全國中小學科展

國中組

最硬?最IN!北竿硬地馬拉松地圖全攻略

利用手機app、三角函數及Google map做「北竿硬地馬拉松」賽道長度與坡度的測量,並利用Excel將高度與坡度數據做成折線圖,串接成影片讓跑者可以在遠距離就做到北竿硬地馬拉松的賽前準備。透過Google表單統計跑者對於「事先預知賽道高度與坡度」等訊息對比賽是否有幫助,以及跑者對北竿硬地馬拉松「最硬(最難)賽道」、「最IN(最喜歡)賽道」、「最有印象啦啦隊」前三名的排序。

「梅」來演趣-探討台灣梅雨季之大氣流型演變與模擬

為了解台灣地區梅雨季的氣候特徵,本研究分析2009~2021年五、六月之降雨、風場及大氣環境。顯著降雨方面,東北部全年有雨,西南部則是五月開始才進入雨季。五至六月,台灣顯著降雨區域逐漸南移,為了解此時期大氣環境演變,我們分析「SSL東亞衛星地面天氣圖+風場」,共歸納出六種流型,分別為A北風、B東風、C南風、D北風南下、E低壓帶及F西風流型。我們發現,南風流型入夏後成為主流,且流型變化有趨勢性,在整合降雨資料發現,迎風面影響降雨甚鉅。接著,我們嘗試在實驗室模擬流型,我們以不同濃度海藻酸鈉溶液進行垂直及水平模擬,搭配磁石攪拌器模擬不同流向的流體擦撞,並加入障礙物,可模擬出與本研究相符的幾種流型。

圖形上蛀點之不得不切割片數與不得不切割片數最小及最大之探討

本作品研究「將一塊正三角形的布,沿著圖形上節點即蛀點作切割,延伸至邊長為正整數的正三角形與正方形,且不管蛀蟲咬在哪一蛀點上,並分別切割成數個邊長為正整數的小正三角形與小正方形。發現原正三角形與原正方形在圖形上的所有蛀點,除去對稱性後,留下必要蛀點,並導出它的一般式。利用質因數分解找出邊長為合數的情況下,它的不得不切割片數最小,同時呈現必要蛀點在圖形上之分布。再者,利用邊長為某兩正整數(兩正整數皆大於一且可相等)切割後的相似圖形,找出邊長為兩數相乘的不得不切割片數最大與這兩數之關係,結果發現正三角形最上方第一個蛀點與正方形最左上方第一個蛀點的不得不切割片數必為此圖形的不得不切割片數最大。」

環保「蚵」技 魔鞋再現

本研究以廢棄的蚵殼和回收紙作為研究材料,先將鍛燒後的蚵粉溶於水後,噴灑於手機螢幕與電腦鍵盤,並利用ATP生物冷光儀檢測微生物的殘存量,研究發現10ppm與100ppm濃度的自製蚵粉水在手機與鍵盤皆可達98.14%與96.08%以上的殺菌效果。之後再將自製蚵粉水與市售蚵粉水、自製文蛤粉水、水,在門把上做殺菌效果的比較,結果顯示殺菌效果最佳的是100ppm的自製蚵粉水,可達93.23%以上的殺菌效果。接著利用回收紙製作環保鞋墊,並加入自製蚵粉,用以探討加入自製蚵粉後的鞋墊中是否具有抑菌的效果,結果顯示加入5公克自製蚵粉微生物最佳可達89.5%的殺菌效果。

誰是大老千—骰子重心與機率的探討

本次實驗成功製作了二十顆不同重心的骰子以進行不同因素的探討,其中實驗最成功的地方在於我們於2cm*2cm*2cm的骰子投擲結果中取得了兩條R2值很高之線性公式,其中一條公式可以讓我們任意製作出「某個點數機率偏高的骰子」;另一條公式可以讓我們任意製作出現大的機率或是出現小的機率偏高的骰子,且其中一條公式經過「偏移比例」的方式換算能成功的預測出在不同尺寸骰子的重心的偏移對機率的影響。 另外本實驗也嘗試由「控制力量」、「控制角度」和「控制投擲面的方向」三方面來進行研究,不過在本實驗中所得到的數據只能觀察到「控制投擲面的方向」確實會對機率有所影響,但無法觀察到任何線性與規律的存在。

「畫」出糖友新「氣」象~繪圖軟體小畫家觀察二氧化碳濃度變化與血糖關係

利用澄清石灰水檢測二氧化碳氣體的原理搭配繪圖軟體小畫家,先拍攝不同濃度的二氧化碳進入澄清石灰水的照片,將照片匯入繪圖軟體小畫家,點選色彩編輯器看照片中的色調E、濃度S、亮度L、紅色R、綠色G與藍色B六個數值,發現濃度S、紅色R、綠色G與藍色B四個數值變化與二氧化碳濃度變化相同。有新聞報導二氧化碳濃度與血糖濃度有關,運用此方法,拍攝用餐前與用餐後不同時間,吹氣進入澄清石灰水的照片,照片匯入小畫家,點選色彩編輯器看六數值,研究結果發現血糖濃度變化趨勢與其中幾個數值變化趨勢有相似性,期盼可以運用在血糖濃度變化偵測。

「與磁振共舞」--探討磁場與聲波頻率對酵母菌發酵速率的影響

回想當初看到一項公開發明提到:「在葡萄酒的釀造過程中,通過『同時』設定特定頻段的中頻電磁波(900+50Hz)和聲波設備,對酵母菌群細胞進行『共振刺激』,使其細胞膜紊亂的振動頻率回歸正常的振動頻率,從而達到提高酵母菌生物量和代謝產物量的目的。」這引起我們的好奇,也讓我們產生質疑,經過不斷實驗探究的結果:1、在固定方向的磁場下,高出吹風機5.67倍磁場強度,對酵母菌發酵速率沒有影響。2、在磁場變化與聲波「同時」或「單獨」進行下,其頻率對酵母菌沒有「共振刺激」作用,對活性也沒有影響。 做完這次科展實驗,我們對此項公開發明內容的正確性更有質疑的依據,也對未來獲取的資料保留一分存疑與求證的態度。

不要「碳」氣!自製氣瓶探究碳捕捉材料的吸附效能

工業革命後,人類排放至大氣中的二氧化碳(化學式CO2)逐漸增加,若不及時控制將會導致全球氣候變遷。但我們認為僅減少CO2排放量是不夠的,應該更有效率的捕捉它,於是我們設計了一系列實驗來驗證我們的想法。為了有穩定的CO2供氣來源,我們成功自製了CO2氣瓶,經過改良後以排水集氣法得到時間和體積變化有很好的線性關係,能替代笨重的鋼瓶。接下來CO2多寡的測量是選用碳酸氫鹽指示劑的顏色變化來量化,方法是通入不同時間的CO2到指示劑後再用分光光度計測量其穿透率,再利用此穿透率區間回推每公克矽膠乾燥劑能吸附多少毫升的CO2,建立一個科學實驗模式後應用到其他生活中具孔洞的材料中,並進一步探討不同材料間吸脫附重複率的效能。

病毒病毒遠離我

「微飛沫」是新冠病毒傳播途徑,在密集空間風險更高。飛沫受氣流或通風系統影響,我們探討在非流通的空間,使用隔板方法,增加防疫效用,減少病毒傳播。實驗得知:1.微飛沫軌跡追蹤與分析:以噴霧瓶噴發螢光水溶液,模擬飛沫噴散,經紫外燈照射,清晰拍攝噴沫飛行軌跡及殘留情形;以Image J軟體分析計算,量化飛沫殘留量。2.隔板位置:高度45cm時,距離50cm為佳。3.抽氣過濾裝置:隔板下緣加裝抽氣裝置,飛沫朝隔板流動,總殘留量減少50%,以自製第一代微型抽濾裝置可降低30%,並具殺菌及過濾 (可抽換熔噴布或Hepa濾網)效果。4.第二代微型抽濾裝置:改良一代缺失,採抽氣隔板與過濾盒組裝方式,可連接個人過濾盒或多人共用過濾系統,節省空間並具商業價值。

通風報「蕈」,「畸」不可失-發展食用菇類之形態變異栽培技術

菇類是真菌界的生物,發育受到各種環境因子的影響,市面上許多人工栽培的「畸形菇」,雖形態變異卻更具價值。我們結合颱風的結構,開發「旋風孵菇器」使栽培標準化,將六種食用菇的基質填裝在不同容器中,以扭蛋菇進行後續測試,並測試出最適發菇溫度;以扭蛋殼半開組控制發菇位置,利用無光和密閉環境使菇類形態變異。我們發現:無光使大多數菇種菇蕾增加,發菇提早,但生長緩慢,且蕈傘變白。通氣程度是菇體畸形的關鍵,應是受CO2濃度的影響,秀珍菇和白雪菇不開傘、藍寶石菇多分枝、玫瑰菇變鹿角狀、柳松菇蕈柄延長,珊瑚菇則是半通風環境下會巨大化;容器形狀不影響形態發育。最後,歸納出多種食用菇盆栽畸形化的栽種方法,供大眾參考。