全國中小學科展

佳作

微型鋅銅電池

課本中的鋅銅電池,藥品用量大,鹽橋製作也較費時,製作完成後,又會面臨電流過小以及不穩定的問題,這種傳統鋅銅電池約能產生2mA左右的電流,並無法使毫安培計有明顯偏轉,但又會超過微安培計測量範圍。歷屆科展的改良方式,是提高藥品濃度,或將鹽橋以玻璃紙代替,又或是將硫酸銅硫酸鋅做成凝膠,這樣製作較費時且較不利於回收再利用。我們嘗試在歷屆科展資料中找尋影響電流的關鍵因素,再設計微型鋅銅電池原型。最後,我們製作出用量僅傳統鋅銅電池藥品用量 1/10,但電流提升數倍的微型鋅銅電池,能讓毫安培計偏轉更明顯、藥品能回收反覆利用多次電流不衰減、能驅動LED,能在低用量低濃度即能使微安培計良好運作,又便於探討各種變因影響的電池。

革凡登聖-臺灣地區登革熱好發與太平洋聖嬰現象之天氣因子變動關聯探討

2023至2024年臺灣登革熱病例激增,國際研究指出太平洋區聖嬰現象指數(ONI與SOI)與登革熱病例數具正相關,推測聖嬰影響氣溫及雨量,增加登革熱病媒蚊傳播。故分析臺灣登革熱病例數與聖嬰指數相關性,顯示ONI值8月至2月關聯性高,兩病媒蚊均具傳播貢獻,且主要病源為南部。 登革熱病例數與聖嬰期間天氣因子關聯,則以8-10月ONI值1.7~1.9;8、9月均溫28~30℃; 10月雨量0~50mm為登革熱爆發最多的範圍。數據呈現ONI上升1.0南部1月氣溫可上升0.28℃,表明若聖嬰持續跨年,如2023-2024,可使冬季溫度激升,病媒蚊持續生長,造成病例數激增,故政府更需重視聖嬰年冬季登革熱防治。

當藍芽碰上Wi-Fi─自組裝遠端操控智能船與無線傳輸技術監測環境水域之應用

物聯網為未來發展的核心與趨勢,因此我們自行撰寫程式碼並結合Arduino(嵌入式硬體平台)和酸鹼值與溫濕度感測器,組裝一台可遠端操控的智能船,搭載無線傳輸技術(藍芽、Wi-Fi),應用於檢測水域中水質酸鹼值、水溫、氣溫及環境濕度。 再以智慧型行動裝置(手機、平板或筆電),將本研究裝置─智慧遠端遙控船,實際於高雄地區生態池和湖泊中進行環境分析。經由量測數據相互比對後,準確獲取選定地點水域中的pH 值與溫(濕)度。本研究具有操控便利、自由規畫路徑、水域障礙閃避與距離回傳等功能,視野範圍內自行手動控制,依據偵測任務需求或行駛環境狀態,進行航行控制的水面監測。提升監測工作的安全性,操作介面簡易便利,系統穩定成本低廉。

花若盛開,蝶自來;草若拔尖,蝶自棲?─探討來自不同植被高度灰蝶之夜棲行為

本研究探討來自不同草地高度的灰蝶夜棲行為之差異,並進一步了解灰蝶夜棲點是否受環境因子(溫度、濕度、風力、音頻)及獵食者有無、獵食者種類及生存壓力等變因所影響。實驗結果顯示,來自不同草地高度的灰蝶各有夜棲點高度偏好,並受溫度、風力、音頻、獵食者種類所影響,其中灰蝶夜棲點高度與風力呈負相關;與音頻呈正相關。另外,獵食者的習性亦會影響夜棲點高度,實驗發現斜紋貓蛛會使灰蝶夜棲在較高處,然大銀腹蛛與螳螂則相反。本研究尚藉由油性麥克筆對灰蝶進行標記編號以研究忠誠度,結果顯示並無忠誠度。

沉沒試金--黃金串錢柳抑菌防黴抗氧化能力之研究

本研究以校園內種植的黃金串錢柳與茶樹為材料,探討其抑菌、防黴及抗氧化能力。實驗結果顯示 : 黃金串錢柳精油在抑菌效果上優於其他植物精油,且七天後仍有效。經測試,黃金串錢柳精油能有效抑制牙齒及衣服上的原始菌群、單一菌落及大腸桿菌。此外,黃金串錢柳噴灑在布料上抑菌效果優於酒精。防黴實驗顯示 : 黃金串錢柳精油能抑制鞋中黴菌生長,並可取代傳統鞋油。抗氧化能力實驗以DPPH、ABTS、 Folin試劑檢測,結果顯示黃金串錢柳抗氧化效果優於茶樹精油。經液液萃取法、管柱層析法分離精油成分後,進一步測試不同極性成分之生物活性,結果推論其有效成分為偏非極性物質的酚類。

田中吊鐘姬蛛築巢行為之探究

本研究主要想了解田中吊鐘姬蛛生活史過程中能量之權衡及其特殊巢穴之功能,經相關研究發現,蜘蛛生活史過程中在能量分配上明顯具有權衡現象,捕獵能量的投資隨著齡期的增加明顯減少,例如,捕捉絲的數量及捕捉區的角度逐漸減少,而防禦能量的投資隨著齡期的增加明顯增加,例如,巢穴長度及巢穴重量逐漸增加,尤其到了成體後更加明顯;關於蜘蛛對築巢材料形狀的選擇明顯偏好粒狀材料,但顏色方面,蜘蛛對淺色及深色材料並無明顯選擇偏好性;另外,巢穴對蜘蛛來說避敵的功能大於避光,且巢穴內有保溫功能,有利於卵的孵化;最後,巢穴上黏附蜘蛛捕食後的螞蟻屍體有利於吸引其他螞蟻靠近,增加捕食機會,但無明顯抑菌效果。

從正方形內接四十五度的三角形談起

本研究源於一道常見的正方形內接三角形的動態幾何問題。我們考慮對角線,先刻劃出兩個動態的△𝐴𝐸𝐹與△𝐴𝑀𝑁之面積比值恆為定值,並且巧妙構造輔助線,利用純幾何方式證明共圓的動態四邊形 𝐸𝐹𝑀𝑁 的圓心軌跡為等軸雙曲線。為了一般化推廣,我們依序設定了等長、半角等條件去探討,實驗了長方形、菱形、直角箏形等,有趣的是,我們發現其兩個三角形面積比為定值的幾何結構是兩組四點共圓,並非等長或半角。值得一提的是,為了刻劃一般化的箏形中的圓心軌跡,我們先建立了菱形的模型,再給出箏形與菱形的對應模型,成功證明其圓心軌跡也是雙曲線。本研究將常見的幾何問題循序漸進地深化,刻劃出內在結構且給出獨特且有趣的成果。

語音模型逆向攻擊實現與分析

本研究中,我們對模型逆向攻擊在語音辨識系統中的影響及風險進行深入分析。隨著Siri、Google Home等智能助理設備在日常生活中的廣泛使用,其語者辨識系統的安全隱患引起了我們的注意。本研究目的在於深入理解模型逆向攻擊的運作機制,並探討其對語音辨識系統的攻擊效果。我們透過實施多樣化的攻擊策略,對不同的模型架構和數據處理方法進行了評估,並對人聲與非人聲的數據集進行了攻擊效果的比較。此外,我們亦實現了基於差分隱私的防禦算法,在多數模型架構下達到接近50%的防禦效果,顯著提高攻擊代價。研究整體揭示了語音辨識系統在面對模型逆向攻擊時的脆弱性,並藉由實驗分析推論出可能的防禦策略,期待能通過策略來增強模型的安全性。

兩全等多邊形重疊部分的邊長面積探討

本研究最初將兩正方形重疊,使其面積重疊處形成一八邊形,將此八邊形的八個邊分成兩組,發現此兩組邊長有1次方和相等、2次方和相等的性質。 而後我們將正方形推廣至正n邊形,討論什麼條件之下,可以使兩正n邊形重疊處為2n邊形。探討其中一正n邊形對另一正n邊形平移範圍的限制。再證明重疊部分2n邊形的兩組邊長之1~n-1次方和相等,最後再討論兩組邊長n次方和相等的條件。 除此之外,我們將正n邊形推廣到其他多邊形。發現有兩條互相垂直對稱軸的圖形與等角多邊形,也會具有兩組邊長1次方和相等、2次方和相等的性質。

生廚餘活菌分解養液水培蔬菜之探討

本研究探討「生廚餘分解養液」水培蔬菜的可行性。我們建立「生廚餘分解缸」,透過量測水質推測硝化菌(Nitrobater)與亞硝酸菌(Nitrosomonas)培養完成與累積出水耕蔬菜所需NO3-濃度(150mg/l) 約9週,pH值必須5個月才能趨於穩定值7.1。「生廚餘分解缸」DO值10ppm與自行研發「K1循環流沙床」,搭配琵琶鼠與泥鰍具有最佳分解效率。「生廚餘活菌養液」可利用純化大灰苔蘚作為「活菌液肥熟成檢測」試紙。「生廚餘活菌養液」以動力循環方式水耕蔬菜有非常好成效。並以水耕機比較「生廚餘活菌養液」與「化學液肥」之間的差異,發現「生廚餘活菌養液」種植成效較好,且可以採取「無動力水耕瓶」方式種植,大量節省電力與設備花費,還能種植出硝酸鹽含量較低的蔬菜。