全國中小學科展

國中組

「菊」躬盡「萃」

本研究以萃取具多酚結構的天然植物(薑黃、芭樂葉、蝶豆花、金針花、臺灣杭菊1號花)為主題,透過自製 UVA和UVB的檢測裝置,探討不同變因下各萃取液的抗UV成效,結果顯示「杭菊花萃取液」具有最佳成效。 進一步比較杭菊1號花(白雪)和杭菊2號花(黃金菊)不同部位萃取液的抗UV成效差異,研究發現杭菊1號花瓣萃取液最具抗UV功效。因此將杭菊1號花瓣濃縮萃取液依適當比例調製成不同配方的「天然菊萃防曬乳」,並與「市售防曬乳」進行比較實驗,結果顯示自製防曬乳配方9對日光的UV遮蔽率可達98.0%,確實媲美甚至優於市售防曬乳的實際功效。

「泡生溶溶」---泡泡除塑淨水法的研究

本研究透過不同介面活性劑來吸附海洋微塑粒,初步發現,無患子的親油性最好,TDS值可作為微塑粒濃度的檢量線。為了解介面活性劑的親水性值(HLB值)對起泡力及清除率的影響,加入HLB值為4的白蠟油(油性介面活性劑)進行實驗,發現海塑粒無患子起泡效果最好。泡泡水去除海洋微塑粒效果約為8.3%,無患子溶液約為9.7%,白蠟油約為60.7%,故白蠟油的清除效果最佳,但並不天然。後來,我們發現了天然的親油性介面活性劑―大豆卵磷脂,無患子與其的起泡比例以7:3為最佳,且單純大豆卵磷脂的清除率高達84.14%為目前最高。最後,我們發現此起泡裝置能清除真實海水中37.55%的微塑粒。

太陽能,電來電往

探討雙面太陽能電池較傳統單面太陽能電池之發電效益差異,分析太陽光在不同材質地板的反射與散射,太陽能板安裝角度與方位,對於發電量的影響。雙面太陽能電池可以增益11%至37.5%發電量;等同降低37.5%發電成本。台灣位於北半球,考量整年最大發電量,應朝南安裝,安裝角度應與所在位置的緯度相近,並搭配白色表面粗糙之高反射和高散射地板,獲得最大發電量。單面太陽能電池,朝北或東或西安裝,與朝南安裝比較,發電量降低約50%;如果改成雙面太陽能電池,不但可以增加總發電量,亦可以將差異縮小至30%以下。如果因為建築物限制,只能選擇不是朝南安裝,或是不能選擇最佳安裝角度,雙面太陽能電池可以減少這些不利因素的影響。

共頂點正多邊形共線蝴蝶對稱圖形性質及幾何不變量

基於Anubhav Mishra提出的尚未被證明問題:由基準三角形OAB之兩邊OA與OB生成共頂點O兩正方形,在兩正方形中選取兩組對應點,並做交叉連線相交於N點,則AB之中點M與O、N具有三點共線之性質(此線稱為共軛對稱軸)。首先提出此原題的不同證明,再推廣至正n邊形,並找到一般化的必要條件及廣義共線性質。 研究結果發現並證明:在正n邊形共線蝴蝶對稱圖形中,存在兩稜線在共軛對稱軸鉛直方向投影長相等,及其成形的臨界角範圍;蝴蝶翅膀種類公式、衍生類別及總數量;面積與稜線長的幾何不變量;基準三角形三邊對應之共軛對稱軸共點於其重心;當n為偶數,共軛對稱軸垂直特定共軛對稱點連線段。當n趨近於∞時,共線蝴蝶對稱圖形收斂到圓內接等腰梯形。

探討過氧化氫回收銅的可行性

一般用硝酸溶解銅時會產生有毒氣體(NO、NO2),本研究利用過氧化氫水溶液在適當的酸性條件下溶解銅,具有更環保、更有效率的特性,符合綠色化學的趨勢。研究中採用的酸有醋酸、檸檬酸、酒石酸、硫酸;鹼則有氫氧化鉀、氨水與二乙烯三胺。最後發現以過氧化氫配合硫酸的效果比同濃度的硝酸更好,可以有效的溶解銅金屬。

真空能加速醃製食物?高壓可以嗎?探究氣壓對醃製速率的影響

本實驗為了探究在常壓、真空、負壓和高壓…等不同條件下對食物醃製效果的影響,以白蘿蔔為醃製對象,利用各種裝置改變氣壓進行一系列研究。 由實驗得知白蘿蔔的醃製效果為6塊紅磚和7塊紅磚高壓醃製>負壓8cm-Hg>負壓4cm-Hg>真空>常壓。高壓醃製相對於其他氣壓條件的表現為最佳,僅需6塊紅磚重壓在保鮮袋上即可。至於負壓醃製的效果隨著負壓值的增加,白蘿蔔醃製面積有增加趨勢。 本實驗的高壓醃製相對於負壓醃製所需要的技術門檻、費用皆較低,又可有效提升醃製效果,是不錯的醃製選擇。不建議購買「市售真空抽氣棒」,因功率小、吸力差,未如產品說明書上所說可使保鮮罐達真空狀態。如果對醃製效果沒有太過苛求,真空保鮮袋的醃製操作更為簡單方便。

植物精油抑制番石榴瘡痂病原菌之研究

番石榴瘡痂病由Pestalotiopsis psidii 引起,為番石榴重要病害。本研究選用香茅、桂花、迷迭香、茶樹、葡萄柚皮及薄荷等六種植物,透過水蒸氣蒸餾法萃取精油,分別在PDA培養基及番石榴上評估其抑菌效果。 結果顯示,在PDA 上抑菌效果依序為:香茅>桂花>葡萄柚皮>茶樹>迷迭香>薄荷,其中香茅精油表現最佳。進一步以葡萄柚皮精油進行濃度測試,濃度為0.5%、1.0%、1.5%(v/v),施用量為100μl,結果發現抑菌效果:1.5%>1.0%>0.5%。 本研究證實,天然植物精油具良好抑菌潛力,可有效抑制番石榴瘡痂病菌,為降低化學農藥使用、發展環保農業提供可行之天然替代方案,具推廣應用價值。

複合槲皮素奈米顆粒提升難溶性化合物之抗氧化能力

槲皮素(Quercetin)為天然黃酮類(多酚類),具有抗氧化、抗發炎、增强免疫力等功效。但因其水溶性很低,不易讓人體有效吸收,常需吃過量試劑,有浪費情形。本研究利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羥丙基-β-環糊精(HPBCD)與槲皮素進行複合,提供奈米製程化並增進其溶解度。在增加PVP K30比例下,複合試劑粒徑可從1200nm降至約30-40nm,形成奈米粒子。與原槲皮素抗氧力比較,複合試劑可提昇40-50倍以上。最後,複合試劑在發泡顆粒劑型可以在30秒內溶出90%以上的成份。以上實驗,說明本實驗能有效增加其溶解效能與奈米化,有效提升槲皮素從原先難溶、難吸收的情形,變為可讓人體快速吸收的粒形。

歲月無聲-肌少症與姿勢辨識的微妙對話之頭份地區樂齡社群上下肢肌力運動探討

本研究旨在結合PoseNet與Teachable Machine等AI姿勢辨識技術,根據教育部體育署國民體適能網站資料、基礎肌動學、聽取物理治療師建議、開發三款AI姿勢辨識體感互動遊戲,以提升高齡者肌力、預防肌少症。肌少症為高齡社會常見之退化性問題,嚴重影響長者之行動功能與生活品質。本研究透過Scratch平台-OSEP整合PoseNetAI模型,設計可訓練上肢與下肢肌群之遊戲,並於頭份市樂齡協會、運動公園及學校等地,實地施測多位50歲以上的長者。結果顯示參與者均能正確執行遊戲指令,且對互動設計及視聽回饋表達高度興趣與正向回饋。本研究系統具備操作簡易、成本低廉與可擴充性,顯示應用於居家運動或長照場域具高度可行性與發展潛力。

殊途同歸─不可思議的七線共點

本研究探討三角形中線段共點的幾何性質,特別是與奈格爾點相關的七線共點現象,這七條直線包括三條特定的作圖線、三條周長平分線、以及內心與重心的連線。研究動機源於對奈格爾點定義及其作圖方法的探究。研究過程中,我們透過Dussau作圖法、三角形性質及解析幾何等方法,從已知條件推導出相關的幾何性質,並進行了驗證。研究發現這三條作圖線分別與三內角平分線平行,可視為內心在位似變換下的映射。本研究亦探討此類作圖法是否可遷移應用至其他三角形特殊點(如內心、重心)。這些發現證明了即使直線的構成方式看似複雜或「殊途」,最終也能「同歸」於同一個點,展現了幾何的奧妙。