驗主要觀察尾段長出眼點的時間,以95%乙醇萃取液以及99%甲醇萃取液的渦蟲再生效果最好,能夠明顯縮短眼點的再生時間。

新式複合顏料

上美術課時繪畫有許多缺點例如乾燥時間不易控制、要長久保存需要加保護油,放置地點要控制溫濕度等。我們的實驗想要製作可以簡單長期保存的顏料,首先尋找高分子聚合物酚醛樹酯當基底,加入穩定的亞麻仁油以及異丙醇當溶劑、再添加色料,最後加入可以均勻混合溶液的乙酸異戊酯來製作成顏料,此顏料黏性適中能畫在各式材料,例如畫紙、玻璃板等上面,且具有塑膠特性,如果沒有被太陽光長期直接照射,不容易分解、退色、發黴、不被蟲咬、不會發黃、變色或裂開。可以取代油畫與壓克力顏料。此外可以精簡油畫器材,方便攜帶,減少運送的重量與體積,可以解決油畫從中世紀以來的長久問題,為美術材料一大突破。

銅鋅生長之術~探討電解硫酸鋅溶液之研究

本研究秉持綠色化學之精神自製反應槽,並探討電解硫酸鋅溶液之研究。實驗就電極距離(1.0 ~ 2.0 cm)、施加電壓(9 ~ 21V)、溶液濃度(1x10-3 M~1x10-2 M)、不同正極材料和不同金屬溶液(分別包含Zn2+、Sn2+、Ag+、Co2+)進行討論。 當電解硫酸鋅溶液且鋅為正極時,電極距離之倒數和鋅金屬生長速率呈正比。當施加較大電壓時,鋅金屬生長速率有越快的趨勢,電解溶液濃度和在45秒內析出鋅金屬量成正比,也和鋅金屬生長速率成正比。 當電解硫酸鋅溶液且銅為正極時,除鋅金屬析出外也發現銅金屬析出,溶液濃度越高則銅金屬生長位置距離負極越遠。當電解1x10-2 M不同金屬離子溶液時,金屬生長速率快慢為銀>錫>鈷>鋅,而銅金屬生長距負極距離為鋅>鈷>錫>銀。

「坐」不兩立

一群人依序入座在r列c行的座位中,每個人都盡可能地不坐在其他人的旁邊。我們定義在某一入座順序中,入座時的座位,相鄰座位都還沒有人入座,此時我們稱這個座位為滿意座位,否則就稱非滿意座位。明顯地,滿意座位不能與其他的滿意座位相鄰。而滿意座位分布狀況就是圖論中的極大獨立點集問題。 我們先以Excel VBA程式進行模擬,對座位排列進行確認及優化,再利用程式模擬的結果及根據極大獨立集定義,探討極大獨立集的基數狀況。當矩形的列數和極大獨立集基數固定時,我們運用極大獨立集零件拼接的變化求出極大獨立集的排列數。此外,當極大獨立集基數固定時,極大獨立集圖形藉由獨立點移動而擴大的規則,我們意外發現其狀況與費氏數列有關。

欲顏又紫追根究柢 - 紫葉酢漿草的抗逆境研究

本研究主要以紫葉酢漿草為研究對象,探究其處在日照、酸鹼度和水分等不同逆境時的形態與生理反應,同時以黃花酢漿草作為對照。 研究結果顯示,除了形態上的差異之外,當日照縮短,紫葉和黃花酢漿草的葉內色素含量會先增後減,但紫葉酢漿草的色素分解速度較慢。同時,葡萄糖與花青素含量的變化趨勢呈正相關,與防止光抑制作用產生有關。 在不同酸鹼度影響下,紫葉酢漿草較不耐酸性,此時的花青素含量最低,但葡萄糖最高。而乾旱一個月後,部份葉片會變色或萎蔫,葉內的各類色素含量皆變低,但葡萄糖含量會增加。此時花青素與葡萄糖含量呈負相關。因此,除葉綠素a含量外,利用花青素與葡萄糖的比例關係,未來應可發展成植物是否處於逆境的有效指標。

藻紙如此,何必砍樹~探討利用三種絲狀藻造紙效果之比較

本研究採集三種絲狀藻,包含鞘藻(Oedogonium sp.)、剛毛藻(Cladophora sp.)、和黑孢藻(Pithophora sp.),利用這三種絲狀藻來製作藻紙,採用的製作程序是『採集原料→曬乾(或不曬乾)→漂白(或不漂白)→加熱(或不加熱)→打碎(不同時間)→抄紙→取出壓乾』的各種變化,製作了超過119張的藻紙,並和市售的影印紙比較外觀、重量、厚度、透光度、吸水性、吸油性、抗張力性、耐折性等性質,認為藻紙的品質不會比一般的手工紙不好,如果可以針對製作原料和製作程序多作試驗探討,一定可以做出品質非常好的手工紙張。利用絲狀藻為原料來製作紙張,除了減少樹木的砍伐,而且因為製作的過程不需要為了溶解木質素而使用鹼液,可以降低對環境的影響,是值得推廣的一種造紙原料。

塵埃落定

細懸浮微粒對健康的傷害眾所周知,各種形形色色的空氣清淨機應運而生,其中一般家庭用的空氣清淨機以濾網式過濾為最大宗,不管是單層濾網還是複合材質濾網,普遍都存在濾網過濾效能不佳的問題,本研究透過對各種空氣污染防制設備的研究,研發出一套新型的空氣清淨裝置,透過這套設備能夠有效的提高濾網使用效能,並對各種細懸浮微粒更有效的攔截。同時我們對這套設備進行優化讓它能夠進行遠端遙控與監測,更加方便使用者進行空氣品質管理。