全國中小學科展

佳作

鴨行無阻-鴨子行進陣列與其省力情形之探究

本研究透過水池、橡皮鴨與伺服馬達,模擬鴨子在水面上游動的情況,藉由馬達回傳的電功率值,計算鴨子在游動時的阻力,希望找到鴨子在何種情況下最省力。透過改變鴨子的排列方式、大小、速度等變因,嘗試找出這些變因與其游動時阻力的關聯,並引入參考文獻中省力係數以描述省力的程度、用波長、水深、波速的函數關係來計算波長、並嘗試描繪尾波,透過這些以協助結果呈現並計算出難以測量的部分。最後會透過繪圖的方式來討論鴨子與水波的關聯以解釋阻力的變化,再總結出鴨子在何種排列方式、大小能夠達到最省力的狀態,完成本研究的主要目標。

隔空點穴--使用ChatGPT與手掌辨識實現穴位保健之研究

本研究開發一套結合ChatGPT4.0和手掌辨識技術的虛擬保健助理系統,用於實現穴位按摩的自我保健。第一步:文獻分析依《刺灸新法》和《針灸科學》作為穴位依據,設計一系列提示詞(Prompt),在多次實驗中,提示詞Prompt E(基礎框架結合COT與RAG)的準確率達到91.1%,精確率和召回率分別為100%和91.1%,也大幅降低幻覺現象。第二步:設計穴道定位演算法標示穴道位置,並邀請兩位中醫師協助檢視,提出建議與修正,使修正後的程式能夠準確標示穴位。此系統具備低成本、易推廣和普及中醫知識的潛力,可在各種場所設置,提供即時的穴位按摩建議。未來將優化提示詞設計、比較不同語言模型的精確度,並開發其他部位的穴位辨識系統,以提高自我保健的便利性和準確性。

氣曝曝-生物曝氣法進行酸菜水降解可行性之探討

酸菜水 農業生產過程中產生的副產品在醃漬酸菜過程中,土壤被廢水污染嚴重鹽化,付出慘重成本。本研究利用接觸曝氣法來嘗試解決酸菜醃製廢液中的汙染物,分別探討曝氣槽形狀、濾材種類以及複合式曝氣裝置,並加入枯草桿菌來探討pH值、濁度、COD、污泥產生量的變化與差異。研究結果發現無論哪種槽體在不添加濾材下表面積與細菌依附空間不足,無降解作用發生;矩形槽適合採用平板形濾材,圓形槽適合採用K1濾材;而我們研發的複合式曝氣裝置無論是在COD、濁度以及汙泥產生量都是表現最佳的。

種子總動員-探討甜羅勒在微重力、離心力與磁場等太空模擬環境下之生長情形

本研究為「探討甜羅勒在微重力、離心力與磁場等太空模擬環境下之生長情形。」研究目的之一為比較地面與太空人甜羅勒株高、子葉與新葉的生長,之二為設計實驗裝置模擬太空環境(微重力、離心力與強磁場)並觀察甜羅勒的生長。主要研究結果如下:1.太空組較地面組更快長出子葉且都高於地面組植株。2.甜羅勒於微重力環境時較快發芽,根有些呈弧形,處於正常重力時則根呈直線形。3.甜羅勒在有離心力的環境較快發芽且根呈弧形,處於無離心力環境時其根呈直線形。4.外加強磁場時,甜羅勒發芽率較高且子葉大小較平均,根較長。5.甜羅勒成熟植株在外加強磁場後,生長初期速度增加,而後趨緩,而無外加強磁場的甜羅勒成熟植株之生長趨勢則相反。

條件縱波對陰離子界面活性劑泡膜影響之研究

界面活性劑容易因表面張力特性相較一般液態物質能具有更長的膜態持續時間,並且因光的照射或是環境擾動可能有不同色彩變化。本研究探討界面活性劑在不同濃度比例以及不同條件縱波干擾下之特性。本實驗利用頻率製造器製造條件縱波,再拍攝其對陰離子界面活性劑波紋波速與波形變化的影響。探究後找出在條件縱波和靜止狀態中最佳泡膜狀態之界面活性劑之比例 (1:1) ,並發現泡膜後期會有單層的黑膜態,且其面積會逐步擴張,而在條件縱波的影響下會具有混沌態和一個或數個stranger attractors。期望未來能夠針對不同溫度與更大面積的泡膜進行分析。

來電不來電

本作啟發自線上的影片「Can you solve the giant iron riddle?」,內容是在有外觀無法辨認的4顆有電與4個沒電的電池中,在一次只能取2顆電池測試的限制下,以最少的次數找到2顆有電電池的方法,結論是以分組的方式進行測試會有較佳的結果。本作先驗證影片的方法有效後再進行推廣,得到找出2顆有電電池較佳的方法為分組法或直接取法。再嘗試推廣至取3顆電池的情形,發現除了分組法與直接取法外,還可使用「X2Y1循環檢查法」。最後改良「X2Y1循環檢查法」後,不但可以有系統地測試所有可能的情形以外,能更有效地減少測試次數,提高尋找有電電池組的效率。

金刻遇鎳,突鈀錳進

本研究利用電位儀三電極系統,於foam-Ni上電沉積MnO2及Pd金屬,並以EDS、SEM進行電極表面的深度分析,協助瞭解電極表面產物之分佈及降解效能。 研究發現,使用孔洞數較多的110 ppi foam-Ni,搭配錳試劑MnSO4及電解質K2SO4,於酸洗後以掃描速率0.05 V/s,掃描圈數12圈下電沉積MnO2,能達到較佳效果,再以定電流法400~800秒電沉積Pd金屬,能有效降解有機物,為最佳複合電極製作方式。 透過自製複合電極降解有機物RB,在50分鐘內能趨近於完全降解,且能有效改善單一MnO2或Pd金屬複合的降解效果,在五重複實驗中,第五次降解效果為第一次的90.6%,顯示其具有良好重複性。 本研究自製電極一片成本約16~17元,便宜且具有良好效果,未來可以更廣泛地應用於其他廢水的處理。

吲哚衍生物的合成及阻轉異構物的探討

阻轉異構現象是一個經常被忽略的手性來源,是軸(axial)受空間中的立體阻礙而緩慢旋轉,導致不同手性的構形產生。這種隨時間變化的手性對藥物格外重要,因為在生物系統中,雙分子的作用深受配體和受體影響,其手性差異可能導致截然不同的結果。因此,我們決定設計一系列實驗探討阻轉異構物,以兩種方法測量構形轉換的能量障礙。 首先,我們合成了擁有不同大小基團的吲哚衍生物,接著藉由1HNMR判斷是否有阻轉異構物產生,再以變溫NMR分析阻轉異構物,並利用公式計算軸(C-N鍵)旋轉的能量障礙。另一方面,我們透過QM Torsion Profile Calculations模擬目標物旋轉的能量變化,求出其旋轉的能量障礙理論值,最後再配合文獻中的相關數據,得到阻轉異構物之間相互轉換的週期。

防震未來式—懸浮技術的抗震

本實驗研究探討關於張拉整體結構運用在建築物結構的抗震應用,初步探究發現結構乘載過重時,結構體會因繩長變化,使得力平衡不穩定,導致結構體傾斜甚至斷裂坍塌,我們嘗試改善結構,讓此結構體達到更加穩固。張拉整體是一種懸吊平衡的結構裝置,因此也讓我們聯想其可運用在類似懸浮隔震結構的防震技術上,在初步設計上將拉繩結合彈簧,發現可以達到類似阻尼器的制震效果,因此我們進一步設計了一套懸浮抗震系統,系統結合物聯網技術,一邊能主動監測地震晃度,透過無線網路傳遞晃度訊息,一邊讓自主調控裝置依據晃度大小調整張拉整體平台使其回復到平衡狀態,經過地震模擬實驗發現能有效減緩晃度,思考未來可將其運用在建築物的防震技術上。

鹼稻「ㄎㄧㄤ」? ——探討水稻在鹼性環境下的生長差異與基因表現

氣候變遷導致土壤鹽鹼化,影響作物生長,本研究探討鹼化對水稻的影響,觀察兩種水稻品系在不同 pH 值培養基下,地上、地下部生長數值,及轉錄因子OsGRF1、3、7基因表現差異。結果水稻在 pH 11處理下生長較差,顯示耐鹽的TNG67及鹽敏感的NB水稻在高鹼環境中生長皆被抑制。此外,在 pH 5、7、9及11中兩品系水稻葉綠素含量沒有統計的顯著差異。在基因表現上,TNG67水稻之OsGRF1 mRNA表現量高可能是導致其生長較高的主因,OsGRF3的表現幾乎不受影響,OsGRF7的表現量在兩品系中均在 pH 7時有最大值, 以上結果暗示OsGRF1在 pH 5~9與TNG67地上部生長呈正相關。