全國中小學科展

國中組

生廚餘活菌分解養液水培蔬菜之探討

本研究探討「生廚餘分解養液」水培蔬菜的可行性。我們建立「生廚餘分解缸」,透過量測水質推測硝化菌(Nitrobater)與亞硝酸菌(Nitrosomonas)培養完成與累積出水耕蔬菜所需NO3-濃度(150mg/l) 約9週,pH值必須5個月才能趨於穩定值7.1。「生廚餘分解缸」DO值10ppm與自行研發「K1循環流沙床」,搭配琵琶鼠與泥鰍具有最佳分解效率。「生廚餘活菌養液」可利用純化大灰苔蘚作為「活菌液肥熟成檢測」試紙。「生廚餘活菌養液」以動力循環方式水耕蔬菜有非常好成效。並以水耕機比較「生廚餘活菌養液」與「化學液肥」之間的差異,發現「生廚餘活菌養液」種植成效較好,且可以採取「無動力水耕瓶」方式種植,大量節省電力與設備花費,還能種植出硝酸鹽含量較低的蔬菜。

數字轉轉彎

本作品將數列與直角坐標做結合,探討不同數列及不同旋轉角度的情況下,整理所畫圖形的特徵,並歸納出各組組合之間的關聯性。 總結出以下幾點: (1) 以所畫圖形為例:從原點出發,旋轉角度設定為90°,數列an除了n≡0(mod4)時某些情形無法回到原點外,其餘情形皆能畫出回到原點的圖形。 (2) 以執行的最少次數(最小執行次數)可推算出為t=(lcm(α,n))/n。 (3) 以數列的變化來說,我們發現首末項交換會使圖形位移接著旋轉或數字的顛倒排列的圖形則會有位移再以tan⁡〖((π-θ)/2)x=y〗為對稱軸進行線對稱的變化。 最後,本作品試著找出一般化公式,並期望能推廣到在得知α、θ、n後,會產生出何種漂亮的圖形。

四角網格利樂棒的探討

此研究主要探討將利樂棒填入不同之矩形及阿茲特克鑽石網格圖形,研究重點放在以二棒、三棒、四棒的單一或任取兩種元件分別探討不同比例的組合,可成功覆蓋圖形格線的情形,研究發現,不同元件可透過擺放位置及棒數計算,利用著色法、窮舉法、遞迴式及數學歸納法等不同方法,分析成功覆蓋及無解原因,加以歸納說明,並將其可擴展之矩形邊長及鑽石階數以一般式呈現。

環境溫度、紫外線與電場強度對古坑荷苞山文字衣(Graphis scripta (L.) Ach.)固碳作用的影響

本實驗研究斗六與古坑地區地衣的固碳作用,並針對古坑荷苞山文字衣來探討影響固碳作用的因素。研究發現: 1. 斗六古坑地區地衣樣本採集地點中的明德北路,CO2濃度越高,對CO2的適應性會提高,固碳作用最好。 2. 針對荷苞山的文字衣來探討: (1) 文字衣適宜溫度在25 ℃,固碳作用效果最佳。 (2) UV照度過高(3460 lux)會導致地衣白化,但適當的紫外線(2090 lux)下可以增強文字衣的固碳作用,且固碳作用遵守日夜節律性的現象變明顯。 (3) 對文字衣以電場刺激5 分鐘,12 小時後會開始有明顯差異,且電場越大固碳作用效果越好,當電場大到200 V/m時,夜晚甚至也會進行固碳作用。

三足鼎立-探討三角形不變心的切割模式

本研究探討原三角形掉落一角後重心產生偏移後,要如何透過截去另兩角的方式才能使剩餘六邊形重心能回復到原三角形重心。文中依據原三角形、掉落三角形、校正三角形分成六類探討不變心的切割方式及是否存在唯一性,並透過水平、垂直分量建立數學模型來說明作用在物體上的力矩平衡,達成重心不會產生偏移。 本研究利用水平、垂直分量不發生轉動的條件,列出數學式求出不變心裁切的位置,並利用 GeoGebra軟體繪圖驗證;且得知僅需【結論3】的做法,就可以解決所有缺角三角形保持重心不變的問題。更進一步發現維持不變心的三塊頂點三角形面積並不需要相等,打破了49 屆全國科展《剪不斷,理還亂-我就是不變心》的結論。

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。

鳩佔鵲巢問題之研究與推廣

科學研習月刊上有一道數學問題,將編號1至5的鵲與1隻鳩(編號0)任意排成一圈,鵲媽媽由k號鵲開始餵,下一次順時針數k隻鳥後,餵第二隻r號鵲,再順時針數r隻鳥後餵第三隻,依此類推且鳩吃不到食物,我們成功找出原題不讓鳩吃到食物的解。但隨著鵲與鳩的增加,直接討論餵食順序與位置關係越趨困難,所以用鵲(n隻)不重複餵食進行討論得出成功餵食順序,也推出鵲鳩圍成一圈的排列位置。因此,我們證明出n鵲m鳩成功餵食的有解條件,並用排列組合與對稱性算出成功餵食順序的方法數。最後,我們也改變餵食方法,採餵食後跳過不數的方式,發現成功餵食順序的方法數不會隨著鳩數增加而改變,皆為編號1至n的鵲的直線排列數n!。

不同吸附載體礦物對於白蝦飼養水質之影響

我們選擇了台東在地的礦物-絹雲母,與蝦農常使用來淨化水質的吸附素材,如:活性碳、麥飯石和沸石,藉由觀察白蝦養殖造成的汙染物質的變化來討論不同吸附材質的淨化水質能力。我們一開始採各3 g的不同吸附素材加入蝦池中,可以發現絹雲母可以以較低的價格達到和其他吸附素材相當的效果。第二階段我們另外添加了光合菌到蝦池當中,可以發現水質明顯穩定許多,我們推測光合菌與吸附素材搭配使用可能有更好的效果。絹雲母是台東在地開採礦物,不像活性碳等其他吸附素材如此昂貴,若研究成熟後能將絹雲母推廣於台東縣內的蝦農,或許能促進在地產業發展來互相合作以減少成本的負擔,可以以較低的成本達到淨化水質的目的。

AIOT智能防護陪伴杖

隨著醫療的進步,已開發國家快速高齡化問題日益被重視,根據聯合國研究人口統計,2019 年全球平均壽命為 72.8 歲,逐年增高中,內政部統計國人 2021 年的平均壽命為 80.86歲,與聯合國公布2019年全球平均壽命比較,我國男、女性平均壽命分別高於全球平均水準 7.5 歲及 9.3 歲,2022 年 6 月底全國六十五歲以上的高齡者人口數為 3,983,640 人,占17.18%,由此可見,未來高齡者的社會人口比例越來越高,食、衣、住、行、育、樂等相關產業發展會是極為重要的一環,伴隨著人口老化趨勢,老人照護相關產業備受重視,而因為近期家裡長輩發生跌倒事故,讓我們注意到高齡者伴隨行動不便的問題,希望能藉由本次作品研究的內容,協助事故發生後相關後續處理問題,降低行動不便者因跌倒受傷的嚴重性。

一葉千「晶」——應用類神經網路識別繁星花草酸鈣結晶及其防禦功能研究

本研究應用類神經網路識別繁星花草酸鈣結晶及其防禦功能,我們成功設計出能識別結晶的模型,準確率達 0.948,我們運用此模型計算後續實驗的結晶數量。實驗發現:在繁星花中,根的結晶密度最高。愈新、愈小的葉片,結晶密度愈高,推測這可能與植物的防禦功能與生長之間的權衡有關。同一片葉片中,結晶平均分布。同一天裡,夜晚結晶密度較高 。 當繁星花個體處於乾早的土壤中,結晶密度會降低。以多隻蝸牛啃食、蚜蟲吸食的方式,能夠在短期內7天內促使植物生成結晶;但受毒蛾幼蟲啃咬以及人為模擬天敵啃食的個體 ,葉片結晶密度則無明顯變化。動物的攝食傾向明顯偏好無結晶的葉片,支持結晶具有防禦功能,能達到威懾作用。