全國中小學科展

國中組

瓶起瓶坐—探討瓶中內容物與翻轉角度的關係

本研究旨在探討瓶中內容物與翻轉角度關係,採用自製單擺裝置進行實驗,並使用了不同水量、不同角度以及不同內容物三種操作變因當作研究目觀察翻轉角度的變化。例如:變換不同初始翻轉角度、瓶中水量、變換不同內容物、改變瓶子重心……等。在內容物為水且單純變換翻轉角度及水量的實驗中,得到了初始翻轉角度愈大,翻轉角度愈大以及水瓶受到的慣性愈小,翻轉角度愈不規律的兩個結論;在變換不同內容物的實驗中,證明了非流體在水瓶中的重心變化較小,流體的重心變化則要依據流體的流動程度進行判斷;在改變瓶子重心的實驗中,證明了水瓶的重心變化愈小,翻轉角度愈大;水瓶的重心變化愈大,翻轉角度愈小。

整數與否看源頭

滿足如下遞迴關係的數列,我們給出豐富且新穎的結果: 𝑎𝑛𝑎𝑛−3−𝑎𝑛−2𝑎𝑛−1=𝑘, 它可以轉換成四階線性遞迴式,研究過它的科展作品皆使用特徵方程,我們則從遞迴關係式去推導,手法更簡潔更得到: 1.它是整數數列的充份條件。 2.當固定𝑛,以𝑘為項次,則形成的數列為多階等差數列。 新的結果有: 1.研究項次推廣的遞迴數列: 𝑎𝑁+𝑅𝑎𝑀−𝑅−𝑎𝑁 𝑎𝑀=𝑘, 它可轉換成若干個線性遞迴數列,我們還發現將前述若干迴數列,統整成用單一個數列表示的方法。 2.探討一般化的數列 𝑎𝑛𝑎𝑛−3−𝑎𝑛−2𝑎𝑛−1=𝑘, 條件設定請看說明書。我們得到一些初步成果。 最後應用本作品的結論,解決某科展作品未解決的問題。

「炭」為觀止、生生不息-有毒玉珊瑚製成生物炭對促進小麥草生長影響之研究

馬祖北竿鄉大坵島上的外來種植物-玉珊瑚(Solanum pseudocapsicum L.)在近年來大舉侵佔原生植物的棲地。玉珊瑚屬於茄科的觀賞植物,但含有辣茄鹼(一種毒素),人類誤食會導致嘔吐和腸胃炎,梅花鹿(Cervus nippon)亦不會食用。因為在島上沒有天敵,近幾年快速蔓延,取代了原生植物的棲地,造成在島上以原生植物為食的梅花鹿漸漸無法找到足夠的食物,面臨餓死的困境。 本研究拔除有毒玉珊瑚製作成生物炭,以不同土壤組成及生物炭的比例種植小麥草(Triticum aestivum),觀察生物炭對小麥草種子發芽率及生長高度是否具有幫助。研究結果顯示,土壤組成使用純培養土來種植,對小麥草的發芽率及生長高度最有幫助;而生物炭與培養土的比例以1:30為最佳,可提高小麥草發芽率約28%、生長高度約19%。

把我的Token還給我

在醫院到學校為新生進行體檢後,許多同學對檢查報告中的異常一無所知,紛紛向老師求助。然而,由於老師缺乏醫學背景,無法提供明確的解釋。這促使我們思考如何利用AI來幫助同學理解檢查異常項目。 最初,使用AI Agent-Coze創建了第一代機器人,但受限於AI算力,操作上限制很多。參加智慧物聯網創意應用競賽時,評審要求--花一年時間,換個方法再做一次。因此決定改用Python進行開發下一代機器人。Python不僅能處理和轉換數據,還能靈活實現各種邏輯操作。此外,以英文撰寫prompt,能有效減少翻譯成中文時的token消耗。 最終,成功開發了新版本的機器人。與Coze方案相比,新方法大幅降低了token使用量。根據保守估算,token消耗減少至原來的1/500,顯著提升了效率並達成實驗目標。

“番”天覆地~難逃“塑”命?塑膠微粒暴露對番茄生長的影響

塑膠微粒(microplastics,MPs)是泛用塑膠製品而衍生的問題之一,且塑膠微粒會透過食物鏈的傳遞而導致人類的健康風險,作為食物鏈起點的生產者,是探討塑膠微粒健康風險的著眼點。基於聚苯乙烯(polystyrene, PS)類塑膠日益擴增的需求,加上小番茄為家鄉重要作物,以及想要窺探塑膠微粒在根部分布的情況,因此,我們利用水耕種植來探討PS塑膠微粒對小番茄的影響。研究結果顯示PS奈米塑膠微粒(nanoplastics,NPs)的暴露會對小番茄產生影響,包含降低其根部含水量、使其更容易遭受蟲害、植株葉片提早黃化枯萎、減少其根系中促植物生長細菌-木糖氧化無色桿菌(Achromobacter xylosoxidans)菌數,以及大量NPs累積於根部表面而影響小番茄對水分的利用等。不過NPs的暴露在植株乾鮮重、莖長度、開花與果實等生長參數並無顯著影響。

探討國中教材之酯化反應連結皂化反應的可行性與原理解析

本研究針對國中教材中酯化反應與皂化反應缺乏連結問題,設計並優化整合性實驗流程。在實驗中,發現皂化後鹽析存在「飽和點」,添加 100 mL 飽和食鹽水,十六酸鈉反應收率 193%,但增至 150 mL 時產量趨緩。為解析此現象,以 DLS 動態光散射技術,結果顯示十二酸鈉、十四酸鈉可形成微胞,十六酸鈉因溶解度低,微胞形成效果不佳。用 DLVO 理論分析粒子間作用力,補充教材的鹽析理論解釋。氫氧化鈉濃度影響方面,2 M 獲高反應收率(十二酸鈉 528%)但含水率較高,8 M 純度較佳但反應收率降低。以氯化鎂鹽析時生成脂肪酸鎂(反應收率 129%),顯示鹽類選擇亦影響最終產物。透過本研究建立了酯化、純化與皂化優化流程,期望為教材提供更具探究與應用性的參考。

「果」然有酒,過剩水果的發酵新生機

在這個計畫中預計透過發酵作用,將過熟或剩餘的水果轉化為酒精,以實現資源回收與環境保護。我們選擇含糖量較高的水果(如鳳梨、火龍果、柑橘、葡萄等),壓碎後加入酵母菌,在適當溫度下發酵,促使糖分轉化為酒精與二氧化碳。發酵完成後,利用蒸餾法獲得初步的蒸餾酒精。 此外,測試不同水果的酒精產量、溫度對發酵效率的影響,並分析蒸餾後酒精的濃度與產率。我們最終將驗證所得酒精的殺菌效果,探討其應用於日常環境消毒的可行性。由於有效消毒的酒精濃度需達 75%~78%,我們將進行多次蒸餾,提高酒精濃度,並記錄細菌與微生物的活動情況,以確認其可用性。此結果不僅能減少食物浪費,還能運用科學方法將剩餘水果轉化為有價值的清潔資源。

一天當兩天用—探討縮短光週期對景天酸代謝(CAM)植物之影響

本研究探討縮短光週期是否影響CAM植物的酸週期變化與氣孔狀態,及其對植物生長的影響。挑選常見的絕對CAM植物落地生根、蝴蝶蘭與仙人掌進行實驗。在自製生長箱中,利用Arduino搭配適當元件,設計程式控制光照週期與風扇調節溫度。實驗共分四種光週期,光照(L):黑暗(D)分別為3L:3D、6L:6D、3L:9D與12L:12D(單位:小時)。結果發現葉片汁液可滴定酸濃度與氣孔開閉大致上隨光週期變化,但不同植物的最佳生長光週期不同。顯示縮短光週期對不同CAM植物的影響不盡相同。其中蝴蝶蘭在光週期6L:6D的生長速度優於對照組自然界中光週期12L:12D。而光週期3L:9D蝴蝶蘭24小時獲得總能量只有別組的一半,但葉片長度增加量超過其他組的一半,推測能量利用效率較佳。

「折折」稱奇

過 A 列 × B 行(A≤B)方格紙中每個小正方形中心一次的折線: (一)A、B 均為奇數,起點位置的列數+行數=奇數時,會餘下一格無法通過;起點在角落,以逆時針螺旋型或 S 型走法,折線段數最少為 2A-1 段。 (二)A 為偶數走法如 ,最多段數為 A×B(B-1)+1;A 為奇數走法如 ,最多段數為: (1)B>A:A×(B-1)+1-(B-A); (2)B=A:A×(B-1) 段。 (三)A≥3 時,2A-1≤可能的段數≤最多段數;A=2 時,可能的段數為最少段數、最多段數及兩者間的連續偶數。 (四)當 A 的公差為 d,折線最少段數為公差 2d 的等差數列;A 相同且 B 的公差為 d,若 A 為偶數,最多段數的公差為 A×d;若 A 為奇數且: (1)A (2)當 B=A 時,與 A

香菸、檳榔對鼠婦趨避行為的影響

本研究以多霜蠟鼠婦為對象,探討香菸與檳榔對其趨避行為的影響,以了解隨地丟棄的菸灰、菸蒂、檳榔汁及檳榔渣是否會改變土壤中微小清除者的行為。研究結果顯示,香菸中的菸草、菸灰及濾嘴,市售白灰檳榔嚼塊,以及檳榔嚼塊中的荖葉、荖花、白灰、紅灰及檳榔果實,皆對鼠婦有驅避效果。當土壤出現這些污染物,鼠婦會產生忌避行為,傾向選擇在無污染的區域內活動,並減少探索受污染的區域。本研究證實香菸及檳榔嚼塊對生態環境造成危害,不僅污染土壤,還改變生態系統中小型清除者的行為,此實驗為環境保護提供了重要科學依據。