全國中小學科展

國中組

器植出眾--全向顧植物機

本次的研究,我們了解到植物的生長除了需要光,適度地給水,還需要給足夠的生長空間及防蟲害。LED燈可以做為栽種植物良好的替代光源。利用自製感光、控光、自動給水器及附件支架的設計,製作「全向顧植物機」,可以用來幫助自己栽種蔬菜作物及了解植物的生長。附件支架可以解決廢棄電管問題,並且可以提供農家使用。所有設備設計目標兼顧節能、節水、減少汙染及環境保護。了解生物的生長與環境間的互動是件有趣的事,可以利用技藝課程、科技課所學,自己製作機械、設計程式收穫良多。

沃辛頓射流控制術-不對稱邊界的影響

沃辛頓射流是指物體掉入液體中後,在液體下形成空腔,經由表面張力的作用,空腔收縮並向上噴射的水流。瞭解射流機制與抑制射流引發的噴濺,在機械潤滑與公衛領域是重要的課題。本研究透過空腔與容器的交互作用,影響射流的形成空腔形變會改變表面張力的合力方向,使得局部收縮速率不同,進而影響射流的高度與方向。透過改變空腔兩側形變的程度,我們可以有效控制射流偏移方向,本研究進一步透過自製頂針,讓空腔局部變形,藉此產生射流偏移,證實張力波並非射流偏移的主要因素。本研究的成果,為射流的 研究提供一個新的觀點:空腔弧度大小決定收縮速率與方向,未來可藉此影響空腔收縮,協助科學家降低空蝕現象對機械的破壞。

變幻莫測

「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,進一步推論出在其他翻轉次數或是裁切方式所產生的結果。

科技農夫出任務-智能農田灌溉系統

當全球受極端氣候影響之際,大家都得面臨各種面向的衝擊。我們所在縣市的農田灌溉水源主要取自濁水溪、清水溪,根據行政院農業委員會-農田水利署網站提供的資料,全縣並開鑿地下水井約459口,平均每年用水量約15億立方公尺,其中取自地下水約2億立方公尺。 我們發現學校附近農田,是屬於灌溉渠道的末端,所以,在枯水期時,會大量地抽取地下水來使用如此恐會導致地層下陷的情況發生。本作品將探討農業使用地下水灌溉所面臨的問題,並提出以科技為基礎的解決策略。改善農業抽取地下水,而導致地層下陷的問題以確保農業與環境間的永續發展。

「卡最電」---運用卡門渦街共振進行發電的研究

1.彈性體彈力係數在卡門渦街效應中會變化,代表受力相同下,形變量改變,利用卡門渦街共振發電有節能效果。 2.系統渦街頻率為0.76Hz,測量阻流體後方1倍球體直徑處頻率為0.86Hz,2倍直徑得f=0.79Hz,與理論計算相近,證明有卡門渦街效應存在。最佳的組合直徑4cm、弦切角度30度半球形阻流體,有風時k(彈性係數)=6.61N/m,無風時k=11.46N/m。在6.5cm的彈簧座上,放置射流完全發展階段,距離出風口縱向距離15cm橫向距離3cm(15cm/s)處,共振晃動軌跡為橢圓形。 3.阻流體模組在卡門渦街共振下頻率變小,共振效應有穩定阻流體運動穩定性。 4.卡門渦街發電裝置的發電功率為較課內實驗的發電功率穩定,其體積與質量都較輕巧化,有發展潛力。

萬花三角玩花樣

先設定△作為外圖形,在其內作內△。利用內△等分點做塞瓦線,透過相鄰內△塞瓦線交點及其頂點探討產生之不同圓錐曲線圖形的關係,並做相關推論及證明。之後,改變外圖形邊數,利用外圖形相鄰邊夾角與內△的關係研究出「萬花三角芒星」規則,並藉由製作多邊形的圓錐曲線,並在確認外圖形邊數及內角角度的條件下直接推出對應圓錐曲線關係。

嚴以「綠」己、未來「無線」! 無線充電技術運用於未來綠能停車場之應用

我們研究的是如何實現未來電動車需求的綠能充電停車場的可行性探究,旨在改變電動車充電方式並結合綠色能源。經實驗量測結果得知,無線充電裝置在感應電勢較強的情況下可直接透過調整線圈的感應距離獲取所需的電壓,因此未來可應用在不同電動車的充電,為不同電壓需求的電動車提供所需電能。另外,在穩定供應電力需求方面,我們藉由並聯多片太陽能電池板增加發電量,並搭配良好的儲能蓄電裝置可提昇太陽綠能的供電效益,可以更穩定的提供給多台電動車同時進行充電。實驗也發現,透過偵測模組感應線圈上的電流變化可同時感知停車格使用數量。因此,我們的研究作為將來結合綠色能源與電動車無線充電技術設計的未來綠能停車場有顯著地證明得以實現。

尿之有道-小便斗噴濺物理學

本研究旨在探討男性使用直立式或懸掛式小便斗時,尿流量、身高、和斗壁距離、入射角等因素,對於尿液噴濺面積和範圍之影響。研究方法包括:以頻閃燈和慢速攝影、tracker分析與雷諾數,辨識不同流量對層流和紊流之變化量;採用小便模擬器、Vernier氣壓計和力度計,測得水流和反彈流對斗壁作用力,終以蒙地卡羅法扇形區和Image J分析兩組小便斗噴濺面積和範圍。主要研究結果包括:1.以tracker 分析獲知流量和流速關係,從雷諾數變化量驗證流量小易受紊流噴濺、流量大則易受反彈流噴濺。2.尿緩=15mL/s,距斗壁30 cm 平射,反彈流噴濺最少;4.身高>=170 cm、25mL/s,平射兩種小便斗,噴濺面積與範圍皆最小;5.以600射角和對準排水孔,噴濺面積和範圍最大;6.本研究亦討論和改進尿液噴濺的研究方法。

與「海」水來「電」─探討基隆部分海域發電效能與其應用

本研究以『環保』的概念為前提,運用在基隆易採集海水的海域來進行研究。本研究探討不同海域海水、不同電極片對伏打電池的發電效能影響,結果發現:(1)電極片的選擇最佳組合:鎂-鐵 (2)電極片放入電解質中面積愈大,能增加效能 (3)電解質的選擇:和平島海域>八斗子海域>外木山海域(4)串聯多個伏打電池可以提高電壓。除此之外,我們也將鹽電池縮小化,運用基隆海水及鎂銅電極片組合就可用以照明。

生成式AI與人類互動情緒之研究

本研究深入探討生成式AI在國語文課文中在情感分析與模擬方面的潛力。透過生成式AI技術,對多篇代表性課文進行情緒分析,並設計問卷收集師生的真實感受,結果生成式AI能準確捕捉和模擬文本中的情感,與師生實際情感反應極度相似。研究的獨特貢獻在於創新地將生成式AI與教育心理學結合,開發出一套量化的情緒指標評估系統,提升語文教育中的情感理解深度,並輔助教師設計更具情感共鳴的教學材料。此外,生成式AI在心理健康輔導亦展現潛力,幫助識別和管理學生的情感狀況,提供有效的情緒評估方式。本研究不僅對國文教育的情感分析精度具有重要意義,還為跨學科的AI應用研究提供新的理論和實證支持,為生成式AI在教育和心理輔導提供廣泛應用的前景。