全國中小學科展

國中組

仿生科技應用於提高太陽能板發電效率之研究

本作品自行開發組立氣體輔助彈性氣膜球實驗系統,並研製可調控之類複眼陣列結構母模具系列實驗設備,藉以複製出類昆蟲複眼之陣列微結構,並將其裝設於太陽能板上進行系統化的實驗,探討類昆蟲複眼之陣列微結構對太陽能板發電效率之影響。實驗過程中經探討不同實驗參數,對複製類複眼陣列透鏡成形性之影響(氣體壓力、週期、特徵尺寸等),並找出對太陽能板發電效率最適合的結構條件。實驗結果顯示,類複眼陣列透鏡結構,其單一特徵形狀愈小、密度愈高(週期愈小),其發電效率愈佳,本實驗條件下,發電效率最高可提升達7.86%,此外,本研究同時增能探討調控菲涅爾透鏡(Fresnells)聚焦方式,並獲得經最佳聚焦位置的獲得,將有助於對太陽能板發電效率提升。

內切圓心中的秘密

給定一個圓,可構作一四邊形ABCD,令其面積為T,而ABCD可由對角線形成的四個三角形,畫出四個內切圓,其圓心連線形成一長方形EFGH,令其面積為t,本研究目的即在討論T/t的比值範圍。 ABCD≈55.22平方單位 EFGH≈9.16平方單位 ABCD/EFGH≈6.03 ∠EFG=∠FGH=∠GHE=∠HEF=90∘

來自鄒族的科學鳥羽箭-探討鳥羽箭的氣動流體力學與聲學之研究

鳥羽箭為鄒族獵人必須學習重要的狩獵技術,蘊含流體力學知識。經由耆老的指導鄒族鳥羽弓箭製作,發現鳥羽弓箭的確可以增加射程及準確率。接著進行最佳化探討,研究發現如下:(1)製弓要使用4節桂竹,(2)箭長度最佳為使用90公分箭竹,(3)最適合黏貼藍腹鷴羽毛於箭尾,(5)射擊的角度0o與45o有最遠的射程,箭尾增加射程及準確率也可於小型鳥羽箭射擊模型被證實。接著探討藍腹鷴羽毛作為箭羽的優點,經實體實驗及模擬實驗相互比對,發現藍腹鷴的羽毛具有穩定流場的功效,藉由實驗分析圖我們發現藍腹鷴鳥羽相較於其他羽毛有較高的風速,產生自較強氣流,紊流卻可減少,降低噪音。以上特點均可提高獵人狩獵成功率,同時支持原住民族科學也可以被西方科學證實。

步步驚魂 ---沙崙海水浴場的美麗與幽愁

本研究主要探討淡水區沙崙海水浴場離岸流的特性與成因。透過專訪了解到2012年所發生的5位學生溺水事件中,學生落海的位置與溺水倖存者對當時海流的描述。接著從沙崙海水浴場海底等深線圖製作立體地形模型,觀察保麗龍球和紅墨水在模型中隨著水波移動與擴散的情形,再實際踏查並空拍海水浴場海水的流動狀況。我們發現:沙崙海水浴場有離岸流,這個離岸流區大約在(25°11'25.50"北 121°25'1.66"東)、(25°11'19.91"北 121°24'49.64"東)兩警戒點之間的海岸線,而其他區域也存在著迴向離岸流區的環流,因此強烈建議在沙崙海水浴場須嚴禁下水活動。沙崙海水浴場離岸流主要是由填海造陸後形成的巨大岬角地形所產生,若沒有人工的改變,原來的海流會順著海岸線進出沙崙海水浴場海灣。

天使的眼淚—探討不同情況下酒淚掛杯表現之差異

我們很好奇什麼是酒淚?為什麼會有這個現象?是否可以從酒淚來判斷酒的品質好壞?故我們設計本實驗來找出不同酒淚表現背後的影響主因到底是什麼。 我們發現並非所有酒精水溶液皆能形成酒淚;搖杯會生酒淚的主因之一為產生液體膜,不同高度液體膜對酒淚的影響皆不同;不同溶質與濃度會造成酒淚表現的差異,如乙醇濃度越高酒淚密度越大;含甘油越多,初始淚低出現時間越晚、酒淚掛杯流速越慢、淚滴寬度越大;乙酸乙酯越多,初始淚滴累積至落下所需時間較短、體積小而流速快;甲醇的趨勢雖與乙醇相同,但其表現又有差異。液體溫度較高時產生的酒淚寬度較大、數量較少但流速快。最後觀察不同種類酒杯的酒淚差異,發現威士忌杯的酒淚表現最明顯好觀察。

「余甘子」抗氧化物的最佳萃取條件之探究及應用於蛋糕食品的優化性

一生的健康始於健康飲食,運用科學探究開始受益終身的美食健康之研究。本研究以富含極高營養價值的余甘子作為出發點進行探討。 研究結果發現:萃取余甘子在純水下於80℃下有良好的萃取效果,萃取時間約在40分鐘左右。透過乙醇有機溶劑萃取余甘子在抗氧化物質,發現水與乙醇比例為7:3時有最佳萃取效果,方法是利用超音波震盪,15分鐘~18分鐘左右。且製作蛋糕時添加根莖類食材,能提升其抗氧化能力及風味。在添加不同糖類時,發現甜菊糖有助於抗氧化能力提升,同時膨脹比例較佳,有好的口感。同時,有無添加余甘子並不太影響蛋糕整體口感,顯示蛋糕甜點製作時,配方上添加余甘子,可增加其保存期限及其營養價值,值得推廣。

海岸線的美麗與哀愁

西子灣和旗津海岸因長期的侵蝕後退,已造成海岸環境急速的變遷,於是政府單位在不同時間進行了旗津海岸保護工程與西子灣養灘工程等措施,基於此,我們收集旗津海岸線變遷以及旗津海岸保護工程相關資料,利用遙測資料分析不同時期的海岸線變化,並以高雄港務局所提供的潮位資料來做海岸線位置的修正,期能了解海岸保護工程的實施對海岸線位置變化的影響。研究結果發現,海岸保護工程實施後,2013年的海岸線比2012年海岸線都有前進的趨勢。而且,在受到不同海岸工程類型的影響下,不同地點的海岸線變化隨著潮位高低的變化趨勢並不是都一致的。但大致上可看出高潮位或低潮位的灘地仍不斷被侵蝕消失。就長遠來看,高雄海岸線繼續內縮恐怕是既定的事實吧!

星狀網路點擴展運算漢米爾頓容錯性質研究

本作品研究星狀網路和完全網路,兩種不同結構的連結網路,使用點擴展運算結合成一個網路結構,並且在一定的容錯範圍內,保證存在漢米爾頓迴圈性質。漢米爾頓迴圈在連結網路的研究中相當重要,若存在此性質,則可以保證發送訊號時,能將訊號發送給連結網路上的每一個元件並接收,且不會重覆接收到訊號。我們使用圖形理論的方式,將星狀網路和完全網路,這兩種連結網路結構,分別抽象化成星狀圖和完全圖,網路中的元件抽象化為點,元件之間的連線,抽象化成邊。如果元件之間的連線故障,無法使用,則稱為壞邊。我們證明 n+1 維度星狀圖和 n 維度完全圖使用點擴展運算後,壞邊數量最多是 n-4 時,保證存在漢米爾頓迴圈。

天涯何處無「塑膠」-探討微塑膠在水域環境及幾種無脊椎動物體內分布之研究

本研究調查高美溼地的海砂、海水及野生無脊椎動物體內有無微塑膠,並購買傳統市場常見的海鮮與之比較。結果顯示高美濕地的環境及物種體內皆含有微塑膠,其中離岸較近的「生態保護區」內海砂中的微塑膠含量高於木棧道外的「永續發展區」;堤岸邊大排水口處海水的微塑膠含量亦多於漲潮海水。高美濕地所採集的物種中,節肢動物平均微塑膠含量較軟體動物高,可能與分佈地區及食性有關,也不排除有生物放大作用的可能。市場購得的海鮮體內亦含有微塑膠,但數量皆遠低於野生物種。高美濕地微塑膠含量皆大於國內外數據,甚至百倍千倍,顯示必須重視此海域汙染問題,也希望國人能發揮公德心,徹底落實塑膠減量,造福自己也造福他人。

AI監測技術追蹤蓋斑鬥魚攀葉行為之研究

我們觀察到蓋斑鬥魚會攀爬到漂浮水面的葉片,這獨特行為引起我們的興趣。為探討蓋斑鬥魚攀葉行為,本研究開發「鬥魚攀葉行為AI監測系統」,可準確、穩定地收集攀葉行為歷程,並直接提供研究數據。我們探討了競爭者數量與葉片特徵對蓋斑鬥魚攀葉行為之影響。 研究結果顯示,蓋斑鬥魚間的競爭行為是影響攀葉行為的重要因素。競爭後,弱者會有兩種不同的避敵行為,一是積極攀葉,二是消極側躺在角落不動。此外,當鬥魚攀上吃水較淺的葉片上,需要以側躺姿勢攀附,但這也是一個相對安全的避敵空間。我們曾記錄到一天高達92%的攀葉時間。 本研究找到了蓋斑鬥魚攀葉行為的原因,提出競爭後的弱者避敵模式,也為動物行為監測技術提供了一個可能性。