全國中小學科展

佳作

STOMP-自製電音BAND

本研究目標旨在完成多人合奏、原音重現的自製樂器,透過Arduino作為傳遞訊號的中介,並以電腦對應輸出不同樂器的實際音色。在系統架構上,我們利用Arduino的類比訊號,讀取電壓值轉換成字串對應音階,實際錄製我們想要的樂音建立音源資料庫,以視覺化圖形輔助音階表現,隨時對設備進行調整,完成撥放系統的模組。實驗過程中,我們測試了兩個世代的訊號傳輸系統,最終以分壓原理為知識架構,焊接可變電阻,形成有效、穩定的訊號傳輸。其次,以生活上的紙箱素材、Cat6雙絞銅線、鋁箔紙自製耐受恢復力高、導電性高的琴鍵結構。最終,透過以上的研究歷程製作出虛實整合的電音樂團(BAND)。

以綠色合成有機金屬框架MIL-101(Fe)並探討其在皮膚保健應用領域的潛力

近年來,人們每年丟棄的寶特瓶數量遠超過被回收的數量。塑膠汙染影響了每一個生態系統,所以寶特瓶回收利用是一個巨大的挑戰。因此,本研究以寶特瓶材料-聚對苯二甲酸乙二酯(PET,Poly(ethylbenzene-1,4-dicarboxylate))作為有機金屬框架(MOF, metalorganicframework)中有機框架的連接,並將MOF合成中常用的有毒溶劑-二甲基甲醯胺(DMF,Dimethylformamide)替換為純水,除了能對環境友善外,更提供了資源重複利用的途徑。另一方面,本研究以PET進行一鍋化的方法來合成具高度生物相容性的MOF材料-MIL101(Fe)(MIL,Materials of Institute Lavoisier),並應用於近年來蓬勃發展的皮膚性生醫產品,以細胞毒性試驗、抗氧化試驗、抗菌能力、及選擇性吸附測試來證明其有作為皮膚性生醫材料的潛力,以及擔載皮膚保養藥物維生素E 來評估其作為保養品載體的能力。

進擊的退化多邊形

在平面上,給定任意一個多邊形以及一點 P,P 點對多邊形各邊延長線所做垂足形成的多邊形,我們稱作此多邊形的垂足多邊形。本研究將多邊形分為共點和共線的特定形式的退化多邊形來討論。探討如何對特定形式的退化多邊形作垂足多邊形;以及這些退化多邊形作的垂足多邊形之性質會不會與一般多邊形相同,有哪些相異之處。 再進一步推導出任意兩個四或五邊形都可以皆由垂足多邊形來相似,過程中利用退化多邊形來減少需要考慮的條件,更快地找到需要的點。而且所有的證明所需手法皆是國中課程內容,可以學以致用真的十分開心。

「茶」顏觀色,原來「乳」此

小茶種紅茶是我們家鄉的在地物產,結合學校課程特色,探究不同重量、不同季節和不同品種的紅茶沖泡出來的茶湯,發現經過冰箱冷藏後,僅有一部分產生茶乳現象(Tea Creaming),還發現溫度回升後會恢復清澈茶色。透過物理光學觀測試著找出茶乳現象的臨界時間,此時所對應之環境溫度、茶沖泡濃度與茶品種關係,預計未來能夠作為評斷好茶的一種輔助工具。 研究中發現,不是所有的茶都會有茶乳現象,只有觀察到紅茶會產生現象。其次,觀察到茶乳現象之紅茶濃度需足夠才會產生茶乳現象,其中觀察到夏茶產生茶乳現象明顯、冬茶則無。最後透過不同茶種,觀察到小葉種紅茶會產生現象,大葉種紅茶則未觀察到。期望讓品嘗紅茶的愛好者,未來多一個紅茶能夠參考其價值之依據。

環環相切——三角形中的多「圓」宇宙

本篇主要在探討三角形內多圓連續相切的幾何問題,並將狀況依序分為二、三、四圓,其中完整分析出正三角形及等腰三角形的分割線段長比,而任意三角形則於坐標化後才討論。過程中為更進一步探討任意數量分割圓的性質,我們將三角形其中一頂點置於原點上觀察,以此發現並證明了所有圓心會共同一條拋物線、雙曲線之漸近線通過分割點且垂直底邊、存在公切圓且此圓會過三角形頂點等幾何性質。 此外為求分割點坐標,我們利用內切圓的相關性質得出兩迭代公式,以此解決了原題的一般化情形,而在延伸討論中,我們探討了分別與雙邊及單邊相切的圓,前者為文獻中的「馬爾法蒂問題」,後者我們則是分析「分割中心」的存在性及其所在位置。

禾本科產製酒精效率之研究

本篇研究是比較釀酒酵母在象草汁、紅甘蔗汁和白甘蔗汁酒精發酵時產製酒精的效率。結果顯示,植物汁液的成分和特性會影響酵母菌的發酵效率和產物。紅甘蔗汁和白甘蔗汁中的其他微生物對酵母菌的影響會隨時間增加而增強,pH值也會影響酵母菌的活性。不論是否在無氧環境,象草汁中的酵母菌產製酒精的效率最好,並且在象草汁中的酒精被氧化的情形比在紅白甘蔗汁中來的小。因此,將釀酒酵母放入象草汁中進行酒精發酵是取得酒精的最佳方法。本篇研究的禾本科植物中,象草是相當適合作為生質能源的材料。

皇宮聚膠綠電池

翠綠的皇宮菜葉所含葉綠素可以拿來發電,這引起我們興趣。本研究自行栽種皇宮菜,以它為自製綠電池的材料,且降低葉片選取上所形成誤差。首先,以伏打電池形式,嘗試找出有最佳發電效果的葉綠素萃取液,萃取方式上將葉子撕成1/2,乾燥後浸泡50%酒精,在暗箱中萃取出葉綠素;葉子則選擇光照足、成熟、綠色、無蟲害的來進行萃取;將葉綠素萃取液配製成75%,靜置後可以提升發電效益。研究最後發展自製出皇宮葉綠素電池和皇宮葉綠素果膠電池,各電池形式都可以讓LED燈發亮。自製葉綠素果膠具有成膜性、吸附性、溶解性和降光解等特性,讓葉綠素果膠膜比較好攜帶,延長葉綠素保存時間,避免被光解破壞,加水就能發電,增加電池應用性,和提高發電效益。

phahcuyu hohcʉbʉ遇見妮芙努(nivenu):探討鄒族傳統醫學葛藤促進凝血機制之研究

本研究主要探討鄒族傳統醫療知識葛藤( Pueraria lobata (Willd.) Ohwi)(鄒語:vici)促進人體血液凝結及最佳使用醫療科學知識,延伸探討「葛藤」促進血液凝結的植物生理機制。我們在鄒族耆老指導並且自製研究設備進行實驗,結果統整以下五點:(1)最佳促使凝血品種為:葛藤>山葛>三裂葉葛藤,(2)應採取部位:嫩葉>老葉>葛莖>葛根,(3)藉由T.D.S離子濃度檢測及EDTA滴定法檢測出葛藤嫩葉中有大量的鈣離子,(4)嫩葉濃度越高,血液凝結速度越高,高於30%就有明顯的凝血效果,嫩葉有高離子流失率、黏稠度,進而提升凝結速度,(5)口水實驗組比對照組加速血液凝結(345秒/滴>667秒/滴),推測應該為表面張力及黏稠度。綜合以上研究成果,鄒族葛藤凝血可被西方科學印證,是值得被傳承的文化知識。

大珠小珠落鋁盤——探討三重萊頓佛羅斯特效應之液珠碰撞

本實驗利用自製的鋁板加熱,觀察不同條件下(液珠體積、液珠質量、鋁板溫度),水珠的萊頓佛羅斯特效應。我們找到了水、乙醇、乙酸乙酯的萊頓佛羅斯特點,依序為200℃、125℃、120℃。並且發現水珠體積和直徑立方成正比關係、恢復係數和水珠質量成反比關係、直徑立方與溫差乘積與液珠吸收熱能成正比關係。

「互」 貴「花」開-海路應用之初探

互花米草佔據金門沿海造成生態危機,我們將滿坑滿谷的廢棄互花米草做實驗,讓互花米草再生利用。 由實驗得知,將互花米草添加於混凝土裏,測得坍度符合中度工作性,而混凝土內有綁紮互花米草三角形與正方形圍束數量越多,抗壓強度越強;且長方形下層綁紮條數越多,抗彎強度也越強,並實際鋪設校園步道堅固耐用。 現有「海路」採無筋混凝土施作,是因為鋼筋埋入潮間帶的「海路」會生鏽脹裂混凝土,今可「就地取材」將互花米草應用於「海路」,互花米草長期生長於潮間帶且不會生鏽脹裂,不僅可提升強度,還可讓廢棄互花米草變廢為寶,因此我們推廣宣導及自製金門特色文創-文鎮、杯墊、手機架等義賣做公益,達成SDGs,開創「永續金門」新局面。