全國中小學科展

國中組

飢不擇食嗎?~探討大菜螟的吐絲及同類相食行為

菜圃發現的菜蟲,竟出現同類相食。大菜螟(Crocidolomia binotalis)為台灣常見害蟲,具吐絲能力。由幼蟲的型態及取食行為,可分為1~2齡及3~5齡兩個階段。1~2齡幼蟲偏好在下表皮的葉基部吐絲織網(69%),並於其中啃食葉肉,3齡後幼蟲同樣在下表皮啃食葉肉但不會織網。幼蟲移動前,會先吐絲至葉面,由胸足的爪鉤住絲後再前進,減少掉落可能。一旦掉落,多數幼蟲會利用第3對胸足繞絲上攀。大菜螟幼蟲在食物不足時易發生同類相食(58.3%),食物不足下有受傷個體時,被捕食率大幅增加至92%。實驗顯示即使食物充足,受傷個體可能透過氣味,導致被捕食機率大增。體型小的2齡幼蟲利用織網及排泄物來減少同類的捕食。在應用上,利用同類相食特性,能增加蘇力菌散播能力,造成高致死率。

從腸計議—植物乳桿菌對黃斑黑蟋蟀產卵及孵化的影響

本研究目的主要在探討腸道菌對黃斑黑蟋蟀產卵及孵化的影響。研究發現對蟋蟀餵食植物乳桿菌,可提高產卵數,使最後成功孵出的小蟋蟀數量較多。分析可能原因為:一、植物乳桿菌可提高蟋蟀的食慾,使之獲得較充足營養。二、植物乳桿菌可抑制大腸桿菌、蘇力菌及88.89%從蟋蟀體表、腸道、產卵管分離出來的微生物,調節菌相平衡,促進蟲體健康。三、植物乳桿菌可分泌神經傳導物質GABA調控蟋蟀的生殖行為。此外,本研究亦發現對蟋蟀餵食抗生素或蘇力菌會降低卵的品質與孵化率,使最後孵出的小蟋蟀數量較少,其原因可能與卵黃生成素(vitellogenin)被抑制有關。因此本研究證明了腸道菌對黃斑黑蟋蟀的生殖也會造成許多重大影響。

蒙提霍爾問題中選擇期望值與多變數衍伸性操作之研究

典型蒙提霍爾問題(Monty Hall Problem)(李永乐 [1]),又以別稱「三門問題」廣為流傳,是一項源於賽局理論的機率謎題,得名於《Let's Make a Deal》節目主持人。遊戲規則表明,在三扇門後共有一件獎品,參賽者選擇一扇門後,主持人會打開另一扇無獎品門,接著參賽者有權選擇是否換門,此時若選擇換門則勝率將提高到 2/3,這對許多人而言並不直覺,這也正是這個問題的有趣之處。 本篇研究由典型蒙提霍爾問題出發,逐步將結果推廣至七變數組方程式,並進行多種開門規則、非全同機率門,與多回合換門機制、中獎個數機率分布之討論。最終推導出玩家各執行策略及與之對應之期望值和機率函數方程,除強化已知文獻結果之泛用性外,也使典型三門問題具有更大的調整自由度。

永保安康app系統

行車易因視線死角或疲勞駕駛造成交通事故,建築物也常因火災、有害氣體造成民眾或救難人員傷亡,故製作本系統: (一) 行車模式: 1.車外盲區設置鏡頭app顯示畫面,若偵測到行人則於app發出語音警示。 2.對駕駛臉部進行偵測,若判斷為疲勞則啟動提神裝置。也可偵測身體姿勢,自動啟動ChatGPT語音聊天或搥背。 3.交通事故發生時,由Line傳送車內影像給親友,若昏迷則由app傳送定位簡訊請求救援。 (二) 保安模式 1.偵測 室內空間人數,在火災發生或有害氣體過多時,由Line傳送地點及影像給屋主。同時遠端在app顯示位置、人數並可獲取影像並對照app平面圖規劃逃生或救援路線選擇。 2.貴重物體被竊取時,由Line傳送影像給屋主,再由app遠端繼續拍照或啟動警報器驅離。

基於雲端運算與多光譜遙感技術探測四草區域碳息

本研究基於Google Earth Engine雲端平台和JavaScript程式語法,透過隨機森林分類器的監督式學習,對臺南市安南區四草區域的紅樹林進行自動分類。利用Sentinel 2衛星影像資料集,結合文獻的函數公式,對紅樹林植物的面積分布、變化進行統計,並估算藍碳儲存量。此外,計算了常態化差值植生指標(NDVI)和常態化差值水體指標(NDWI),並將其標示於地圖上。同時,使用 Modis LST 和 CHIRPS 資料集分析地表溫度和降水量。 研究結果發現,2018年至2023年間紅樹林的總面積相近,2023年比2018年的碳儲存量減少了28.63噸;此外,當地表溫度與降水量都比前一年增加時,紅樹林的總面積和總碳儲存量皆有減少現象;當平均降水量減少時,縱使地表溫度增加,總碳儲存量增加。指標指數、溫度、降水量皆會影響總碳存量。

翻牆逃逸的酒滴-馬拉哥尼效應在直筒玻璃牆上的翻牆現象

本研究主要探討垂直的馬拉哥尼效應(Marangoni effect),應用於酒精溶液的翻牆逃逸現象。酒精裝入玻璃杯中,因杯內酒精溶液會沿著玻璃杯爬升產生「腳」,且杯壁上的酒精有著較大的蒸發量使表面張力變大,進而產生表面張力差,杯內表面張力較小的酒精會持續藉由「腳」往表面張力較大的杯壁酒精累積與上升,如同脫離地心引力般的向玻璃杯壁上移動。當杯中酒精溶液的液面較接近杯口時,液滴將逐間累積至杯口處,持續在杯口處藉由「腳」拉引並與杯口上的液滴相互結合,逐漸向杯口外圍累積,最後成功翻牆逃逸。後續實驗嘗試使用市售食用酒品、丙二醇和丙酮等各種不同溶液探討翻牆逃逸情形。在延伸研究中,從廣口瓶的瓶頸發現「腳」蒸散與拉聚會產生脹縮的呼吸現象。

不再DOWN的啄木鳥-探究科學玩具啄木鳥上升之因素與原理

本研究在探討啄木鳥科學玩具向上爬升的原理,並透過井字形結構,加振動喇叭的動力啄木鳥,探討懸臂長度、孔徑大小、輸入音源的振動頻率、振源位置與音源輸入振幅對啄木鳥上升速度的影響。 研究發現,啄木鳥玩具會在特定頻率下快速上升,與振動頻率是否對應到機構的自然頻率及共振效應有關。動力啄木鳥在懸臂長為300mm、孔徑10.3mm、振動頻率150Hz時,上升速度最快。振動喇叭放置位置會對啄木鳥上升速度造成影響,速度大小依序為懸臂前端>懸臂末端>懸臂中間。孔徑會影響啄木鳥的 升速度 ,而非自然頻率。音源輸入振幅需大於iPad音量10格才能使啄木鳥上升。

雙偶幻方之研究與破解

本研究主要在探討雙偶幻方的解法,我們一開始使用數列交叉擴展法來解雙偶幻方,但後來發現這個方法受到兩個數一組的限制,所以只適用於2n階幻方。為了能涵蓋更多的雙偶幻方,我們試著把改變數字交叉擴展法並與羅伯法結合,創造出一個可以破解所有雙偶幻方的解法,並進行一般式的證明,最後利用斜排特性構造出更多種4n階幻方解法。

咖啡渣田拔蘿蔔-非牛頓顆粒流體的力學

在電影場景中的流沙是可以吞沒人體的自然現象,但實際上流沙能覆蓋人體的深度並不深。從文獻報告顯示,流沙是非牛頓流體的一種,但表現出來與太白粉所製的非牛頓流體不同。利用咖啡渣來建立流沙的受力模型,發現不論在阻力的表現、表面出水的現象與物體沉入的狀況與流沙都極其相似,以咖啡渣作為流沙的模型,可以減少使用玉米粉或麵粉所造成的浪費,同時可控制粒徑大小,測量受困者與流沙間的受力關係,立新的研究模型。在定力的實驗中,對物體施以垂直拉力,瞬間拉力約為物重的80%即可拉起;若沒有瞬間拉力,則需物重的120%以上。在動態的實驗中,物體所受的阻力會因著受力擠壓、含水量多寡、接觸面積、力量作用時間的不同而有差異。

羽視推移-運用傳動機構及影像辨識製作自動化羽球收集器

練習打羽球時,撿球這個過程不僅消耗體力,還會浪費許多時間。為了解決這個問題,我們著手製作一臺能夠自動撿球的裝置。第一代裝置利用皮帶輪將羽球彈至集球箱內,並用藍芽搖控車體移動。第二代裝置利用Teachable Machine與 Pixetto鏡頭進行影像辨識,並撰寫程式控制車體移動至羽球位置。為了避免羽毛球撞擊鏡頭,第三代裝置將撿球機構改為輸送帶,使其更穩定地進入集球箱內。但是束線帶長期使用容易變形,為了提高撿球的成功率,第四代裝置再次改變了撿球機構,結合第一代與第三代的想法,利用齒輪將羽球轉入裝置後由鍊條運到後方由日內瓦機構做成的集球裝置內。過程中利用了機構與結構原理設計車體,以及影像辨識的訓練與程式設計,做出了可以自動化撿球的裝置。