全國中小學科展

國中組

蜿蜒曲折

本作品研究「從幾何圖形問題探究如何以最多或最少的路徑轉折次數通過各類幾何圖形的所有中心」,同時解決科學研習雙月刊的問題。主要將該主題分為:研究各類幾何圖形路徑轉折處只能在中心、路徑轉折處只能在頂點與路徑轉折處在中心與頂點給定依序輪流條件時,路徑轉折次數的最大值及最小值與邊格數之關係,更可延伸探討長方體及矩形不同路徑走法組合。再者,由路徑的行進方向發現,在將各類幾何圖形的路徑方向化為代數後,可將路徑過程表示為一個代數列。若代數列相鄰的兩項為相同代數,則該路徑為一直線;若相鄰的兩項為不相同代數,則該路徑為路徑轉折處。比較至代數列的最後一項,即可找出該幾何圖形的路徑轉折次數,並用代數列驗證其一般式。

燒出光彩炫麗的藝術品

本研究以金屬「燒箔」技術為主軸,探討在不同硫化、加熱條件與時間下金屬表面產生的色彩變化。研究分為兩階段進行:第一階段以銅箔、鋁箔、銀箔為材料,調整硫磺皂濃度、加熱時間與溫度等變因,透過RGB數值與色階圖進行分析;第二階段則排除硫化變因,改以加厚銅幣並使用控溫加熱板,聚焦探討材料厚度與熱控精準度對色彩穩定性的影響。結果顯示,厚銅材具備更佳的熱傳導與結構穩定性,可呈現連續、可預測的漸層色階。研究建構「燒箔藝術色階設計參考表」,整理超過二十種代表性色彩及其對應條件,提升燒箔創作的可控性與應用價值。本研究不僅實現燒箔技術的科學化與系統化,也為藝術創作與教育應用建立實證基礎,展現藝術與科學整合的可能性。

暗地裡的情人淚―藍綠菌的無光養殖大揭密

本實驗希望能透過添加不同配方的營養素來幫助雨來菇在無光或弱光的環境下生存。實驗結果發現: 一、強光下雨來菇適合架鐵網半乾半溼養殖,弱光及無光下適合架鐵網、鋪上不織布養殖。 二、強光下不需添加營養素僅需加水,以光合作用自營方式生長,添加營養素會有混和營養導致的生長遲滯期甚至抑制生長。 三、弱光下重量增加最多的為配方水+BG11+醋酸鈉5g+尿素5g,其次為水+BG11、水+BG11+醋酸鈉10g、水+尿素5g,顯示弱光下需添加碳源及氮源協助生長。 四、無光下重量增加最多的為配方水+BG11+醋酸鈉10g,其次為水+BG11、水+BG11+醋酸鈉5g+尿素5g、水+尿素5g,顯示無光下需添加碳源及氮源協助生長。 五、我們認為醋酸鈉必須搭配BG11才有較佳效果,尿素5g可能只夠一週的養分所需。

廢羽翻轉變綠金-雞毛化身為蔬果的養分

羽毛廢棄物是畜產類廢棄物中排名第二大宗,為了提高廢棄羽毛的實用價值與效益,我們利用酵母菌進行雞毛分解,發現啤酒酵母分解效果優於麵包酵母,且在有葡萄糖、空氣及光線的環境,分解效果較佳。啤酒酵母分解後的雞毛液肥,灌溉高經濟價值的彩椒及福山萵苣,彩椒果實總質量比市售肥組高出84.6%,果實中含有葡萄糖濃度為23.8%,比市售肥組多出49.7%。碘量法的抗氧化能力試驗中,發現雞毛液肥灌溉的彩椒抗氧化能力比市售肥組多出91.3 %。另外,雞毛液肥灌溉的福山萵苣的葉片總質量比市售肥組多出116.2%。可以發現,啤酒酵母分解的雞毛液肥,確實可取代市售肥料當作彩椒及福山萵苣的養分。希望藉此研究能將廢棄雞毛再利用,減少環境負擔,讓農業永續發展。

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。

綠茶煉金術:以綠色科技打造奈米金與奈米銀

奈米科技已廣泛應用於醫療、能源和感測技術,而奈米金屬粒子更因其獨特性質備受關注。本研究探索了一種環保、無毒的方法來合成奈米銀與奈米金,減少傳統化學還原劑對環境的影響。我們首先嘗試用檸檬酸鈉來還原銀離子,合成不同尺寸的奈米銀粒子,並進一步使用綠茶萃取液取代化學還原劑,以開發更天然的合成方式。為了測試奈米銀的抗菌效果,我們將其應用於大腸桿菌與黴菌,發現奈米銀能有效抑制大腸桿菌的生長,但對黴菌的效果較弱。最後,我們利用綠茶萃取液合成奈米金,證明這種綠色方法能應用於不同金屬奈米粒子的製備。這項研究顯示,我們可以以更環保的方式合成奈米金屬粒子,未來或可應用於醫療、感測技術及其他高科技領域。

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。

液滴曲面折光的繞射圖紋探討

利用線香探究光在立體空間的分布,發現圖紋與光線的條數具有相關性的,在不同的角度下產生的圖紋精彩炫麗、美妙驚奇令人驚艷。為了找出圖紋、光線和水滴及介質之間的某些相關觸點,設計了相關性的設計實驗並參考惠更斯原理與繞射原理,比較不同水滴形狀、垂吊方式及改變雷射筆照射位置來觀察圖紋差異,觀察不同角度的光經過同一介質的連續曲面產生的圖紋差異,對產生的圖紋加以解釋。透過這一系列的實驗,發現光經過介質時會因遠近差異、角度、水滴形狀出現折射及反射的美妙圖紋,時而交疊或發散,形成了各式複雜曼妙精彩的圖紋。這些都是本實驗值得探討的研究。

晃地自「陷」‒地層下陷與土壤液化的變因探討

日前,竹北發生天坑事件,讓我們想探討影響地層下陷和土壤液化的變因。於是我們設計了水量、地質、地層分布、震度、地樁長度和不同建物等變因的實驗。研究發現,地質種類是影響地層下陷與土壤液化的最關鍵因素。粗砂層最容易地層下陷與土壤液化上層是細砂的地層也較易液化。水位與震度越高影響越大,但二者也會交互影響,低水位要震度6級以上才會發生下陷;粗砂層則在中水位、震度4級以上就會下陷與液化。礫石層則只在7級以上才會下陷但不會液化。地樁較長者,房屋傾斜角度較小。竹北地質層易受強震而產生地層下陷、掏空及土壤液化,且軟腳蝦大樓在此地層中遇7級震度時,一震就倒故地樁長度與避免形成軟弱層結構是建築安全最重要的考量。

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。