全國中小學科展

佳作

黏黏有移—探討環境因素對黏菌移動的影響

本實驗探討黏菌對不同條件所產生的趨性。七年級生物課時看過介紹黏菌的影片,引發我們對這種奇妙生物的興趣,想透過本研究了解環境因素如何會影響其移動。一、放在不同角度傾斜面的黏菌,都表現出對於重力的趨性。二、黏菌對於磁鐵具有正趨性,在磁鐵N上S下的環境會做順時針旋轉,反之S上N下做逆時針旋轉,在磁場強的環境下旋轉速度較快。 三、黏菌移動受到1mA或以上電流抑制。四、黏菌會避開黴菌生長區域。五、在某些環境條件下黏菌會循著其分泌的黏液移動。 近年來科學家對於黏菌的移動策略有一些研究,我們希望以簡單的實驗方式,透過控制單一變因,為黏菌存在的爭議或研究空缺找到答案,認識黏菌潛藏的適應策略與行為特性。

翻滾吧!花式彈跳板的跳躍軌跡探討

有趣彈跳板能像游泳選手在起跳台用力一蹬,產生不一樣彈飛運動。本研究發現:自製20度斜坡擺在高度10公分彈跳蹬台,彈跳板對折後把頭部放置與稜線距離3公分,起跳瞬間用高速攝影分析起跳角度接近45度,而且後側板對斜面及拉緊橡皮筋撞擊稜線都會產生下壓作用力,獲得斜向反作用合力,出現對稱彈跳軌跡,彈飛水平距離最遠203.2公分。當彈跳板鉛直向上,姿態如芭蕾舞者,呈現連續左右水平圓周方向快速旋轉,軌跡最直不傾斜!令人驚豔是彈跳板黏貼小小墊片竟能彈飛精采多樣的舞姿,當彈跳板斜向拋物,會逆時針連續後滾翻;當增加配重,翻轉變超快,落點更集中;當墊片黏腳部重心降低,有頭上腳下垂直圓周方向連續快速翻轉現象,非常有趣!

模擬賽滅寧降解物對體內關鍵酵素之探索

賽滅寧(Cypermethrin, CYP)是一種被廣泛使用的II型合成除蟲菊精類農藥,常利用於蔬果及驅蟲中。已知,攝入高劑量的CYP會影響人體健康,並殘留於毛髮、皮膚與脂肪組織之中難以代謝。本實驗藉由鹽酸模擬CYP進入體內後受胃酸分解的狀態,檢測其降解產物與方式,並由CYP與降解產物的實驗探討是否會對數種與體內疾病相關的酵素發生交互作用,從而對酵素的活性與功能產生抑制作用。實驗發現CYP經由強酸會水解為兩種化合物,並對造成阿茲海默症的酵素乙醯膽鹼酯酶(Acetylcholinesterase)產生抑制作用,當CYP濃度越高時,抑制性越強,且經由對人類神經母細胞瘤細胞(SH-SY5Y)的毒性實驗發現相對是安全的。希望能藉此研究進一步探討CYP對體內酵素作用的影響,並且探索CYP降解物對生物體是否帶來潛在的益處。

「杯」請「霧」入——仿生集水表面應用於台灣山區霧氣捕捉研究

本研究探討仿生集水表面應用於台灣山區霧氣捕捉,並聚焦如何為需水性高的植物提升種植水源。近年來氣候變遷導致水氣減少,農作需仰賴額外技術補充水源。藉由模擬沙漠甲蟲圓弧凸起與蜂巢六角形凹槽仿生結構能顯著提升霧水蒐集效率;3D列印不同表面結構的捕霧杯,於實驗室內模擬霧氣環境。進而走入台灣不同海拔地區,驗證各環境條件對捕霧效率的影響。研究發現,陽明山濕度99%風速5.7 m/s環境中,集水效果最佳(32.7g);大雪山高海拔,但濕度低風速變化較大,捕霧量幾近為零,風速及海拔影響顯著;特別在高濕度環境下表現最佳。提出具潛力之補霧杯模型,應用於水資源不足地區,提高需水性植物水源供給,以維護生態多樣性環境。

芭樂新時尚~新型水果套袋之研發

現有的塑膠與紙套袋對環境造成負擔,因此利用海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯作用,在低成本紗布上成膜,以製作新型態的水果套袋。研究結果: 1.製程為先沾海藻酸鈉糊液,再沾乳酸鈣水溶液。 2.不同基底材料會影響套袋的縮小率、耐受性與透氣性。套袋要具透氣性需減少乳酸鈣反應時間,想增加吸水性則要在海藻酸鈉浸泡時間久一點。 3.實地應用於芭樂園採收率達96%,只加醋酸的細紗布套袋效果最佳,具有厚度低(0.24mm)、水分散失快(6小時內降低92%的水分),透氣性佳(水氣穿透率91%)等特性,在製作時須注意總面積有51%的縮小率。 4.未來發展:設計防果蠅、防螞蟻、防曬功能,以及多型態的套袋設計(如三角立體設計、觀察口設計等),讓其更適合實際應用。

伸縮毛毛蟲-如何將正方形與正三角形的規律圖形面積平分

將正方形的邊長從1,2,3,4…依序增加,在面積最大的正方形左上角,加上一個長方形,使其寬等於最大正方形邊長的一半,將最左上角的點連接最小正方形右下的點,形成對角線,問長方形的長為多少時,此對角線能將圖形平分。在此,我們得到一些結論及一般化的證明。 接著,我們把正方形改成正三角形,將三角形的個數依序增加,而邊長依序是1,2,3,4…,在面積最大的三角形旁加上一個梯形,梯形的高為正三角形高的一半,接著畫出斜對角線,我們想問梯形的底為多少時,此對角線能將圖形平分。這個問題,我們也得到一些結論。

液滴與固體表面的碰撞行為探討

本研究利用注射器與蠕動泵浦穩定產生直徑 3mm 液滴,並以高速攝影觀察其撞擊行為。實驗發現液滴撞擊乾燥固體表面時,表面粗糙度對接觸角影響不明顯,親水與疏水材質則導致「錨定」或反彈翻轉。進一步研究顯示,液滴撞擊濕潤表面時,親水材質易拉緊液滴表面使其回彈,超疏水碳黑表面則造成液滴彈跳分離。針對濕潤IC晶片進行熱交換分析,結果指出高韋伯數液滴可打破錨定產生飛濺與擴散,顯著提升散熱效果,當韋伯數達193.3時降溫幅度達8.6°C,效能較低韋伯數提升近80%。本研究證實韋伯數與表面性質對液滴撞擊行為具關鍵影響,對液冷與熱管理技術應用具有潛力。

自製益生菌-水克菲爾菌生長影響因素之研究

水克菲爾菌是一種可於2~3天內自行培養的益生菌飲品,本研究旨在探討影響其生長的關鍵因素,透過針筒定期測量產氣量,並記錄pH值與最終菌重。結果顯示,富含礦物質的黑糖與椰糖最有助於菌體生長。查閱文獻後推測鈣離子為關鍵因素,進一步實驗亦證實添加鈣粉能顯著促進生長。使用如煮沸放涼的自來水,因富含鈣離子,菌的生長優於其他水源,再次印證鈣離子的成效。此外,當【菌:糖:水】= 1:2:4 時,產量最高。養菌過程建議保持通氣;溫度25°C時菌的生長最佳;菌若曾處於低溫(1℃)或高溫(30℃)環境一週,即使後續置於25℃,其活性仍受抑制。本研究成果可應用於水克菲爾飲品製程條件之優化,提升其品質與穩定性。

書謀話策──論乘法賓果的玄機與妙算

本研究探討乘法賓果雙人對戰遊戲的設計原理與對戰策略。 探討問題與獲致結果如下: 一、正整數1~c兩兩相乘所得乘積總個數,找出計算公式。≤500只有7個c恰可組成正方形棋盤。重複的乘積,其最大質因數≤𝑐/2。 二、由棋盤邊長n和m數連線,可計算出棋盤各位置的賓果組合數量、及可與之賓果的位置數量,且可判斷合適的m值。 三、按照數字大小排列邊長≤6的完美棋盤,都是先手較占優勢的不公平棋盤。對戰策略包括:取得棋盤中央位置、選擇平方數、賓果係數較高,考慮可連跳乘積數的相關性質、倍數位置分布等。 四、設計公平棋盤並用不同方法驗證。 五、編寫程式,找出可排成較大正方形棋盤的數,且模擬隨機對戰,找出雙方勝率,以驗證棋盤的公平性。

惜「域」憐「香」--環保天然線香的自製研究

本研究探討自製線香的燃燒特性與環境影響,結果為燃燒速率並非僅受直徑影響,成分比例與製作方法亦為關鍵因素。此外,懸浮微粒濃度並非單純隨距離遞減,而與線香材質相關,部分樣本於100公分處濃度最高。雖然燃燒速率較高的線香未必產生更多污染,但材質對環境影響顯著,特定配方更易造成懸浮微粒擴散。 環境條件亦影響懸浮微粒分布,狹窄場域容易導致淤積。此外,香粉種類影響燃燒性與微粒產生量,並非單純粉末越細或含量越高即提升燃燒效率。部分香粉(如茶粉)需混合適量黏粉輔助燃燒,且不同原料化學性質須深入研究。 本研究亦發現混合香粉能提升燃燒穩定性並降低污染,且其獨特香氣可能源自不同化學成分的交互作用,提供未來配方研發之參考。