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國中組

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。

「優」然而「生」--探討隨手可得的優酪乳與碳的發電情形

本研究以鋅和備長炭當電極並以優酪乳當電解液作為研究對象探討其發電原理。從發酵實驗中得知優酪乳的發電情形與pH值無關而是受到微生物的生長量影響,在破壞微生物的電子傳遞鏈後電壓電流下降,且能透過餵與乳酸菌牛奶後能提升其電壓電流,由簡易方式能證明優酪乳內有放電菌參與發電反應,且其產生的電流是柏克萊團隊研究的兩倍。在增加氧氣的實驗中得知氧氣能緩和電壓電流的下降趨勢,且我們證明優酪乳在放電16小時後含有0.5mg/l(ppm)鋅離子,代表鋅會放出電子。本研究成功證明優酪乳發電同時保有空氣電池及微生物電池的特性。

草酸鐵鉀晶體的生長密碼:探討添加劑對晶體生成效率的影響

本研究以草酸鉀(K₂C₂O₄)與氯化鐵(FeCl₃)反應生成的草酸鐵鉀晶體為主題,探討其成核與結晶機制,並分析多項影響因素,包括溫度、反應物比例、酸鹼、有機溶劑與界面活性劑等。實驗結果顯示,低溫可降低晶體溶解度、提升過飽和狀態,有助於增加晶體產量;其中,FeCl₃與K₂C₂O₄以2:7比例混合可獲得最佳結晶效果。界面活性劑方面,卵磷脂表現尤佳,不僅促進晶體生成,亦提升晶體完整度與致密度。進一步使用無糖豆漿、牛奶、雞蛋等天然食材取代純卵磷脂,亦能達到相似成效,顯示其具成本效益與實用性。此外,本研究亦發現草酸鐵鉀具光還原性,能在光照下迅速將亞甲藍還原為無色,展現其在水處理與環保應用上的潛力。

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。

沉沒試金--黃金串錢柳抑菌防黴抗氧化能力之研究

本研究以校園內種植的黃金串錢柳與茶樹為材料,探討其抑菌、防黴及抗氧化能力。實驗結果顯示 : 黃金串錢柳精油在抑菌效果上優於其他植物精油,且七天後仍有效。經測試,黃金串錢柳精油能有效抑制牙齒及衣服上的原始菌群、單一菌落及大腸桿菌。此外,黃金串錢柳噴灑在布料上抑菌效果優於酒精。防黴實驗顯示 : 黃金串錢柳精油能抑制鞋中黴菌生長,並可取代傳統鞋油。抗氧化能力實驗以DPPH、ABTS、 Folin試劑檢測,結果顯示黃金串錢柳抗氧化效果優於茶樹精油。經液液萃取法、管柱層析法分離精油成分後,進一步測試不同極性成分之生物活性,結果推論其有效成分為偏非極性物質的酚類。

廢熱!啟動!節能從廚房開始!

根據本研究問卷調查結果,顯示本學區內約有58%家庭藉由將水煮沸再放涼的模式來製造飲用水,因此從節能減碳的角度上,探討如何回收熱水降溫所釋放出的熱量將有助於環保。本研究運用熱水散失於環境中的廢熱來提高冷水煮沸前的溫度,以減少後續加熱所需能量。於實驗中發現縮小容器體積與熱管長短搭配,並在隔熱裝置及冷熱水鍋之間加上鋁箔罩效果最好,可在1小時內節省超過43%的能源!甚至只需15分鐘就可節能30%!最後,利用能源採集技術設計可自我供電的低功耗IoT使用者介面,實時監測水溫狀況,再透過機器學習方法,提供預估的熱交換等待時間的功能,最後將訊息以Wi-Fi傳至手機APP中顯示。

聽得見手語

小時候在街上,看見了一位聾啞人士 努力 使 用手勢溝通,卻遇到困難。 他看起來非常無助,所以想幫助他們能正常的溝通。大部分人是看不懂手語的,所以我們想研究可以透過發聲器,進行即時翻譯的裝置!透過發聲器知道他們在比什麼! 我們先參考手語的動作,發現有幾個測量依據,於是使用彎曲感測器、加速度模組、霍爾電晶體來記錄,將這些感測器製成穿戴式裝置,然後記錄下動作數據,將動作的意義錄音,存入記憶卡。把這些數據寫成二維陣列,第一維為手語流水號,第二維為資料庫,其中包括彎曲情形 、 靜態姿勢 、 移動方向 、 接觸 點 等 )),最後將感測器即時的數值與資料庫的數據比對,發出對應的聲音。未來只需擴充資料庫,就能讓使用者享受便利的溝通。

平分天下──網格全等切割之方法數

本作品主要探討在網格上進行全等切割的方法數,並分析其擁有性質,於研究過程中發現當方形網格邊長達到6時,切割路徑會產生「回繞」的複雜情形。因此本次研究由「回繞數」為0的切割路徑討論起,並給予網格分層的定義,依序探討正方形網格、長方形網格、三角形網格及六邊形網格切割成不同等分時的方法數,而後我們再進一步討論正方形網格「回繞數」為1時的全等切割,並利用遞迴式得出切割方法數。 此外在研究中,我們透過排列組合計算出長方形網格在不受回繞限制下的一般式,並嘗試討論立體網格的情形,在增加對「懸空數」的限制下,經計算得出了有趣的結果。

隨「波」逐「浪」—探討波浪數列的性質

本研究探討將連續正整數1至𝑛依大小交錯排列所形成的「波浪數列」,其定義如下:除了首項與末項外,每一項皆大於或小於其相鄰兩項。我們分析在最大數為 𝑛 時,波浪數列的各種情形與其在數量上的對應關係,從中歸納出排列的規律,並推導當首項為 𝑘 時的排法總數,進而求出所有波浪數列的排法總數。

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。