全國中小學科展

國中組

「保水力」水得,解植物的「渴」--探討茶菌膜應用於土壤保水劑之成效

在全球面臨極端氣候影響的背景下,提高用水效率和選擇環境友善的土壤添加物已成重要議題。我們進行了一系列實驗,旨在找出具有最佳含水量和保水力的茶菌膜種類,並將其混入原生土壤中,種植空心菜以進行評估。研究結果顯示,在培養了四週的綠茶菌膜細目1.5×2mm的土壤中,保水力表現較佳。與市售的保水劑聚丙烯酸相比,添加了2%的乾燥綠茶菌膜細目的土壤種植空心菜效果更好,同時對土壤健康和環境保護更友善。這項研究結果提供了一種潛在的環境友善的土壤保水解決方案,可幫助果農在全球極端氣候變遷下提高用水效率並減少對化學保水劑的依賴。

穿越龍宮寶庫

西湖鄉金獅村龍洞溪附近出露的岩層,可以見到分佈非常密集的海膽化石,該岩層為更新世的頭嵙山層,屬於臺灣較年輕的地層,且位於通霄背斜軸與銅鑼向斜軸之間。根據野外調查發現這些海膽化石層大多介於泥岩層及其上部的粉砂岩層之間,並沿著岩層傾向北偏西78度傾角2度延伸分佈於河谷兩側。 透過分析發現,沉積物淘選度好,搬運距離近,海膽化石全是奇異掘沙錢,其受環境影響而有不同顏色,由露頭處估算,消失在河道上的海膽化石體積至少53.37立方公尺,另貝螺類化石也豐富。 綜合各項證據本研究認為研究區海膽化石密集處,其成因可能是氣溫上升與經風暴海水帶到海底沉積,再經地殼隆起而於陸地上,但因岩層沉積物膠結狀況差,顯示海膽化石未經深埋。

七巧板拼凹多邊形

本主題是研究七巧板拼凹多邊形的拼法 。 我們得到下列結果: 一、證明七巧板拼成凹多邊形的最大邊數為17。 二、七巧板拼凹四邊形的圖形分析1種情形拼法不存在。 三、七巧板拼凹五邊形的圖形分析3種情形,計算5種情形的拼法。 四、七巧板拼凹六邊形的圖形分析7種情形,計算14種情形的拼法。 五、用Excel驗證凹四至凹六邊形的情形。 六、用Python程式找出凹多邊形的拼法, n = 4有1種;n=5有5種;n=6有14種;n=7有23種;n=8有41種; n = 9有58種;n=10有89種;n=11有118種;n=12有166種;n=13有212種。

「凌波微步」--- 微波電漿的產生方法及變因之研究

本研究依據「微波電場」造成導體「集膚效應」 的原理,希望探討葡萄在微波爐中產生微波電漿的產生方法及影響因素。過程:進行聚丙烯酸鈉橫截面直徑大小、微波強度、 鋁箔紙角度、線圈間距及線圈圈數等對電漿產生的影響。藉由本研究實驗結果證實:在微波電場中對導體產生的集膚效應,進而激發表面尖端放電進而引發周圍氣體被激發成為離子態進而進入電漿態。而當線圈圈數變多時,會發生短路現象,釋放高溫高熱,使溫度和亮度均升高,但也造成電壓相對下降。我們也進行了線圈金屬材質的實驗,發現鐵(鉛線)因為是磁性物質,因此能夠產生較高能的電漿;漆包線圈因為有機物質可以產生功率較高的電漿。

飛鏢盤上的金幣

本研究是將數學遊戲進行變形,其原本是在線段上分金幣,而我們改成在圓盤上分金幣,規則如下:在圓盤圓周上等距取𝑛個點,依序在點上放置金幣袋,每一袋的金幣數都比前一袋多一枚,每枚金幣皆相等(等值),金幣總數為1+2+3+⋯+𝑛。兩人各丟一隻飛鏢在圓盤的相 異點上(不可丟在圓周上),離袋子最近的飛鏢拿到它所有的金幣,若金幣袋距離兩支飛鏢等 距,則平分此袋內的金幣;我們想要觀察要如何丟飛鏢能讓分得的金幣數量最接近?並找出 一般化的平分手法。我們證明了在兩支飛鏢的情況下任意𝑛袋金幣都可被平分、第一支飛鏢落在圓盤上的任意點皆能找到對應點來使圓盤上的金幣被平分、飛鏢的數量進行變動後依舊能找到平分法及規律。

三角形面積分割及推廣研究

「莫比烏斯環」是由德國數學家莫比烏斯和約翰.李斯丁在1858年發現的。將一般的紙環剪斷後,將其中一邊翻轉一次(翻轉180度)再黏合,會形成一種單面單邊體。本研究將從莫比烏斯環的結構及特性出發,並測試不同翻轉次數,以及不同的裁切方式所產生的影響。最後嘗試找出翻轉及裁切兩種變因不同時的規律,進一步推論在其他翻轉次數或是裁切方式所產生的結果。

「冷窗洞避」---涼感百葉窗吸熱管簾之阻熱及散熱探討

炎熱的夏天,因熱浪來襲導致中暑身亡的案例層出不窮。2022年台灣兒童事故案件中,車內及屋內反鎖案件暴增4.1倍;美國每年平均有38個15歲以下兒童死於車內反鎖!長時間處於密閉的車內可能使弱勢族群造成中暑、缺氧窒息或生命威脅。因此,我們決定先從窗簾著手改善,因為窗簾是陽光從窗戶射入的第一個屏障,本研究為解決室內的高溫環境,以「管狀窗簾」為填充容器,添加六種涼感物質,探討其阻熱及散熱效果。研究結果為:碳化矽管簾的阻熱效果最好,而奈米銀管簾具最佳的散熱效果。未來,希望能應用於日常生活中,例如:車輛隔熱材料、建築的隔熱材料、熱保溫杯具、冷凍食品包裝、電子產品散熱材料等,以達到節能減碳目標。

解構奧運會徽探討平面鑲嵌

觀察2020東京奧運會徽,發現圖形是由矩形組成,且矩形可經由三種元件(30°與150°的菱形、60°與120°的菱形、正方形)的各邊中點連線而成,本研究旨在利用這三種元件,探討平面鑲嵌。首先,找出利用元件拼貼一圈的組合個數,進一步向外擴增成正十二邊形,計算面積、對角線的長度,觀察旋轉之幾何變換,藉此得出拼貼成線對稱圖形時對稱軸上元件的擺放情形。接著,探討奧徽鑲嵌背景圖中不同大小正十二邊形的面積關係,並將線段變成曲線,推廣至拼貼成正n邊形的四邊形元件探討,得出如果n為偶數,則圖中的四邊形皆為菱形,且菱形的圈數為n/2-1,種類個數為⌈n/4-1/2⌉。最後,觀察類似奧徽之非平面鑲嵌頂點相接圖,改成用正方形貼接圖形,計算出邊長有1:√2的關係。

不同轉動座標系統效應對流體中不同質量顆粒分布狀態研究

本實驗以單轉動系統設計,探討轉動座標系對流體中顆粒大小分布狀態的相對關係。不同質量顆粒與流體分子摩擦碰撞而產生的顆粒分布狀態,以及加上不同旋轉系統對顆粒的相互碰撞而造成分布狀態改變的相互關係與作用。 在一個持續且穩定轉速的旋轉座標系統中,流體中的顆粒會因向心力而沿著圓形曲線軌道形成圓周運動,而若將旋轉系統停止,流體的運動將逐漸趨於靜止,而流體中的顆粒則會產生螺旋軌跡運動慢慢向中心聚攏。 本研究應用旋轉系統的不同與液體性質的差異,發現當我們將液體停止旋轉時,其中的顆粒會產生螺旋軌跡運動慢慢向中心聚攏,進而在圓心形成一個圓,而不同的變因對它從旋轉到聚攏所花費的時間與其軌跡和分布面積都不盡相同。

清『靜』好空氣-使用主動式靜電綠牆分解空氣污染物

由於COVID-19的影響改變了整個社會形態,依據世界衛生組織報告,COVID-19主要傳播的路徑為空氣傳染等,故空氣污染對健康和生存造成巨大而可怕的影響。為強化環境空氣品質確保健康,本研究建立主動式靜電綠牆,其可依據空間大小需求和空氣污染物種類,調整模組尺寸和植栽種類,透過靜電吸附污染物質達到淨化空氣、美化環境。 本研究分別在不同情境 (高溫高濕、高溫低濕、低溫高濕和低溫低濕)下,分析探討污染物去除率。其主動式靜電綠牆可移除二氧化碳 0~38%,並可移除懸浮微粒 5~11%和細懸浮微粒 4~15%,另移除甲醛的去除率 55~93%、化學污染物 52~94%。