全國中小學科展

國中組

水啦!水中小勇士—黑水虻在水中的適應及廚餘濾液處理應用模式之優化

本研究探討黑水虻三至六齡幼蟲在水中的適應情形,經解剖發現可浮性黑水虻幼蟲因具有較高密度的微氣管分支更能適應水中生活但脂肪分布較少。實驗得知五到六齡幼蟲在水中一周存活率平均為81.2%,其水中排氨含量達0.1mg/5ml。在水中的運動表現較低,餵食熟地瓜葉比生地瓜葉增重90%。以黑水虻處理豆渣水可減少35.6%的二氧化碳排放量及減少豆渣濾液蛋白質含量66.67%,黑水虻幼蟲增加25%蛋白質含量。建議優化豆渣濾液處理應用模式如下:篩選五到六齡可浮性幼蟲投入廚餘濾液發酵槽中二次飼育,未來可製成高蛋白比的黑水虻產品;不可浮幼蟲則另外製成高脂肪比的黑水虻產品,最後經黑水虻處理的廚餘廢液進一步轉化為酵素液進行各類應用,進而推動環保及循環經濟之宗旨。

「精」天能不能在「E」起! 四苯基乙烯單分子受環糊精包覆型式及其錯合物之聚集誘導放光性質研究

本研究聚焦於α−,β−,γ−環糊精對原始四苯基乙烯分子進行主客體錯合之聚集誘導放光現象研究,探討不同環糊精在水溶液中對四苯基乙烯之包覆效果進而觀察水溶液及固體狀態下之螢光性質變化,結合螢光顯微鏡、紫外可見光、螢光及核磁共振光譜技術量測與分子模擬方式來深入探討環糊精與四苯基乙烯之間錯合與放光關係。實驗結果顯示γ−環糊精對四苯基乙烯分子具有最佳的錯合包覆效果,兩者間透過 1:2比例方式為最可能模式,同時錯合物具有雙重激發放光性質 (分別放射藍光與綠光,激發波長分別為 330-380與450-490nm)。

極巨化vs小鋼炮—探討影響颱風暴風半徑之因素與模擬

本研究旨在探討影響颱風暴風半徑的因素,結合模擬實驗分析風場與降水特性。統計2010至2024年西北太平洋共358個颱風案例,結果顯示:颱風的強度與半徑正相關、且生命週期長、生成位置越東(145~155°E)、十月生成者,半徑普遍較大。我們依強度分類定義颱風的大小,發現大型颱風多沿副高邊緣西行後北轉並發展壯大;小型颱風則常直接西行。風場部分,大型颱風風場對稱且壯度大,小型颱風則較不對稱。颱風西行侵台時,結構易受地形破壞,過山後壯度下降,降雨集中於迎風面。 實驗以氣流場模型搭配水霧,改變抽風條件模擬不同規模的颱風,結果顯示,抽風電壓越強、抽風口直徑越大、氣流進入角越小,風場越大。加入台灣地形與木漿棉進行降水模擬,可驗證資料分析結果。

『蒸』仙!?〜探討仙人掌角質層厚度及刺座與蒸散的關係

本實驗想了解仙人掌角質層厚度和刺座是否對蒸散有影響,結果顯示,刺的長度、數量及密集度與仙人掌的表皮厚度和平均氣孔數有關,刺越長越密集,平均氣孔數越少,表皮厚度越薄。而仙人掌表皮厚度越厚越耐熱,刺越密集越能遮擋光線,可以減少強光的傷害,故刺越密集越耐曬。仙人掌的刺有被紅墨水染色,是由於毛細現象所導致,本實驗中的蒸散量大致呈現有刺大於無刺,而除去刺之後蒸散量下降是由於減少了刺的蒸發量所導致。仙人掌的含水量占其重量80%以上,其莖部有大量的海綿狀組織,可能跟仙人掌針對乾燥環境的適應性有關。蒸散量需要考慮表皮的氣孔總數及表皮厚度,有刺的仙人掌蒸散部位會比無刺仙人掌多,故刺越密集蒸散量就越大。

晶彩人生---探究市售葉黃素飲與自由基之抗氧化反應

市售葉黃素飲外觀呈現橘紅色黏稠狀,去離子水稀釋以光譜儀測量波長在447nm有吸收峰。另以丙酮與正己烷萃取得黃色液體,光譜儀測量最大吸收率於波長450nm。濾紙色層分析法得知含有兩種葉黃素,分為葉葉黃素與米黃黃素,同時也比較菠菜汁與與市售葉黃素膠囊,皆含有葉黃素與米黃黃素。利用芬頓試劑產生氫氧自由基·OH,模擬自由基攻擊視神經時,存在於眼球的葉黃素作為抗氧化劑,與自由基反應,長鏈共軛雙鍵分解成短鏈,黃色消失。並利用光譜儀測量市售葉黃素飲與芬頓試劑反應,為二級反應。最佳反應條件為市售葉黃素飲加水稀釋成原濃度25%,[Fe2+]=0.005M,[H2O2]=0.767M,pH=2.92,反應速率定律式:R=k[葉黃素]2,k=(3.58±1.5)×10-5 1/Ms。

問君哪得清如許~探討永續節能自動化水質檢測及淨化的可能性

水質同時受到有機染料與無機鹽類污染,現行處理流程常分段進行,能源又受天候限制。為此,本研究開發一套整合「即時檢測-自動啟動-光觸媒淨化」的太陽能驅動水質清淨機。分別以有機染劑的亞甲藍以及無機鹽類的磷酸鹽(優養化)、亞硝酸鹽(生物毒性)為污染代表,檢測儀使用Arduino以反應試劑的RGB顏色變化檢測,汙染濃度超標則啟動水質清淨機進行降解。清淨機利用二氧化鈦光觸媒來淨化水質,作動結果顯示在光觸媒的作用下,不同的污染物濃度均能大幅下降,達成水質清淨目的。在能源的利用上,採用太陽能板儲能以提供陰天、夜間光觸媒所需的紫外燈電力,有效解決除污的時間及天候限制,達成全天高效水質淨化,符合節能等永續理念,值得大力推廣。

「塑」戰「菌」決——探討小蠟蟲腸道菌對塑膠微粒的吸附及降解情形

本研究探討小蠟蟲(Achroia grisella)腸道共生菌對塑膠微粒的吸附與降解潛力,成功分離出30株可穩定培養菌株,並針對常見塑膠(PET、PP、PE、PLA)進行吸附與降解分析。結果顯示,菌2與菌5能有效吸附PE與PLA微粒,其中菌5在PLA條件下展現快速酸化與 CO₂ 釋放現象,顯示具備生物降解能力。進一步證實其在無碳源條件下仍能附著塑膠表面,顯示其可將塑膠作為潛在碳源。此外,菌株處理後之PE微粒對水蚤毒性下降,心跳與存活率回升,推測與毒性添加劑去除有關。本研究亦觀察到菌體對塑膠表面具專一性吸附,對金屬顆粒無附著現象。綜合實驗結果,菌株5具高穩定性、廣效吸附與降解潛力,未來可應用於塑膠污染治理與生物回收領域。

真心畫大冒險~真心三角形性質之探討

本研究中所提到的「真心」即為三角百科中的Kimberling center 𝑋174,Wabash center 為三角百科中的Kimberling center 𝑋364。我們從Wabash center 的作圖法,延伸出真心的概念,並定義了真心三角形。在本研究中,我們對於真心三角形、旁邊三角形、旁心三角形及其內切圓、外接圓進行研究,發現這些三角形有相似關係,其各心間則存在共點、共線、共圓等性質。同時我們也找出了真心的barycentric coordinates,並以此作為基礎,提出真心之幾何作圖法。

「蜂」塵僕僕-蜜蜂的採蜜偏好與認知行為研究

本研究探討環境因子對蜜蜂行為的影響,涵蓋飛行方向、食物選擇、溝通呼叫及禦敵行為等方面。結果顯示,蜜蜂明顯偏好高濃度糖水,並對短波長顏色(如藍色和紫色)表現出強烈吸引,這與牠們的感光細胞特性相符。蜜蜂離巢時,展現出顯著的正趨光性,並能依靠長期記憶和空間學習優化飛行路徑,表明牠們具備高度的導航能力。有趣的是,巢口顏色對蜜蜂的出入口選擇並無顯著影響,顯示牠們依賴其他環境線索進行決策。 此外,蜜蜂在採蜜過程中可能會傳遞食物的「顏色」訊息,幫助追隨蜂更有效率地尋找蜜源,提升覓食的整體效能。

蜿蜒曲折-矩形中心點連線之路徑轉折次數探討

本研究主要在探討𝑀×𝑀及𝑀×𝑁的矩形中,將中心點一筆畫連接後的最少及最多的轉折次數。在最少轉折次數的部分,我們使用直橫線數量法探討直線與橫線的數量,並找出與轉折次數之間的關聯,最後利用反證法進行證明;在最多轉折次數的部分,我們根據𝑀𝑀與𝑁𝑁奇偶數的不同進行分類討論,一開始先利用外圍擴充法找出圖形畫法,最後利用直橫線數量法完成證明。