全國中小學科展

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國中組

太陽能板發電效益之研究

我們想探討學校的太陽能板是否有效益,學校的太陽能板皆是傾斜6度且按屋頂的面向方位架設。我們使用2W的太陽能板做實驗,從太陽能板特性曲線發現:在室內、室外發電功率最大的電阻分別為3900與28.8歐姆。而光強度越強,電壓電流越大,在可見光範圍內,光的波長對發電效益並無顯著影響。接著,我們設計不同傾斜角度、面向方位對太陽能板發電的影響,發現最佳傾斜角度是讓太陽可以直射太陽能板;我們自製太陽能板旋轉裝置,發現轉動的比固定面向南方傾斜30度的發電功率大。學校太陽能板安裝的優先考量為無遮蔽物,在北部,夏季的發電功率最佳,夏季時傾斜角度很小,面向方位對太陽能板的發電功率影響不大,傾斜還可以排水以及清除灰塵。

田中吊鐘姬蛛築巢行為之探究

本研究主要想了解田中吊鐘姬蛛生活史過程中能量之權衡及其特殊巢穴之功能,經相關研究發現,蜘蛛生活史過程中在能量分配上明顯具有權衡現象,捕獵能量的投資隨著齡期的增加明顯減少,例如,捕捉絲的數量及捕捉區的角度逐漸減少,而防禦能量的投資隨著齡期的增加明顯增加,例如,巢穴長度及巢穴重量逐漸增加,尤其到了成體後更加明顯;關於蜘蛛對築巢材料形狀的選擇明顯偏好粒狀材料,但顏色方面,蜘蛛對淺色及深色材料並無明顯選擇偏好性;另外,巢穴對蜘蛛來說避敵的功能大於避光,且巢穴內有保溫功能,有利於卵的孵化;最後,巢穴上黏附蜘蛛捕食後的螞蟻屍體有利於吸引其他螞蟻靠近,增加捕食機會,但無明顯抑菌效果。

「颱」客強強滾

本研究採用聯合颱風警報中心(JTWC) 2011-2020年衛星觀測資料,探究西北太平洋颱風快速增強(Rapid Intensification, RI)現象。研究發現並非所有颱風都會經歷RI現象,秋季(9月-11月)颱風伴隨RI現象發展的比例較其他季節高。颱風最活躍的6至11月,強颱的生成與發生RI的現象具高度正相關。聖嬰現象發生期間,有更多強烈颱風的生成,發生RI現象的強烈颱風也相對較多。RI現象最主要出現於颱風的發展期,其次才是極盛期。最後,以天秤颱風、卡努颱風進行個案分析,發現RI期間出現颱風眼隨強度增強而愈來愈清晰並趨於正圓、螺旋雲雲帶與颱風中心對流雲系發展迅速、颱風結構也愈接近對稱等現象。

植物萃取配置乳液之抗氧化、保濕及抗UV成效探討

本次實驗中,我們嘗試從生活常見的食物,如:紅豆、青花菜等十種素材中萃取熱穩定性成份,並製作出含抗氧化、抗UV及保濕效果的乳液。研究結果指出在單一素材的比較中,紅豆具備最佳的抗氧化能力,而黃甜椒則具備最佳的抗UV能力和保濕效果。接續我們選用這兩項素材調配比例並測得抗氧化能力及抗UV能力,其結果最佳比例為紅豆比黃甜椒3:7,保濕效果最佳則為7:3 而 3:7則次之。綜合上述的比較判斷,發現紅豆與黃甜椒比例為3:7時具備最佳的綜合表現,後續期望一般民眾可以在家自製天然環保的乳液,並且兼具抗氧化、抗UV和保濕能力。

新幾內亞雙眼闊地渦蟲入侵等級的研判

Platydemus manokwari是世界百大入侵種,近十年在臺灣才有發現紀錄,已廣布全台。我們依據文獻描述的外觀及粒線體DNA鑑定確立學名,並將其命名為新幾內亞雙眼闊地渦蟲(簡稱闊地渦蟲)。在捕捉陷阱的設計,以模擬棲地環境方式較有效果。在已入侵無脊椎動物處理順序表格評估,發現其具較高的優先處理順序。且闊地渦蟲對蝸牛具廣食性,為非食腐型動物,以氣味追蹤獵物。闊地渦蟲對臺灣的原生生物和環境有頗大影響,建議相關單位應注意其帶來的隱憂和風險,進行移除和監測,避免其傷害。此外,在研究尾聲發現Dolichoplana striata,目前命名為條紋雙眼纖長地渦蟲,可能是新外來入侵種,值得深入研究。

微型鋅銅電池

課本中的鋅銅電池,藥品用量大,鹽橋製作也較費時,製作完成後,又會面臨電流過小以及不穩定的問題,這種傳統鋅銅電池約能產生2mA左右的電流,並無法使毫安培計有明顯偏轉,但又會超過微安培計測量範圍。歷屆科展的改良方式,是提高藥品濃度,或將鹽橋以玻璃紙代替,又或是將硫酸銅硫酸鋅做成凝膠,這樣製作較費時且較不利於回收再利用。我們嘗試在歷屆科展資料中找尋影響電流的關鍵因素,再設計微型鋅銅電池原型。最後,我們製作出用量僅傳統鋅銅電池藥品用量 1/10,但電流提升數倍的微型鋅銅電池,能讓毫安培計偏轉更明顯、藥品能回收反覆利用多次電流不衰減、能驅動LED,能在低用量低濃度即能使微安培計良好運作,又便於探討各種變因影響的電池。

風起「渦」湧~卡門渦街現象與風力發電

本研究在風洞中觀察到卡門渦街造成振動阻體共振的現象,了解到振動阻體口徑、風速大小影響卡門渦街頻率,而振動阻體的自然頻率與渦街頻率在特定條件下發生共振,也觀察到前後擺放兩個振動阻體,振動阻體因卡門渦街,有交錯擺動的現象。我們利用可產生最大振幅,口徑16cm的彈簧阻體來製作發電裝置,在風速3m/s、彈簧長16.5cm下,可得到最佳功率為530±11mW。將前後擺放兩個振動阻體串聯,在風速3m/s、彈簧長19.7cm下,可得到最佳功率為12.5±0.5mW。未來期望多加以改進並實際運用到生活中。

康威圓定理在圓外切多邊形的推廣

本研究旨在探討圓外切多邊形中從每個頂點沿相交邊延伸特定距離所形成新端點的共圓性質,作為康威圓定理的一項推廣。研究同時考察了從圓外切多邊形的每個頂點處沿其相鄰邊及其反方向延伸特定距離形成的端點是否亦共圓。研究結果顯示,多組端點呈現共圓的現象。特別是在三角形的案例中,相較於邊數四或以上的多邊形,每組在共圓點的數量上多出兩個。進一步的探討揭示了三角形經過此操作後,三條公弦的延長線相交於一點,竟恰好是三角形的奈格爾點 (Nagel point),本研究對這一發現也進行了討論和論證。

源源不絕的「蔘」命力―探討添加各式中藥材的酵母菌、牙斑菌及草履蟲是否能抵抗紫外線

在中藥學中,認為人蔘對於人體健康有一定的效用,例:牛蒡可通十二經脈,洗五臟惡氣及久服輕身、耐老,增強體力、恢復精神。(楊琇涵,2010)我們對於人蔘療效所描述的益氣、補氣等敘述感到疑惑,食用中藥湯劑對於身體有甚麼確切的幫助?因此本實驗決定以酵母菌、牙斑菌、草履蟲作為實驗生物,探討紅參(Ginseng Radixet Rhizoma Rubra)、吉林參(Panax ginseng C.A.Mey)、東洋參(Talinum paniculatum)、牛蒡(Arctium lappa)、黨參(Codonopsis pilosula)等中藥材是否具有協助生物修復或降低傷害的功效。實驗結果發現,添加中藥似乎無法協助酵母菌抵抗紫外線所造成的傷害。以東洋蔘培養的牙斑菌對於對抗UVC照射所造成的傷害有較佳的效果。草履蟲經UVA照光處理之生長狀況無太大差異,而紅蔘萃取液可能能夠降低草履蟲在UVC照射下受到的傷害。

青春痘檢測系統

本研究旨在使用深度學習技術製作青春痘的檢測系統,系統中包含了青春痘檢測、油性偵測、專家回覆系統與趨勢分析等四大子系統。在系統開發後,接著做使用者實用性分析,本團隊與皮膚科醫師合作,藉以評估青春痘檢測系統的模型準確率。在第一次評估混淆矩陣中得到57%的準確率,而後又再重新取樣,得到75%的準確率。在油性偵測部分,使用吸油面紙後得知其吸油面積的油性佔比。專家回覆系統是以Mistral 7B語言模型製作而成,幫助使用者了解青春痘的相關資訊;最後依醫生建議的皮膚修復週期為期三個月,過程中進行4次的評估。本系統會向使用者呈現最近4次的趨勢圖讓使用者與醫師均能了解皮膚的修復狀況,因此本系統為一套完整且操作簡便的自我檢測系統。