全國中小學科展

臺灣

風水輪流轉-探討颱風和季風共伴效應對台灣降雨的影響

本研究探討颱風與東北季風共伴效應對台灣降雨及災害的影響。透過歷年颱風案例發現,共伴效應可能會導致多地嚴重淹水、道路斷裂、人員傷亡等災害。本研究自製雨量模擬實驗平台。模擬結果顯示:颱風從不同方向接近,降雨分布不同:當颱風從東北方接近台灣時,東部、北部雨量較多;颱風從台灣東方接近時,東部的雨量較多;颱風從台灣的東南方接近時,南部的雨量較多。單獨模擬東北季風時,台灣北部雨量最多,其次是東部,把東北季風的降雨量和颱風的降雨量相比,東北季風帶來的雨量較多。在共伴效應模擬時,實驗結果有兩種可能:颱風和東北季風產生共伴效應,使東部和北部的降雨量增加;東北季風風速增加,可能會破壞颱風結構,使雨量減少。

「濕」在必行 ── 雨天對最大靜摩擦力的影響

連續雨天引發穿拖鞋上學是否安全的討論,我們發現課本裡對水與摩擦力的關係探討有限,因此透過實驗研究四種水量(0mL、5mL、30mL、67mL)下,不同類型鞋子(運動涼鞋、拖鞋、慢跑鞋、登山鞋)、地面材質(磨石子、標線、通學步道、柏油路)、重量(38g、500g、1000g)和鞋紋(樣式、數量、外框)與摩擦力的關係。結果顯示,在磨石子地上,拖鞋遇水就滑,應避免穿著;運動涼鞋、慢跑鞋、登山鞋相對防滑;柏油路防滑效果最佳,標線遇水就滑;重量可以增加摩擦力;沒有特定的鞋紋樣式能在四種不同水量下都有高摩擦力;鞋紋數量多和無框設計有助防滑。影響摩擦力的因素很多,未來還可以進一步研究鞋底材質與步行方式等的影響。

「無印良品」—雷射影印機逸散之懸浮微粒時序特徵與改善方法

雷射影印機運作時,可能會釋放細懸浮微粒與臭氧,成為人體呼吸道健康的一大隱憂。本研究將探討雷射影印機的懸浮微粒與臭氧逸散特性,測量其排放的時序特徵,企圖減少影印機排放之汙染物。我們在一密閉壓克力箱中設置家用雷射影印機並在其影印過程中透過儀器量測其汙染物的數值變化,並在過程中排解干擾數值結果的環境變因(如:水氣)。亦透過數值模擬分析懸浮微粒的擴散情形,以提供改善建議。依據研究結果,本研究確立了懸浮微粒與臭氧在影印過程中的逸散,而加裝濾網後能使汙染的情形得到改善。電腦模擬結果則顯示,影印機的設置應距離呼吸道至少0.3公尺以上,則可有效降低人體吸入PM2.5之風險。

「風」形萬變:探討地形效應對風速變化的影響

本研究從老師在蘭嶼旅行時發現各地風速差異很大,推測風向和地形是影響風速差異的重要因素,進而探討不同類型地形障礙對風速變化的影響。研究方法包括製作蘭嶼地形模型及不同尺寸的地形障礙模型,利用風洞、風袋和熱線式風速計測量不同情況下的風速和風向。實驗設計考慮尺度問題,確保風洞流場符合大氣動力特徵。研究結果顯示,地形對風速影響複雜且多元,在自然界中,各種地形因素交互影響,形成複雜的風場環境。

殊途同歸─不可思議的七線共點

本研究探討三角形中線段共點的幾何性質,特別是與奈格爾點相關的七線共點現象,這七條直線包括三條特定的作圖線、三條周長平分線、以及內心與重心的連線。研究動機源於對奈格爾點定義及其作圖方法的探究。研究過程中,我們透過Dussau作圖法、三角形性質及解析幾何等方法,從已知條件推導出相關的幾何性質,並進行了驗證。研究發現這三條作圖線分別與三內角平分線平行,可視為內心在位似變換下的映射。本研究亦探討此類作圖法是否可遷移應用至其他三角形特殊點(如內心、重心)。這些發現證明了即使直線的構成方式看似複雜或「殊途」,最終也能「同歸」於同一個點,展現了幾何的奧妙。

探討國中教材之酯化反應連結皂化反應的可行性與原理解析

本研究針對國中教材中酯化反應與皂化反應缺乏連結問題,設計並優化整合性實驗流程。在實驗中,發現皂化後鹽析存在「飽和點」,添加 100 mL 飽和食鹽水,十六酸鈉反應收率 193%,但增至 150 mL 時產量趨緩。為解析此現象,以 DLS 動態光散射技術,結果顯示十二酸鈉、十四酸鈉可形成微胞,十六酸鈉因溶解度低,微胞形成效果不佳。用 DLVO 理論分析粒子間作用力,補充教材的鹽析理論解釋。氫氧化鈉濃度影響方面,2 M 獲高反應收率(十二酸鈉 528%)但含水率較高,8 M 純度較佳但反應收率降低。以氯化鎂鹽析時生成脂肪酸鎂(反應收率 129%),顯示鹽類選擇亦影響最終產物。透過本研究建立了酯化、純化與皂化優化流程,期望為教材提供更具探究與應用性的參考。

「仙」「鮮」御守~澎湖常見仙人掌果實保鮮效益之探究

金武扇仙人掌果實為何能常保新鮮?本研究以可食用塗層、果膠保鮮膜、檢驗果肉、果皮的保鮮效益,結論如下: 一、果實的細胞壁緊密與保水黏液,應是保鮮原因之一。 二、果汁:油-9:1塗層具最佳的保鮮效益,應與汁液中富含維生素A、C的抗氧化營養素有關。 三、果肉的果膠萃取率優於果皮;不同檸檬酸濃度的萃取量3M⇌2M>1M;萃取率優於香蕉皮、百香果殼。 四、果肉萃取的果膠製成保鮮膜,保鮮效益優於果皮,用檸檬酸濃度2M製成的保鮮膜,保鮮效益優於濃度1M;乙烯含量監測得知,透氣性優於市售保鮮膜 。 五、自製果膠保鮮膜的保鮮度優於可食用塗層,比單純室溫放置好。 六、仙人掌果皮與果肉確有保鮮的生物、化學特性,並有農產廢棄物再利用經濟效益。

潔淨從錠開始-清潔錠之探究

生活中小蘇打與檸檬酸都是很棒的清潔利器 , 各種發泡錠更是利用酸鹼中和的特性所製造出的物品,許多人用此性質自製屬於自己的各式發泡錠。我們從二氧化碳產生量、溶解、硬度、清潔、防黴的角度思考。經研究發現,五種比例清潔錠中小蘇打和檸檬酸的配製比例,以2:1製作最好,它在清潔、防黴都有較好效果。想要增加硬度,可以添加玉米粉。想要強化防黴效果,可以再添加薑黃。想省錢,可以用鹽代替薑黃製作清潔錠。

微粒瀰漫,誰「霾」弄潮州?─高屏地區PM2.5時空變遷與擴散機制探討

本研究透過整合環境部空品測站與智慧城鄉微型感測器的資料,輔以Python及R語言進行大數據整理與統計分析,並搭配QGIS空間分析工具,深入研究高屏地區冬季空氣品質惡劣的原因,並剖析2025年三場空汙事件的時空變化與擴散機制。結果顯示,高屏地區近年整體汙染雖有改善,但仍存在著區域差異與季節差異。冬季時,受東北季風與地形影響水平擴散不佳,再加上低混合層與逆溫現象導致垂直對流缺乏,汙染物容易滯留。分析發現,高屏地區測站的溫度、降雨日數與PM2.5有著高度負相關。本文透過感測器資料的逐時空間分布圖,搭配風向與地形影響,說明汙染物如何透過環境風場與海陸風的傳輸機制累積於高屏地區下風處且難以擴散,導致「潮州延遲」效應的發生。

空間中兩圓柱面或兩圓錐面之交集研究

本研究探討三類幾何結構的交集特性:第一,兩個直圓柱面在特定條件下相交時,交點集合的幾何特性;第二,兩個直圓錐面相交時,交點集合的幾何特性;第三,一個直圓柱面與一個直橢柱面相交時,交點集合的幾何特性。我們透過數學建模,理解圓錐曲線在不同條件下所形成的圖形,並進一步探索其數學特性。研究過程中,我們考慮了兩個直圓柱面的相對位置、中心軸夾角的變化與比例關係,兩個直圓錐面的相對位置與中心軸夾角的變化,以及一個直圓柱面與一個直橢柱面的相對位置與比例關係,並透過數學推導與動態幾何模擬來分析這些變數對交點集合的影響。