全國中小學科展

國中組

海上廢油幾起來-幾丁聚醣對柴油的吸附力探討

海上漏油事故時有所聞,而漏油更會對海洋生物及環境造成危害。依專家研究顯示,此類事件洩漏出來的石油能被成功清理的,往往不到10%。而使用油分散劑固然可以在一定程度上解決岸邊油污回收不完善的問題,但同時仍會讓分散後的油持續在海中⻑時間存在,對環境的衝擊很大。有鑑於此,我們嘗試運用天然幾丁聚醣(Chitosan)具吸附力的特性,來探討其對柴油的吸附效果。透過實驗,我們將5%幾丁聚醣溶液製作成晶球,在不同環境條件下加入柴油並浸泡後再以真空抽濾法過濾出剩餘的油,結果證實幾丁聚醣確實具有吸附柴油的功用。幾丁聚醣可以吸附柴油及海洋中的重金屬又是生物可分解的物質,未來也許可以進一步做成濾材,用來保育海洋環境。

定向傳聲應用在故障及前後車濃霧雨天警示輔助裝置

2021年2月台61線快速道路發生21輛車連環追撞車禍,共計2死8傷,初步研判濃霧視線不良,未保持安全距離。目前先進車輛有AEB/ACC使用影像辨識及測距雷達,但是大雨除視線不佳外雷達也容易有雨衰,影響偵測可靠性。我們找到高能量高指向性的超音波陣列定向喇叭TG-40SP如圖13所示來實驗,用它實際做雨天、濃霧、晴天的發射接收實驗,證實超音波定向傳聲符合學理所述雨天濃霧接收比晴天為佳。我們改裝汽車超音波前測距雷達,自製一套小型發射警示輔助系統,經模擬測試效果良好,本研究已獲中華民國新型專利,美國專利正申請中,希望能得到監理單位認同列入基本配備,讓雨天、濃霧行車更具安全性。

蠹絕引酒—探討自製誘引劑對咖啡果小蠹的誘引情形

近來咖啡樹種植面積擴大,使得以咖啡豆維生的咖啡果小蠹迅速擴散,此蟲幾乎在咖啡豆中完成生命史,因此防治不易。閱讀文獻發現此蟲容易受甲醇乙醇氣味引誘,我們自製誘引瓶及研發酒麴菌液+甲醇乙醇的方式進行實驗。結果發現:1..紅色誘引瓶抓到較多咖啡果小蠹,推論此蟲易受紅色(波長620–750 nm)吸引;2.相同成分發酵液體添加3:1甲醇乙醇混合後的誘引劑有較佳的誘引效果;3.比較酒麴菌在不同液體發酵效果,發現糖水酒麴菌+3:1甲醇乙醇>咖啡豆液酒麴菌+3:1甲醇乙醇>單純甲醇乙醇(3:1);4.同一成分的誘引劑在海拔較低時誘引效果較佳;5.酒麴菌誘引劑會隨著溫度升高而逐漸提升誘引效果。未來可搭配農改場誘引劑使用,提升咖啡果小蠹的防治。

三角形能容多少方

本研究探討在直角三角形勾股中容一個正方形,即為「勾股容方」,其正方形邊長、周長與面積會有什麼關係?若不斷重覆延伸此圖形,觀察這樣的圖形模式,最後又會有什麼結果?發現同一層內正方形周長的總和,其值會相等,也觀察到勾股容方與黃金比例的關聯性。 另外,如果將正方形邊長擺放在直角三角形的斜邊上,我們稱為「斜邊容方」,同樣逐步討論其正方形邊長、周長與面積的關係。當不斷重覆延伸此圖形時,發現在勾股容方或斜邊容方中,將所有正方形的面積加總後,其面積和皆會等於原直角三角形的面積,以及勾股容方的邊長會大於斜邊容方的邊長。

以卵黃細胞模擬紅血球在血管中之流動表現與潛在應用價值

本研究藉由觀測雞卵黃細胞在7種生理情況中之運動情形,藉由蒐集相關參數,如細胞形狀、運動速率及其對應側截面積,建模出無需侵入性取血樣,即可評估細胞處於何種生理狀態之模型。111年10月起為求模擬紅血球之較佳研究對象,先建立基本資料,透過各種嘗試,探尋出雞卵黃細胞在經過何種處理後,最適合模擬紅血球運輸型態;接續進行細胞形變與運動速率、截面積、不同生理情形下對應的血液濃稠度……各變項實驗。研究結果顯示,細胞在運輸過程中可藉由轉換形變策略來調節其運動速率。本研究證實影響細胞形變的因素包含血液所造成的流體阻力、細胞質的流動性,特別是當細胞處於酒精濃度≧0.5%的環境時,此時細胞質會限制其形變,導致運動速率無法被調節。

風砂共舞

本研究的研究目的在探討影響沙灘上風成「砂波紋」外形的變因。除了實地到高雄旗津海岸公園以及西子灣沙灘上進行觀察測量外,我們也在實驗室中利用自行組裝的實驗器材進行各項變因的研究。研究結果發現,以中、細砂做出厚度至少2公分的砂堆、用7.5m/s ~ 8.0m/s之間的風速吹襲砂堆約15分鐘,即可製造出排列整齊、紋路明顯的砂波紋。研究結果也發現風速、砂堆厚度和沉積物顆粒大小都對砂波紋外形有明顯的影響:(1)風速愈小,砂波紋會愈平直,波長也較小;(2)砂堆厚度愈厚,形成的砂波紋波長較長;(3)中細砂和泥土等級的沉積物顆粒才能形成砂波紋,顆粒大的粗砂很難形成砂波紋;(4)當風速相對於沉積物顆粒極小時,有機會形成較不明顯的縱向砂波紋。

談不同濃度的硝酸與銅反應的現象

本次實驗我們探究不同濃度之硝酸與銅片反應生成20ml氣體的反應速率及生成的20ml氣體中NO2的佔比。 實驗中,我們使銅與硝酸溶液在20ml的注射筒中反應並用其收集20ml氣體,同時硝酸會被生成氣體排出注射筒,當注射筒中充滿生成氣體時就紀錄反應所需時間,隨後用排水集氣法收集一氧化氮氣體。

拿破崙的多角戀-與初始n邊形有約

在「幾何明珠」一書中提到拿破崙定理及逆拿破崙定理。本研究透過數學繪圖軟體 GeoGebra作圖,嘗試以逆拿破崙定理找出正多邊形的可能初始多邊形,接著歸納其性質,並確認只有符合該性質的初始多邊形,才能夠透過「拿破崙法」得到原本的拿破崙正多邊形。 我們先從三邊形及四邊形開始,接著推廣至正多邊形,並分成奇、偶數邊進行討論,最終希望盡可能透過實際的量測來證明初始多邊形的特性,並得到初始多邊形性質的通論。

應用Arduino開發板探討溫室效應

「溫室效應」會造成地球暖化,使地球環境惡化。但「溫室效應」並非顯而易見,因此不易理解,現在結合自然科學與科技課程,於微型玻璃屋中,探討二氧化碳對溫室效應的影響。 首先在玻璃屋外進行「空白試驗」,再於玻璃屋內進行溫室實驗。打氣幫浦輸出的氣體經由三通管控制「繞流」(Bypass),通過氯化鈣去除水氣,約略可視為「零空氣」(Zero Air),以人工光源照射充滿「零氣體」的玻璃屋作為「對照組」,再比較充滿不同濃度的二氧化碳氣體作為「實驗組」,應用Arduino開發板、感測器、液晶螢幕與記憶卡,能即時顯示數據、記錄資料,再以Excel繪製圖表,也可連接電腦進行現場環境監測。 從數據分析,「溫室效應」確實發生,所以應該儘量減少二氧化碳排放至大氣中。

吸「金」「膜」法

許多文獻中提到,交聯作用後的海藻酸鈉薄膜具有吸附重金屬的效果,本研究探討海藻酸鈉薄膜在不同時間、不同溫度、不同磁場下對鎳、鐵、銅離子的吸附效能。研究結果發現,海藻酸鈉對不同金屬離子之吸附效果整體而言為鐵>鎳>銅;溫度上升使海藻酸鈉對鎳、鐵、銅離子的吸附率更快達成平衡,且使達動態平衡後的吸附率震盪幅度更大,此外,鎳、鐵、銅離子在45℃的環境中的吸附效果最佳;磁場強度亦會影響海藻酸鈉對鎳、鐵離子之吸附效果,銅離子則無明顯差異。