全國中小學科展

國中組

欲寄相「虱」「鉛」里月-魚鱗吸附水中鉛離子探討

理化課時,常聽聞老師講述世界各地發生的重金屬污染事件,其中鉛離子所造成的污染及危害尤其嚴重。查詢鉛離子污染相關文獻以及移除鉛離子的方法後,發現膠原蛋白的螯合作用能去除許多有害重金屬離子。而膠原蛋白的來源之一就是從魚鱗提煉。 本次實驗主要在探討不同條件下,利用魚鱗及膠原蛋白與硝酸鉛水溶液中的鉛離子螯合的效果,並以碘化鉀做為指示劑,檢驗鉛離子的殘餘量。實驗結果顯示,魚鱗及膠原蛋白確實具有極佳的螯合鉛離子效果;而魚鱗中除了膠原蛋白,另一種化學物質羥基磷灰石會以置換反應,達到移除水中鉛離子的功效。在數據顯示上,可以明顯看出,虱目魚鱗吸附鉛離子確實具前景及研究價值。

染敏奈米銀格柵-導電膜的研究

去年學姊用天然染料吸收3w鋁基板光照硝酸銀凝膠,使染料的電子躍遷至銀離子膠體上而還原出奈米銀變色膜。今年我們企圖將分散點狀的奈米銀成網狀格柵導電膜,為綠能的研發盡一點心力。 我們成功的改裝偵測光照面積受光的均勻度、縮小抽氣乾燥暗箱層架及空間、整合光照偵測系統至第三代,終於創新研發出可同步以Arduino C語言程式取代三用電錶偵測照光時導電膜的電阻變化與光敏電阻串接的1KΩ電阻電壓分壓變化。 由投影片、天然染液、硝酸銀溶液、白膠、棉紗網格至交錯纏繞難導電的金屬網等材料,成功的研發出由數MΩ降低百萬倍至10Ω左右電阻規格的奈米銀格柵導電膜,非常便宜又精細的製程,讓人人都能製備出導電膜成為可能。

管中冷暖,一壓即知~利用3D列印技術探討渦流管之原理

本次研究利用3D列印技術製作渦流管裝置,以利於變因之改變。透過數位式溫度計及氣壓計,可以即時截取數據,並互相比較。實驗中我們發現,當渦流產生室達到一定的氣壓時,就可以產生冷熱氣流分離的效果,而為了讓渦流產生的效果更好,氣流入射角度大約在45~60度間有較好的效果,渦流管的內徑在6~8mm間,長度在12~14cm時較好。當我們將測到的數據進行理論的分析後發現,熱端的縫隙越小,熱端發熱的效果更好,這也可以讓冷端的冷卻效果增加。最後探討數據與理論間的誤差值後發現,氣體受到絕熱膨脹的影響而降溫,使計算出的數據和實驗值產生誤差的主要原因。

AI排球教練

現在流行AI,我們就想設計一款程式來教人打排球。首先下載python、opencv和mediapipe的Pose landmark detection guide,然後寫入程式,印出關節點的座標。接著找排球隊員,拍攝托球、低手接球、發球、扣球的影片,然後擷取碰球瞬間的影格,載入程式中並計算各個關節點之間的角度,從而定義出標準動作中的各個角度。接著拍攝初學者的各種基本動作影片,然後依照同樣的方法計算各關節點的角度,再與標準版的角度做比較,即可列印出初學者在各個關節點應該修正的角度。再利用Arduino及壓力傳感器做出托球矯正手套,讓人托球之後用LED顯示各個指頭觸球的先後順序,再讓人矯正手指的動作。藉由AI的操作,可以讓初學者快速知道自己的缺點,也知道修正的方法,這就是AI教練的魅力。

白疏巨山蟻工蟻在新建蟻巢階段職務轉換

前人大多研究大型蟻群的職務 (task)分配,但對於新建蟻巢階段的研究少,因此本實驗想了解白疏巨山蟻(Camponotus albosparsus)新建蟻巢階段的職務分配。研究發現,在大空間中,蟻群會增加偵查時間,但不影響蟻群整體的職務數量,但工蟻數量增加時,會使每隻工蟻負責較少職務,然而在新建蟻巢階段的工蟻負責的職務不固定,不同時間工蟻會負責不同職務。本實驗以肉眼觀察,發現其耗費時間及人力,因此開發Tracker追蹤工蟻職務,雖然Tracker無法觀察工蟻細微的職務,但可更快速的分析工蟻主要的職務。未來資訊人員可使用Tracker觀察蟻群職務後,並參考蟻群分配職務的模式,評估最佳化的職務分配模型,運用在人類的企業管理。

手機偵測螢光及吸收光譜探討橄欖油中葉綠素及類胡蘿蔔素熱降解的臨界行為

本研究以兩枚光柵(600條 / mm)、一0.5mW藍雷射光(450 nm)、兩台手機錄影偵測,搭配3D列印,利用自製螢光及吸收雙功能光譜儀,可迅速監控葉綠素的存在或分解,其中吸收光為排除雜訊,以光柵讀取450 nm的二次(second order)光,以Tracker軟體將光譜照片數位化。偵測一滴油30 μl的橄欖油的及時螢光光譜配合二次吸收光譜,分析2種品牌橄欖油中葉綠素遇熱分解過程,發現橄欖油中葉綠素遇熱呈現兩階段式分解。透射二次光隨溫度變化曲線,可用指數函數表示,揭示B牌橄欖油中葉綠素的熱分解係數僅為A牌的 (31.9/87.8) = 0.36倍,加熱到200℃保有21%葉綠素。橄欖油中的油提升葉綠素及類胡蘿蔔素的降解溫度。即時螢光光譜,顯示95℃時,A牌橄欖油中葉綠素含量是B牌的6倍。

縮放自如,果真有別 -邊長縮放對新圖的探討

此研究主要在探討多邊形依序以各頂點為縮放中心,將各邊以相同或不同倍率縮放後連接各端點,形成新圖形,探討新圖形與原圖形間形狀、面積及縮放倍率等關係。從基本的正多邊形做起,到一般多邊形及N角星形,並將推得的結果應用在較複雜或變化的圖形中。

雙圓記 —探究共邊三角形的外接圓

這是一個歷時兩年半鑽研兩共邊三角形外接圓各種有趣關係的探究之旅,透過GeoGebra的輔助,經由(1)觀察圖形及數據形成猜想(2)幾何論證猜想為真的探究歷程。 我們首先探討兩共邊三角形外接圓的圓心位置、半徑、半徑和及連心線的關係,發現並證明出等腰三角形中圓心位置具特殊性、兩外接圓半徑和R1+R2與連心線─O1O2的長度都跟動點D的x坐標呈現函數關係且圖形為雙曲線的一支;據此討論出兩外接圓面積和與原三角形外接圓面積關係,同時發現∆AO1O2~∆ABC且AO1OO2四點共圓。在研究連心線時也發現,當動點D移動時,─O1O2的中點形成一條直線;每條連心線皆與以頂點A為焦點,(BC) ⃡為準線的拋物線相切。最後得出若任意∆ABC的頂點A到─BC的距離相等,連心線─O1O2所包絡出的拋物線皆全等。

星移斗轉探嬋娟-數位AI與星象軟體APP之探討

蘇軾前赤壁賦「壬戌之秋,月徘徊於斗牛之間」正確嗎? 探究可知是1082年8月12日,地點為湖北黃州赤壁(144.05°E,30.45°N),計算歲差可知春分點移動約13度,月亮赤經約位於室宿,和蘇軾所寫不符。AI機器人驗證平均正確率55%,且差異大,其中Perplexity較符合推論,2個月後再驗證,AI會修正回應,Bing正確率100%。星象軟體stellarium網頁、平板版可查出1082年8月12日月亮位置與辭賦相同,但顯示非滿月,其他APP亦有差異。各種軟體在太陽、恆星、與月亮位置、滿月日期都存在差異,且距離現在越久遠則差異越大。我們製作自轉軸可轉動的天球儀,可考慮歲差、計算春分點移動。根據自製天球儀操作,驗證蘇軾辭賦中月亮位置應在飛馬座、雙魚座附近,而非於斗牛(人馬座、摩羯座)間。

圓圓不絕—從四邊形角平分線想起

本文觀察在任意四邊形和蝴蝶形的內、外角平分線所圍成的各種四邊形,並找出相關的性質,其中發現了許多共圓的四邊形,試著證明這些共圓四邊形之間的幾何性質,並探討 這些四邊形的面積關係。