全國中小學科展

佳作

玫瑰藍色系與新式嫁接法之研究

本研究以藍色樹形玫瑰為主軸,研究嫁接對玫瑰生長、病蟲害之影響,分析其中問題所在,加以改進創新,也探討環境的酸鹼值對花色的影響。本研究發現樹玫瑰嫁接後外觀看起來安然無恙,卻在幾天後枯萎而死,經透過顯微鏡觀察切片,發現砧木與嫁接玫瑰形成層癒合速度不同而導致維管束喪失功能,無法輸送水分而死亡。本研究使用自創的嫁接方式—環狀剝皮法,搭配修剪技術及天然農藥,大大提升了實驗樹玫瑰的存活率。

智能擦窗戶機器人開發之研究

本研究基於機器人能取代人類作危險且重複的工作為觀點出發。探討擦窗機器人的設計結構及操控程式,利用Arduino控制板,結合馬達、感測器、支架及輪子來驅動。完成主體後,再以三階段的控制研究:移動測試、使用者操作、智能感知逐步達成擦窗戶機器人的自動化及智能化。在吸附方式上使用自由度較高的磁鐵,透過吸附在玻璃的力量加上移動來擦拭、清潔。製作過程中,逐一測試機器所需的不同物件,透過各種資訊軟體作模擬及設計,最終完成此智能擦窗機器人的雛型,希望藉由此研究達到拋磚引玉,讓更多科學愛好者共同投入機器人研究的學問中。

飛塵霧擾-凝結核對霧形成之影響探討

水為地球上重要的角色之一,藉由蒸發、凝結、降雨等過程,影響了能量循環及平衡。雲霧的生成似乎無跡可尋,但當飛機經過,後面常拖著一條凝結尾,有時維持有時稍縱即逝,本研究想探討雲霧的形成受到那些因素影響。已知水氣達飽和是形成雲霧的必要條件,本研究藉由實驗,利用空氣膨脹冷卻效應,使環境達到飽和,並改變其中壓力、濕度、粒子種類,藉由雷射光強度變化作為雲霧生成多寡依據,探討這些變因是否影響雲霧形成。研究發現硫酸銨為最佳之凝結核,此亦為環境中常見之懸浮微粒。亦得知,凝結核之種類與雲霧維持時間無關;且在絕熱膨脹降溫形成雲霧時,同時發生的加熱作用,為抑制雲霧產生的反饋機制,得知,雲霧形成過程較直觀現象更為複雜。

「葵」藿傾陽,「銅」生共死

本研究結果顯示,硫酸銅水溶液對向日葵種子發芽率並無影響,反而有幫助於向日葵種子的成長;硫酸銅水溶液濃度到達300ppm會抑制向日葵生長,隨著濃度增減,其根、莖長度都有著明顯的減短,結果顯示其生長抑制率與濃度成正比。高濃度的硫酸銅水溶液,會使向日葵重量變輕,隨著濃度遞增而重量遞減。銅離子進入幼苗時期的向日葵後,堵塞在韌皮部的外側,無法藉由木質部往上運輸,而堵住銅離子金屬的正是卡氏帶,任何物質儘管是水,都無法自由通過,必須藉由細胞上的特殊管道進入細胞。從DPPH、總酚量、可溶性蛋白質,皆可推算其抗氧化物以及降解率,從這兩樣數據可見橙黑的重金屬耐受度高於橙綠。

天龍八「步」— 利用足底壓力,製作偵測內八或外八姿勢的穿戴式裝置

已知內八及外八姿勢會影響健康,醫療上利用矯正鞋墊來改善,但大多半年追蹤一次,無法達到即時矯正的效果,因此引發我們的研究動機,我們利用足底壓力分佈的原理,製作能偵測站姿及走路是否內八或外八並具有即時提醒功能的穿戴式裝置,使用方法是當壓力超過設定的門檻值時,手機便會發出圖示及語音警告,我們還建立資料庫進行長期紀錄,期待能更精確地矯正姿勢。我們研發的第一代穿戴式裝置可即時偵測內八及外八的站姿,並在手機上發出圖示及警告,但是速度慢且無法長期追蹤記錄,因此我們進一步研發第二代穿戴式裝置,不只能精準地在站立及走路內外八時,手機發出圖示及語音警告,且速度更快,還可記錄以達到長期追蹤效果。

動動腦FUN石頭

我們研究一個有趣的數學遊戲,取材自《科學研習月刊》,不但解決月刊上的問題,更發展出一般化的結果。遊戲規則如下: 「在4列8行方陣中,從左側第一行開始放石頭,每一行放1顆,限制『新放下去的石頭的左上角方向一路延伸都不可以有已經放好的石頭』。問:放石頭的方法數有多少種?」 我們研究出1列n行~4列n行(以下簡稱1×n、2×n、3×n、4×n)的放石頭方法數,並提出計數m×n方陣放石頭方法數的策略(其中m≧5)。某國中組科展作品曾研究過這個遊戲,他們發現和費氏數列有關的規律,我們用不同方法證明該規律。關於放石頭的方法數,本作品還給出另一種形式的規律,使用的計數策略較為簡潔,並運用本作品的方法保證規律成立。

自製Arduino比色計

本研究利用單晶片微控制器Arduino、色彩感測器 TCS3200、散光型白光LED、電阻、電容、電晶體、筆記型電腦等器材製作出一簡易的比色計。先透過限流電阻及補償電容的更換交叉測試,尋找到系統所能提供最穩定光源的組合,然後利用一些已知濃度溶液的紅色、綠色、藍色、強度偵測值,用多元多項式迴歸分析法尋找出該溶液的最佳濃度估測函數,以後只要測得未知濃度溶液的偵測值,即可以此估測函數計算出該溶液的濃度。經由硫酸銅及硫氫鐵離子等溶液的實際測試,平均的估測誤差分別為2.75%及3.77%,可見我們自製的比色計確實精確有效。

鬥豔爭輝-氧化薄膜干涉之探討

本實驗是在探討針尖加熱後週期性顏色出現之現象。將針置於不同氣體中加熱,得知此現象為金屬氧化後之氧化薄膜所造成。並利用自製傾角微調裝置改變光的入射角以觀察顏色位移,證實此現象與干涉現象有關。由自製干涉儀測出的干涉條紋間距來換算薄膜厚度變化,探討顏色週期性出現之原因。由實驗得知,膜厚的變化造成特定顏色建設性干涉,導致週期性顏色出現之現象。但膜厚在一定範圍內,才會有週期性顏色出現。最後,還有測量溫度與顏色出現的關係,得知溫度與顏色出現有一規律性。而藉由均勻加熱的方式,可將單一顏色均勻地呈現在一樣本上。

燒好香,有保庇?!

文獻中發現,「不燒香的行天宮和燒香的龍山寺,PM2.5濃度相差高達85倍」。本實驗透過比較實驗屋中密閉與通風環境下,燃燒線香後的空氣品質變化(甲醛、懸浮微粒與揮發性有機化合物TVOC)。並以4種不同香品:粉末狀香粉、標示「環保無煙」線香(香徑3.2mm與香徑2.4mm)及無標示之「傳統線香」(贈品香)進行實驗探究,研究結果發現:(一)燃燒線香時應保持室內環境通風,有助於空氣污染物質的排出。(二)若非得燒香,應選擇場所通風且香徑小的、具有成分標示的環保線香。(三)室內燃香盡量不要使用沉香粉,必要使用時也要記得保持室內環境通風。(四) 即使在實驗屋通風環境中,超過2支香燃燒即產生超標之空氣污染物質,因此實施「減香」是值得肯定與推廣的。

AlphaGo 想什麼?用棋士精神圖解渡河問題

傳教士和土著從左岸搭船(必須有人開船)到右岸,過程中任一岸土著不可比傳教士多,否則土著吃掉傳教士,遊戲失敗。 設計圖解方法,將操作過程轉化成二維座標,題目限制畫成棋盤,並依據條件設定棋子不同走法,以下棋概念探討渡河相關變化題,如改變船的座位、陸地的數量、土著和傳教士的人數……等。 觀察規律並找出「最少步數」與「最佳解法」,將研究成果透過自學程式語法Processing寫成可隨變化題快速產生「棋盤樣式」與「棋子提示走法」的輔助研究工具,加速研究歷程及驗證研究成果。 其中,改變物種數量會產生三維座標以上立體棋盤,無法視覺化棋盤輔助思考情況下,效仿AlphaGo設計精神,運用運算思維技巧,以現有研究成果為基礎,推論其變化規律。