全國中小學科展

第三名

萬丹火山泥取代氧化鐵在釉藥上的研究與應用

不定時噴發的火山泥是屏東萬丹知名地景,但對於農民來說,這些在他們土地上所噴發出來的火山泥卻是影響作物收成跟汙染環境的一大問題。大量泥漿很難清理,只能做為廢棄物被清理堆積。自然界的土壤中富含各種金屬氧化物,本篇研究推測萬丹的火山泥中含有較多鐵的成分,透過將萬丹火山泥的粉末溶入釉中做為發色劑的實驗,以窯燒後的成色與參考資料做比較,來驗證這樣的想法。實驗的結果顯示「以火山泥做為發色劑」的釉藥會產生與「以氧化鐵為發色劑」相似的青瓷效果。所以得知火山泥是能夠取代氧化鐵做為發色劑使用,而不只做為廢棄物堆積的。

抗氧化萬歲!為您沖杯高「酚」好茶!

本研究探討不同沖泡條件對茶飲品抗氧化能力與茶多酚含量的影響,旨在找出最佳沖泡方式,並分析不同添加物對茶湯的影響並藉由碘滴定法推測抗氧化能力,了解茶多酚含量。實驗變因包含浸泡時間、加熱方式、茶葉顆粒大小,與糖、鹽、乳製品等不同添加物的影響。透過測量自製茶湯的值與抗氧化能力,探討如何沖泡出高「酚」好茶。 研究結果顯示,適當延長加熱與浸泡時間能提高茶多酚釋放,但超過一定時間也不會增加茶多酚,抗氧化能力反而下降。茶葉磨碎後沖泡可增加茶多酚,酸性環境對抗氧化能力影響不大;加入乳製品則會顯著降低其含量,尤其以奶精影響最鉅。本研究之科學依據,可幫助消費者選擇更健康的茶飲沖泡方式,並推廣茶飲的抗氧化價值。

「地」時炸「氮」,「酚」秒必爭―利用地毯草多酚降解硝酸鹽與亞硝酸鹽

氮污染無所不在,水源硝酸鹽污染是農業發達地區居民長期面對的問題,且脫硝作用中間產物亞硝酸鹽,對人體危害甚大。因此我們透過測量天然雜草(地毯草)溶液的氧化還原電位、還原力、自由基清除能力,證明地毯草具有強抗氧化力與還原力。藉由田口式實驗法規劃探討影響地毯草還原降解硝酸鹽之可能參數,由統計分析結果確認使用乾燥地毯草劑量18.75 g/L與硝酸鹽濃度50 mg/L的水體反應24小時,為地毯草降解硝酸鹽的最佳操作條件,而持續反應48小時則可完全降解亞硝酸鹽副產物。反應過程中總酚濃度介於100~200 mg/L,並且利用光譜全波段掃描反應溶液得知,250~325 nm區間有明顯吸光程度,代表多酚成分兒茶素之存在。經由本研究成果證實地毯草可釋出多酚物質有效降解硝酸鹽。

康達效應快現身〜我「照」你!

本研究以紋影攝影裝置為實驗工具,拍攝氣流流經物體時其軌跡變化,過程中我們清晰的看見康達效應,證明氣流流經曲面時會改變原行進方向。且發現風源須與圓柱體維持適當距離,方可產生最明顯的康達效應。此外,當氣流流經柱體,其側面夾角小於120°時,所產生的康達效應最不明顯;夾角大於135°時較明顯;流經圓柱體時最明顯,其中當底部直徑大小與氣流範圍相當,康達效應尤其顯著。另外,氣流流經適當曲率的水滴形物體,可順流通過之;而流經不適當曲率的水滴形物體則會產生紊流,不過利用導流板便可改善此問題。最後,我們運用本研究結果,在冷氣機出風口設計了S型曲面導流板,優化氣流流動方式,達到較佳冷房效果。

分割移動瞥見矩形

此研究主要探討一個任意的矩形將其挖去設定的缺格形狀,接著將矩形分割成數個區塊,以因式分解法、逆推法、階梯狀切割技術、座標位置移動法等研究方法,透過平移、旋轉、翻轉,重組成另一個較小的矩形,探討能否有最少片解,並尋找其中與矩形長寬的關係。研究發現,十種缺格類型能運用特定分割策略,可有最少片數二片或三片解完成重組,進而將圖形逐步擴大尋找出一般化規律。此外將缺格為方型、P字型的矩形,探討階梯狀切割技術進階探究以最少切割片數,嘗試分析多種滿足a2+b2=c2的畢氏三元數組及滿足a2+b2+c2=d2的四元數組,歸納出能以不同的切割策略,用分割移動圖解方式得重組成正方形,並探討其一般化規律。

三角形與其垂足三角形的心不變量

Abdilkadir Altinas 提出三角形△ABC 與其垂心三角形△DEF 的有趣問題:若角 A 為 60 度,則角 AH'H 恆為 90 度[1]。本研究推廣此問題,我把垂心換成外心、九點圓圓心、重心,發現都有垂直關係。有趣的是,一般化討論歐拉線上所有的對應點都符合這樣的垂直關係,我先採取綜合幾何方法需逐個問題考慮而沒有共通性,較難找出歐拉線上所有的對應點的垂直關係的充要條件,所以改用解析幾何而給出了一般化的理論,這是本研究的亮點。接下來創新探究由其他形心所構造的垂足三角形之性質,不設定內角為 60 度,分別討論垂足三角形為正三角形(共有兩個)和相似三角形(共有五組,每組兩個),發現原三角形與垂足三角形的重心恆三點共線,其他形心皆無此現象。

「浮」裡「浮」途~澎湖北寮與他國浮石之比較

本次實驗以澎湖、日本、菲律賓的浮石進行實驗比較,結論如下: 一、比較三地浮石的物理性質 物理性質略有差異,且澎湖與菲律賓較相似;另外,利用偏光顯微鏡可知,三地浮石呈現的礦物光澤的顏色相似,顯示其成份類似,只是比例的差別。 二、比較三地浮石的化學性質 遇酸性水溶液時只有澎湖浮石產生氣泡,可能含有碳酸鈣;滴水後,三地浮石粉末皆會使水降溫。 三、探究澎湖北寮地區浮石層的分布與地質事件 北寮地區浮石層分布於摩西分海以東肉眼可見約159公尺;經粒徑分析推估,應為單次性火山噴發造成。 四、推測澎湖北寮地區浮石層形成的途徑 透過菲律賓火山的位置圖、洋流流向路徑圖的比對,認為菲律賓火山浮石確實很有機會沿著洋流漂來澎湖。

詐欺遊戲之少數決

「少數決勝淘汰遊戲」就是每位玩家開始時付出1單位的代價,並針對N個玩家(劇中為22個)連續對一些二選一的選項投票,由少數一方獲勝,獲勝者始得進入下一輪的投票,直到剩下一位或兩位玩家為止,若只剩下一位,則由該玩家獲得最後的N單位獎金,若剩兩位,則由兩位玩家平分最後的N單位獎金,但所有人需償還原來遊戲開始時所付出1單位的代價。而日劇「詐欺遊戲」的主角提出「遊戲中結盟共M個玩家(劇中為8個)即能保證必勝」的方法。本研究打算藉由歸納法來探討在N個玩家下保證我方至少一人獲得最後勝利的結盟人數M並平分獲利,同時研究遊戲中的最高獲利、最低獲利與可以得到獲利的期望值為何?最後我巧妙的利用二進位來解決問題。

水電砲

本研究最初的發想來自於任天堂寶可夢遊戲中的招式「水電砲」,對其感到好奇的我們便想藉由操作實驗來模擬其中的情形,並對於此招式能否在現實中實現,及其達成效果的可能性,提出質疑與猜測。 我們測量不同型態的出水裝置、不同流速的水流、觀測不同噴射距離,也調整電壓大小,發現這些變因都與水電砲的可行性有關,且意外發現流速會影響水柱的型態(連續柱狀還是出現水花狀態),同時也對結果有顯著的影響。但也發現出水裝置的水壓、承受水電砲攻擊的導體厚度皆與測量結果無關。透過研究的進行,我們也了解許多尚未聽過的有趣知識,譬如關於流體的伯努利定律;導電率是什麼;什麼程度的觸電會造成傷害,綜合以上知識讓我們得到了想要的答案。

旋轉翼緩速安全飛行器

在生活當中我們時常會發現,飛機因為場地跑道不足而無法順利起降,或是航行時有許多不確定因素而不敢搭乘。本研究主要探討為:旋轉翼飛機是否能成為短距離起降之創新飛行器。在這研究過程中,主要是採用旋轉翼產生向上升力(向下推力),並同時探討導風板數量多寡對於飛行穩定性的影響。最後,我們從實驗數據中找出黃金比例來設計飛機模型,再安裝電子加速度計陀螺儀及其他飛行安全裝置,使旋轉翼無人機在天空中能以平穩的姿態飛行,有效縮短了起降跑道距離,打破一般人對於現有飛機所既有的認知。