全國中小學科展

第三名

微型風力機---探討相對轉速的應用及效能

「微型風力機--探討相對轉速的應用及效能」,在同一風場下,設計兩組不同轉向的葉片,提高風能的利用效能,藉助於所產生的相對速率,讓磁極與線圈兩者的相對切割的增加,應用於感應電動勢E =Kψ×n,則發電機的感應電勢一定會提高。這就是我們研究創新的構想。 研究並設計製作出「機體積小,構造簡單的微型風力機」,讓微型風力機在任何自然的風場環境下隨處都可設置,雖然只是小電力的發電機,但仍可視為一具小型的發電機,期望在「方便」、「便宜」、「輕巧」、「造形可愛」的優勢下得到大力推廣,讓「微型風力機」成為取之不盡的綠色能源。

金針菇下腳料與PVA之細胞修復膜研發

本研究應用金針菇子實體與下腳料萃取多醣,進行DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)自由基清除率、總酚含量與還原力等檢測,以確定金針菇萃取物具有良好抗氧化能力。再依不同比例的多醣與PVA(polyvinyl alcohol)製成¬¬¬¬混合纖維膜,進行FTIR(fourier transform infrared spectroscopy)和酚硫酸方法檢測,以確定纖維膜上含有金針菇多醣。然後進一步用OM(optical microscopes)和SEM(scanning electron microscopes)觀察纖維膜之纖維直徑分布及排列構造,發現PVA和多醣比例為9:1、7:3、5:5製成的纖維膜,其纖維直徑皆為奈米等級,且多醣比例愈高,纖維直徑愈小、分布愈緻密。最後,進行拉伸實驗以測試混合纖維膜是否具備良好的彈性。初步研究結果顯示,應用農業廢棄物金針菇下腳料與PVA製成¬¬¬¬之混合纖維膜,其基本特性皆有不俗之表現,達到本研究的目的,既可廢物利用且是實用的醫美產品。

鉛金一髮~利用自製的光度計與奈米金檢測溶液中鉛離子的濃度

為了能快速且低成本地檢測工業廢水中鉛離子的濃度,本研究利用奈米金溶液遇Pb2+會產生顏色變化的特性,搭配自製光度計,成功地檢測鉛離子溶液中Pb2+的濃度,靈敏度可到5x10-5M;若再搭配沉澱法,便可將鉛離子從重金屬混合液中分離出來,並單獨檢測其濃度;本組在實驗上模擬了工業廢水,配製出同時含有Pb2+ 、Cu2+ 與Ag+的重金屬混合液,並成功且準確地偵測了鉛離子的濃度;利用本研究所發展出來的沉澱流程,若混合液中同時含有Hg2+、Cd2+、Ag+、 Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+與Pb2+等重金屬離子,仍可成功偵測鉛離子濃度。 此外,本研究利用自製光度計檢測出奈米金結構易受低溫(0℃以下)、酸與電解質的影響,但較不受到高溫、鹼與非電解質影響。

「聲」動凌「波」舞

一種利用聲音舞動的小玩具「聲動蛇舞」-- 將毛根隨意盤旋成蛇狀做為舞者,放在杯身被剪出孔,且倒扣成杯底朝上的舞台杯之上,當嘴巴湊近杯孔,持續發出「嗚 ~」的聲音時,蛇會出現舞動的現象。但它為何會舞動?要如何做,才能使它舞動順利?這之中所牽涉到的因素,除了需考慮到舞者的結構外,還牽涉到舞台杯的構造,以及聲波對它的影響。

按圖鎖驥

現今手機的普遍使用,讓我們不禁好奇手機密碼鎖的圖形。由於現今大部分的人傾向畫點數少又沒有交點的情形,於是我們研究各種密碼鎖(2×3長方形、6個點正三角形、7個點正六邊形和3×3正方形)畫4~6個點合理的種類與有交點的數目多寡。 密碼鎖的兩項訴求使得能畫的情形比較多種,比較不容易被破解: 1.有交點的比率低 (沒交點比率高) 2.合理種類數多(總種類數多) 結果發現2×3長方形、6個點正三角形、7個點正六邊形總種類數皆太少,不適合作為密碼鎖。 而3×3的正方形有交點的比率不但相較於其他上述三者不高,合理種類數也多,難怪現今以3×3的正方形作為密碼鎖。此外,十個點的正星形同時符合此兩種訴求,因此有作為未來新式密碼鎖的潛力。

以自組修飾光學檢測儀器探討甜菜紅的特性及與銅鉛離子的作用

本研究自組光學檢測儀器,探討甜菜紅與銅鉛離子的作用特性,用於評估含甜菜紅蔬果與銅鉛接觸之食品安全,及應用於銅鉛離子檢測的開發。研究中先測試自組儀器的穩定度,尋找不同色光測定甜菜紅靈敏度及適用濃度範圍,以光譜強度的消退探討銅鉛離子與甜菜紅的作用及不同酸鹼值的影響。研究發現銅鉛離子均會消退甜菜紅的光譜強度,因此在銅鉛接觸下,甜菜紅將有食安的疑慮。研究也發現,在pH 10甜菜紅與銅鉛離子具有穩定作用關係,銅離子在濃度4×10-5M以下有線性關係,偵測極限為0.095ppm;鉛離子在濃度2×10-5M 以下有線性關係,偵測極限為0.25 ppm。因此,利用甜菜紅的光譜強度,有潛力開發為銅、鉛離子的檢測方法。

深負孓技-大負子蟲捕食與繁殖行為之探討

大負子蟲主要以嗅覺與振動來感覺獵物,捕食方式主要採坐等方式,飢餓、獵物密度低或獵物在一定範圍內時可能主動出擊,也會在水域的底層翻攪取食。前、側、後方攻擊距離分別約3.8cm、2.5cm、1.1cm。活動深度可達233 cm,捕食範圍深廣。 雄蟲會在水面起伏求偶,以模擬雄蟲求偶機實驗時,發現振動幅度越大、振動距離越近、有背卵振動對雌蟲有較好引誘率與繁殖行為完成度。振動頻率愈高雖然引誘率愈高,但繁殖行為完成度仍以每秒約2-3下較高。 產卵時雄蟲會以氣泡讓卵接觸空氣。雄蟲背卵後會減少取食,且卵越成熟越容易到水面讓卵曝氣。 棲息縫隙的習性可能有助於蓮花種子的傳播,可做為孑孓與福壽螺的生物防治昆蟲。

訊號魔術師

本文我從文獻已有的布洛卡三角形及其三種變換出發作各種推廣。首先將布洛卡點在三角形內的情形推廣至多邊形,發現並非任意多邊形皆存在布洛卡點。我發現了存在布洛卡點的充要條件,及布洛卡角、邊、面積的關係式。然後探討四邊形的情形,發現存在正、負布洛卡點的四邊形皆為調和四邊形。接著將文獻中三種布洛卡三角形的變換整併為更具數學風味的旋轉與伸縮變換。再以此方法為基礎,發現一系列布洛卡點、外心間的幾何性質,同時進一步推廣至多邊形,其中美妙的結果是:從任意布洛卡n邊形出發的n條全等的等角螺線皆會收斂至布洛卡點;最後,本文最驚艷的發現是:所有存在正、負布洛卡點的n邊形,其頂點皆為正n邊形的頂點經過反演後的反形。

從魏碑出發——數據化的書法世界

在本研究我們分析出魏碑前後期的幾何差異,再與草書、楷書、行書、隸書等各種字體進行幾何的比較。發現楷書分別影響魏碑前期及魏碑後期,但魏碑前期及魏碑後期的特色卻大不相同,而魏碑後期字體特色更與草書相似。我們利用Font Creator開發「魏碑前期字體」供Windows使用者使用,除了將碑文留存的字庫進行數位典藏,並把未在歷史上保存的字按照數據復原模擬造字。我們還以Labview撰寫程式讓利用機械手臂模擬書寫,試圖以幾何意義與力學的角度去探討魏碑體前期為何歷史上僅存在短暫的時間。我們發揮在數學、自然、國文、藝文、資訊課堂所學,讓書法美學進行數據化以及墨跡再現。本研究是中小學科學展覽中第一個與書法相關的研究,也是少數與人文結合的科學探究作品。

「光」芒非你莫「鼠」

本研究透過紀錄小鼠的能量代謝與行為分析,探究光照環境與小鼠內在晝夜節律的相關性。相較於晝夜週期正常的小鼠,日夜顛倒與全光照的小鼠能量代謝皆呈現減少狀態,學習能力也大幅度減弱。但日夜顛倒組的小鼠到了第七天會逐漸同步外部光照,呈現了類似調整時差的狀態。此實驗發現透過「光照」可以驅動與調整小鼠內在的晝夜節律。 若以小時為單位小規模破壞光照週期,實驗發現四天內可以被小鼠的內在晝夜週期調整回來,五天後則會對小鼠的生理產生明顯的影響,導致小鼠產生肥胖、便秘、運動能力衰退與學習能力低落等狀態。不同波長的光照實驗裡,相較於照射紅光、黃光長波長的光,照射短波長藍光與紫光的小鼠在生理數據與行為模式會產生較大的變化。