全國中小學科展

國小組

植物聊天室~聲音頻率之探究

聲音是振動產生的聲波,當流體中形成氣泡或空隙時,壓力會迅速下降到蒸氣壓以下,於是就會發生空蝕現象,產生震動而有聲音。我們利用PlantWave感測器,夾住植物的葉子,植物因空蝕現象產生震動,感測器測到震動電波,透過演算法轉換成聲音,再將聲音經由phyphox app測得其頻率。我們進一步以植物的種類、不同器官、不同環境、不同對待方式、不同的澆水量等作為實驗的變因進行,再透過手持顯微鏡的鏡頭觀察水分在維管束中流動情形,結果發現實驗葉片面積較大者、同株植物較成熟的莖、環境的溫度較高濕度較低、在受觸摸對待、水量較多、缺少空氣及陽光的狀態下,水分傳輸變化較快,推測在植物內部氣泡及壓力產生變化,形成空蝕現象,因而所測得的聲音頻率較高。

鳳梨「酵」一下-鳳梨酵素活性與應用價值之探究

本研究主要探討鳳梨各部位的蛋白酵素活性差異並評估其潛在應用價值。實驗針對鳳梨的果肉、皮、冠芽、葉及芯等部位進行分析,透過分解明膠實驗與酵素活性測定,探討其在不同溫度與酸鹼值環境下的酵素活性變化。結果顯示,鳳梨尾的蛋白酵素活性最高,其次為鳳梨頭、皮與芯,冠芽與葉的活性則相對較低,但整體差異不大。抑菌實驗顯示,各部位皆具有抑制細菌生長的效果,表示在食品保存或抗菌應用上有一定的潛力。本研究證實鳳梨不同部位皆含有蛋白酵素,顯示葉、冠芽、皮等副產物具有再利用的可能性。若能進一步改良萃取方式、提升酵素濃度,未來可望增加鳳梨副產物的應用價值,為食品加工與農業廢棄物再利用提供重要的參考依據。

「益生」的好閨「蜜」

本研究以蜂蜜對益生菌生長的影響為主題,選擇益生元組成差異較大之龍眼蜜、蕎麥蜜、麥盧卡蜜作為蜜種,並以A菌嗜酸乳桿菌、C菌乾酪乳桿菌、LP植物乳桿菌、LGG 鼠李糖乳桿菌作為益生菌種,透過細胞濃度測定、塗盤培養基等方法估算菌種生長曲線、菌種菌落數,探討不同蜜種對益生菌種繁殖的影響,並模擬胃腸道環境探究不同蜂蜜濃度對益生菌繁殖的影響。 研究結果發現蜂蜜能促進益生菌生長,且不同蜂蜜對不同益生菌的繁殖有差異。蜂蜜能提升益生菌對抗人體胃腸道中的胃酸、膽汁等耐受性。從結果推論,食用益生菌時可搭配蜂蜜一起食用,並在挑選益生菌種改善身體機能時,可選擇對該益生菌繁殖有益的蜂蜜種類一同食用,以提升益生菌的功效。

「仙」「鮮」御守~澎湖常見仙人掌果實保鮮效益之探究

金武扇仙人掌果實為何能常保新鮮?本研究以可食用塗層、果膠保鮮膜、檢驗果肉、果皮的保鮮效益,結論如下: 一、果實的細胞壁緊密與保水黏液,應是保鮮原因之一。 二、果汁:油-9:1塗層具最佳的保鮮效益,應與汁液中富含維生素A、C的抗氧化營養素有關。 三、果肉的果膠萃取率優於果皮;不同檸檬酸濃度的萃取量3M⇌2M>1M;萃取率優於香蕉皮、百香果殼。 四、果肉萃取的果膠製成保鮮膜,保鮮效益優於果皮,用檸檬酸濃度2M製成的保鮮膜,保鮮效益優於濃度1M;乙烯含量監測得知,透氣性優於市售保鮮膜 。 五、自製果膠保鮮膜的保鮮度優於可食用塗層,比單純室溫放置好。 六、仙人掌果皮與果肉確有保鮮的生物、化學特性,並有農產廢棄物再利用經濟效益。

笛管新聲-探討簧片對笛子聲音之影響

直笛是每位學生必學樂器,加上簧片巧思,創作出簧片直笛。實驗變因控制為形狀(三角形、梯形、長方形),厚度以及材質。運用問題解決,開發出雷射切割簧片及板擦機吹氣,將人為誤差去除。實驗發現,三角形簧片會將頻率往上移動,上升最大59.2%。梯形簧片,當簧片寬度越寬,振動頻率越低。長方形簧片,簧片長度越長,振動頻率越高。當厚度越厚,頻率會變低。不同材質簧片,發現投影片簧片頻率變化最佳。從共振分析得知,當簧片振動頻率接近笛子自然頻率,音量增加。當簧片振動頻率沒有接近笛子自然頻率時,無法發出聲音。原本學生常用的高音笛,配合簧片替換創新,可吹出超高音笛的聲音。「笛管新聲可創造出不同音域的巧妙變化」。

影響天燈升空的因素探討

天燈伴隨火源升空象徵人們祈福與祝願,為臺灣重要文化傳承。升空過程,種種因素造成天燈失穩墜落,而燃燒未盡可能引發火災。過去研究多著重於熱源、造型及風阻等影響,卻忽略實地環境風場影響。我們於現地實驗測量天燈升力,後續建立浮力模型、簡易風洞測試和商家訪談驗證。結果發現:天燈飛行的搖擺與熱氣洩漏是影響上升的主要因素,其中側向風速為搖擺主因,地面風場變化更是關鍵。針對分析結果,建議縮小底部開口至原三分之一,可降低56%熱氣流失。另建議設置地面風速監測及管制施放燈號,確保順利飛行至高空。提出「大天燈共乘」構想,提供雙倍書寫空間,耗能僅增約1.37倍,減少回收負擔。成果可作為天燈施放安全與環保政策之參考。

擋水神器-特斯拉閥的探討

特斯拉閥是一種神奇的發明,能利用管路的設計,達成流體在一個方向上流動時阻力最小,而在相反方向上流動時產生顯著的阻力的目的,我們想要運用在阻擋水流來降低災害上,我們的研究有以下的發現:(1)特斯拉閥的進水口角度為40度及出水口角度為30度時,減流的效果最佳;(2)特斯拉閥的支流愈寬,減流的效果愈佳;(3)交錯型主水道略優於對稱型主水道,但結構較複雜;(4)水流愈強,特斯拉閥減流的效果愈好;(5) 水的溫度與鹽度對於特斯拉閥減流效果沒有太大影響; (6)前後排列支流的特斯拉閥效果優於平行排列支流,且支流數量愈多,減流效果愈佳。

安西教練 - 教你投空心

本研究結合程式設計與運動科學,開發以Python為核心的投籃訓練輔助系統,用科學方法分析籃球投籃曲線數據,建立具回饋的訓練工具,幫助學生個人化訓練與提升表現。 研究採OpenCV電腦視覺技術追蹤籃球飛行軌跡,透過背景相減法,成功記錄了102顆 空心球的投籃軌跡座標,得到出手角度(平均49.35°)、入框角度(平均41.57°)及拋物線最高點(平均3.51公尺)等關鍵數據,並借助ChatGPT釐清分析方向與角度計算公式。 本研究利用攝影裝置結合電腦視覺分析,精準記錄投籃軌跡,透過數據分析得出空心球投籃的具體角度與軌跡特徵,成功建構以Python為 核心的投籃訓練輔助系統,為科學化訓練提供輔助機制,未來可擴展系統功能,納入更多參數或運動型態分析,提升系統的泛用性與準確度。

聲音農藥? - 探究自然環境聲音對植物向性與化學防禦影響之研究

本研究探討自然聲音對植物生長與防禦機制的影響,並評估「聲音農藥」在農業中的應用潛力。我們測試了流水聲、雨水聲對黑豆發芽與植株生長時其根生長向性的影響,以及蟲啃咬聲對小白菜葉片被害程度及防禦機制的影響。結果顯示,在流水聲與雨水聲環境下,黑豆植株的根部傾向於朝向聲源方向生長,尤其在缺水環境下更加明顯,顯示植物可能利用聲音信號調控根部生長方向。此外當小白菜暴露於蟲啃咬聲時,其揮發性有機化合物(TVOC)釋放量增加並有效降低紋白蝶幼蟲的啃食行為,證明聲音刺激可觸發植物的防禦機制。 本研究的發現支持了聲音可作為非侵入性環境因子來影響植物生理反應,並為未來發展環保型農業防治技術提供了新的視角。

樂不思「眠」–探討睡前娛樂對睡眠、學習和社交的影響

本研究探討因娛樂導致的睡眠延遲,對學習記憶、社交傾向及任務執行的影響。首先以線上問卷調查國小中高年級及國中學生,了解睡前娛樂項目與頻率,以及自我評估對睡眠、學習與社交的影響。接著規劃小鼠睡眠干擾實驗,分為正常睡眠、環境探索、飲食吸引與藍光刺激四組,並透過水迷宮、Y迷宮、物體辨識、社交偏好及築巢任務,觀察其學習與社交行為。問卷結果顯示,逾五成學生認為睡前娛樂不會影響睡眠、學習或社交能力,但小鼠實驗結果顯示,受到睡眠干擾的組別在成長、睡眠、學習記憶、社交傾向與任務表現皆顯著下降,尤以藍光組最為明顯。本研究證明,睡前娛樂會對小鼠學習與社交產生負面影響,並為探討青少年睡眠與認知問題提供重要實驗基礎。