全國中小學科展

佳作

Where are you-家用室內定位系統

本研究利用藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy, BLE)裝置、Arduino IDE程式、ESP32微控制器等,製作一套室內定位裝置,如家中為四房,只需一主機、四偵測器,利用家中的網路孔連接,就可以藉由主機知道家中成員的所在位置,萬一他(牠)們進入危險區域時,會發送LINE訊息及警示音,提醒使用者。

黏土會唱歌—利用自製導電黏土搭配電子材料製作音樂黏土可行性之研究

從導電黏土的製作原理,意外發現利用電阻差異製成的音樂鉛筆玩具,於是激發想像力要製成音樂黏土電子琴。本研究企圖尋找製作導電黏土與絕緣黏土條件,並利用材料組合的電阻差異製作音樂黏土電子琴。研究發現,1. 自製導電黏土是可行的,比較不同的電解質,加鹽是比較好的選擇。2. 導電黏土採用中筋麵粉且不需加糯米粉較佳。3. 絕緣黏土的則適合加入糯米粉,並以橄欖油取代水。4.以導電黏土與絕緣黏土,搭配簡單電子材料可完成發光電路。5. 以IC NE555P製作音樂黏土加微量的純水調音,可有效增加黏土發聲音頻範圍。6. 用arduino可程式化將電阻值轉換成音頻的方法,能穩定發出固定音階,能製作音樂黏土電子琴。

探討流動珠鍊於平面上產生彈跳的現象

本實驗為探討流動珠鍊產生彈跳現象之物理機制,分成燒杯內的彈跳行為及平面上的彈跳行為。我們研究發現,反作用力無法解釋珠鍊於平面上落下時仍會產生彈跳現象。實驗顯示,珠鍊掉落的高度越高,珠鍊的流速就會越快,當珠鍊流速達到一定值時,將會發生珠鍊彈跳的現象,這在珠鍊處於燒杯內及平面上都是一樣的結果。平面上珠鍊的擺設轉折處將會影響珠鍊是否發生彈跳現象,取決於珠鍊的擺設是否有多次轉折。轉折數越多、越集中,將越容易發生彈跳。藉由高速攝影機錄影大量觀察珠鍊彈跳現象,發現珠鍊在移動彈跳的過程中都會產生扭轉的行為,而且扭轉都會呈現類似S型的形狀,此增加珠鍊的支撐力道,造成珠鍊彈起的現象。

「救命」的安全平網~降低落下人員傷害的設計

當球落下至安全平網時,彈簧秤、繫繩角度,以及網面都會有變化。我們先製作不同設計的安全平網網體,利用彈簧秤測量繫繩拉力,再利用雷射筆反射軌跡法測量球落下的衝擊力,並利用Arduino連接超音波測距器來測量網面下陷程度,驗證雷射筆反射軌跡法的準確性。再來我們利用球的位置變化來算出有、無安全平網時的衝擊力,並用透明塑膠球裝顏料水觀察受力情形。實驗結果如下: 一、球由越高的高度落下,衝擊力越大,水的震盪越明顯。 二、衝量越大,衝擊力不一定越大。 三、有安全平網時,會比直接撞擊桌面、軟墊還安全。 四、理想的安全平網是以較有彈性的材質做為邊繩、外圍框架撐平網面、繫繩數量較多、適當大小的網面,以及網孔稍小為佳。

探討MPT-Cy2作為活性氧類(ROS)指示劑之利用

MPT-Cy2是一種容易與自由基發生反應的化合物,並產生如顏色及吸收光譜改變等變化。故本研究嘗試利用此特性,探討將MPT-Cy2作為活性氧類(ROS)指示劑的可能性。 實驗第一部份成功由硫化二苯胺合成出MPT-Cy2,並由電噴灑游離質譜儀(ESI-MS)與X光單晶繞射儀(X-ray)證實其結構無誤。 第二部份的實驗首先利用過氧化氫與亞鐵離子進行芬頓反應(Fenton Reaction),作為氫氧自由基的來源,再探討MPT-Cy2與氫氧自由基反應之特性。實驗結果顯示,在電子順磁共振光譜儀(EPR)與紫外光可見光光譜儀(UV-Vis)的光譜圖上,皆可證實MPT-Cy2確能與氫氧自由基產生結合反應。其中MPT-Cy2與過氧化氫之莫耳數比例為1 : 10000時反應速率最快,且結合反應能持續至830分鐘,未來可望作為活性氧類(ROS)指示劑。

AI時光機-利用照片轉換技術重溫在地歷史

目前網路上流傳許多使用人工智慧修復照片的網站或應用軟體。然而,由於這些訓練資料多數來自國外,導致修復台灣「本地」照片的效果欠佳。此外,許多老舊照片因氧化、潮濕而泛黃,使得修復程序比起修復純黑白相片更加困難。因此,本研究旨在建立一個專門修復本地照片的機器學習模型,主要分為以下三個部分:首先,使用機器學習模型對老舊照片進行修復,包括著色、去模糊化和降噪;其次,分析使用不同比例之有色調照片(模擬泛黃照片)訓練模型的效果;最後,研究不同的修復順序(著色、去模糊化、降噪)和模型執行次數對照片修復效果的影響,發現「著色、去噪、去模糊化」的順序修復效果最佳。

步步驚魂 ---沙崙海水浴場的美麗與幽愁

本研究主要探討淡水區沙崙海水浴場離岸流的特性與成因。透過專訪了解到2012年所發生的5位學生溺水事件中,學生落海的位置與溺水倖存者對當時海流的描述。接著從沙崙海水浴場海底等深線圖製作立體地形模型,觀察保麗龍球和紅墨水在模型中隨著水波移動與擴散的情形,再實際踏查並空拍海水浴場海水的流動狀況。我們發現:沙崙海水浴場有離岸流,這個離岸流區大約在(25°11'25.50"北 121°25'1.66"東)、(25°11'19.91"北 121°24'49.64"東)兩警戒點之間的海岸線,而其他區域也存在著迴向離岸流區的環流,因此強烈建議在沙崙海水浴場須嚴禁下水活動。沙崙海水浴場離岸流主要是由填海造陸後形成的巨大岬角地形所產生,若沒有人工的改變,原來的海流會順著海岸線進出沙崙海水浴場海灣。

以手機app研究各項變因對藍印術反應速率的影響

此研究主要以手機app『科學日誌(Arduino science journal)』研究各項變因對藍印術反應速率的影響。發現普魯士藍並不會溶於水中而是懸浮在溶液中或產生沉澱。研究結果發現UVB紫外光組的反應速率明顯高於LED組與日光燈組。雙氧水與硫代硫酸鈉不是對光敏感的還原劑,對光敏感的還原劑其還原能力順序為:草酸根>檸檬酸根>酒石酸根。鹽酸與稀硫酸的濃度對藍印術反應的反應速率沒有明顯影響。硫酸在較高濃度時會使藍印術的反應變慢。對於反應級數的研究,根據實驗結果可得到草酸根的濃度對反應速率應為1級;赤血鹽的濃度對反應速率為0級;三價鐵離子的濃度對反應速率應為2級反應。 R = k〔C2O4 2−〕1〔Fe(CN)6 3−〕0〔Fe3+〕2,並由級數推估出可能的反應機構。

翻硬幣與點燈的混搭

本作品結合兩道題目,給出有趣且新的結果。 第一題:硬幣兩面分別為「H」和「T」,有n個硬幣排成一列,若恰有k枚H朝上,便 翻動左起數來第k個硬幣──H朝上的硬幣數量,決定左起第幾個硬幣要翻動。試證明持續操作下去,能在有限次內操作至停止,並求出操作次數的平均值。 另一題為講座中提出的:有n個燈排成一圈,按一盞燈,不是由亮變暗就是由暗變亮,而且它左右兩盞燈會隨之變換當前的明暗狀態,試求使其由全滅變成全亮的方法和最少操作次數。 它們都屬於離散動態系統,本研究除了解決競賽題外,創意在於結合上述兩題的條件,形成一道新題目,給出可以操作至停止的必要條件、以及操作次數平均值的猜想。

複眼「視」界不複雜

科學報導提出蒼蠅的視覺會被斑馬條紋擾亂,生活中也發現打蒼蠅時蒼蠅總會先一步飛走,我很好奇蒼蠅用複眼看到的世界,於是動手製作透明複眼模,但每顆複眼小眼太大顆且相連處有空隙,無法模擬複眼看到影像,所以改用投影機專用複眼鏡片來實驗。首先模擬蒼蠅複眼看到的斑馬影像,並計算斑馬外觀所佔整體複眼影像中的複眼顆粒數量比例,發現蒼蠅飛近斑馬影像越來越大時,複眼看到斑馬外觀所佔的比例越來越低,此導致斑馬條紋會擾亂整體複眼的影像。而透過複眼鏡片觀察節拍器上手掌的前後和左右運動,結果發現在動態成像中複眼比人眼靈敏,而兩個複眼鏡片疊加形成的莫列條紋,在轉動20度與40度疊加時靈敏度最高。複眼真是大自然演化的精心傑作。