全國中小學科展

臺灣

電場中的小晶靈-高電壓電場中液滴的結晶現象

本研究設計相機-顯微鏡-玻璃座平行銅片電場裝置,拍攝鹽類液滴在高電壓電場中的結晶現象,並以色階曲線為基礎,發展出SCL值,來偵測晶體表面的性質。實驗先找到能讓晶體成長趨向單顆且高透明的條件為:加蓋(低蒸發速率)、過濾、無施加電場與低熱LED光源。並應用蒸發速率差異,發現食鹽晶體的變速成長現象。蒸發快會形成階梯螺旋紋,蒸發慢,紋路消失,變成全透明晶體。將這裝置轉放在高電壓電場下可發現:晶體形狀發生改變(晶體傾斜或碎晶),透光度變差(SCL值變小),可觀察到新生晶體邊緣,有條狀暗紋出現,但晶體成長速率變化不大。鹽晶析出反應會因些微的外在變化,而影響溶液中離子堆疊,在晶體表面出現陰影或不規則紋路。這種對外在環境有著高度反應的現象,可以透過反應位能曲線圖來解釋,正可以用來研究外界高壓電場如何對物質發生影響。

圓網波攔─圓網結構之振盪模態影像分析

本次實驗探討網面結構不同所造成的振盪模態差異、振動頻率對網面結構振盪的模態差異。 本研究發現,蜘蛛網面的中央絲結構會直接影響到整個網面結構的振盪方式,以及能量散布的情形,希望藉由模態分析進行二維網面的討論。 當初想了解蜘蛛網結構對於分散衝擊力道的影響,為了簡化實驗變因而使用釣魚線進行模擬,所以設計出二維網面結構來模擬蜘蛛網面,並且改良過去的測量方式及振盪方法,加以探討二維網面結構,希望可以利用在生活中的相似抗震結構上。 實驗將觀察整片圓網結構在振盪下的模態能量散步以及傳遞方向趨勢,繪製出等振盪強度圖協助了解振動的分布,實驗結果指出蜘蛛網面的中央絲結構可以減緩振盪,這也是本次研究之後需要更進一步探討中央絲結構以及對能量傳遞的影響。

口腔清潔-牙周致病菌(Porphyromonas gingivalis)對癌細胞生長之探討

牙周致病菌(Porphyromonas gingivalis)普遍分布於大部分人的口腔中,而牙周致病菌的熱休克蛋白GroEL在先前研究指出與牙周病和發炎有關;再者,研究證實了牙周病和癌症的相關,但尚未證實GroEL是否會增強腫瘤的增生。本研究藉此探討GroEL與腫瘤增生的相關性。結果顯示,小鼠被施打GroEL後,腫瘤體積明顯增加,死亡率也上升,並且血液中血管內皮前驅細胞的含量也增加,免疫組織染色法的結果也呈現出施打較高量之GroEL會使腫瘤內有較多血管的分佈;雞胚蛋的實驗中,更證實了GroEL會增加血管的生成。總結上述結果,推論P. gingivalis的GroEL會增加癌細胞的生長速度,而其機制可能來自於增加血管內皮前驅細胞的含量,刺激了血管的新生,提供了癌細胞生長的養分。所以口腔清潔,除了消除異味外,更可以預防癌症的發生。

使用 AI 科技之肺炎診斷

此次科展製作,我們團隊使用了機器學習的方式進行肺炎診斷,共分成了兩個階段,首先將肺部X光的圖片預處理,接著再將預處理後的X光圖輸入神經網路,以得到是否罹患肺炎的判斷結果。此方法可使誤判率大量減少,也讓醫師的判斷時間大幅減少,平均醫師判定一張X光平均需要5分鐘,而機器僅需數秒即可完成,使醫療效率增加。

西北太平洋颱風增強與上層海洋熱力結構關係之長期變化

近年來的研究(Pun et al.2013)指出,西北太平洋颱風主要發展區的海洋熱力條件有越來越溫暖的趨勢。本研究透過分析1993-2011年7-10月,在120-170°E北部 (19-26°N )及南部 (10-19°N)颱風主要發展區增強的category1-5颱風,觀察並分析其長期以來所行經之海表面溫度、海洋暖水層熱力狀況及垂直風切與颱風強度的關係。比較後發現,長期以來,北部海域颱風的強度受風切影響較大,呈現減弱的趨勢;而南部海域颱風的強度則受海洋熱力條件影響較大,呈現增強的趨勢。根據擴大分析熱力條件影響較大的南部颱風主要發展區(1993-2012,4-21°N)的結果顯示,生成於此海域的颱風個案,長期以來所行經海洋的暖水層有增厚的現象,研判其為造成本區域颱風增強的重要因素。

比蚯泥在此~探討八德地區蚯蚓分布與土壤因子的關係

研究主要針對八德地區校園及公園的蚯蚓種類及數量進行調查,結果發現該地區的蚯蚓共有八種,其中外來種黃頸捲蚓族群數量大,在酸鹼值、含水量及植被覆蓋率上呈現廣適應性,是強勢外來種,明顯排擠其他物種。 同時在研究過程中,我們也透過野外採集蚯蚓以及進行土質調查,嘗試分析蚯蚓分布情形與各項土壤因素之間的相關性,顯示影響蚯蚓分布的主要因素是酸鹼值與土壤濕度。土壤密度及地表植被覆蓋率對於蚯蚓的分布也有影響但相關性較低。而氮磷鉀總含量的多寡對於蚯蚓的分布則沒有明顯影響。同時我們更進一步透過實驗室的選擇偏好及活動力實驗,證實蚯蚓對土壤的選擇除了受溼度及酸鹼值影響,也改變蚯蚓在土壤中的活動力。

雙眼牆颱風侵臺路徑北偏現象之探討

本研究由近年來部分在登陸前產生雙眼牆(CE)結構的西行侵臺颱風發生實際路徑較預報路徑偏北的現象為發想。利用中央氣象局颱風資料庫,統計出發生北偏之西行颱風及其北偏幅度,並找出各種會影響颱風路徑的因素,將其一一量化後進行分析。 我們發現颱風之暴風圈半徑以及其是否有雙眼牆對颱風的北偏效應有顯著的影響,至於夫如數、背風渦旋強度等則有較小的影響力。 我們根據北偏效應,認為造成第四類路徑中產生雙眼牆結構者特別少的緣故,是因為許多原先為四類路徑的颱風因北偏轉至三類;我們也意外發現八、九類颱風完全沒有雙眼牆颱風,推測是南海空間及熱量問題。 我們也發現具有雙眼牆結構之颱風在登陸時,測站會測到兩個氣壓谷值,因此發現雙眼牆結構颱風在登陸時結構的不對稱性,未來可以此為依據量化雙眼牆結構。

如膠不如水-利用瞬間膠蒸氣製作疏水性表面

以不同變因蒸鍍瞬間膠的樣品,粗糙表面,使水珠在物體表面上的接觸角變大,難以停留在樣品表面而不易溼潤表面,發現有疏水性的樣品蒸鍍後表面極少細毛產生,也具平行線條,若無疏水性表面,就以後製方式 (丙酮蒸氣、熱風吹拂),讓其也具疏水功效。蒸鍍前先用熱水蒸過基板再進行蒸鍍瞬間膠,對基板表面疏水性提升最多。表面疏水性強的試管,在水面上移動速率增加8-26%,投入水中後的速率比沒鍍的試管增加23 %,若蒸鍍後因表面光滑以致沒有疏水性的樣品可經砂紙(100-240號) 摩擦表面,因變得粗糙而呈現疏水性。

額溫槍自動小助手-探討與研究

醫療級紅外線額溫槍有較準確、可回廠專業校正兩個特點。使用現成的器材及一部份回收材料,也可以減少電子垃圾產生。主機利用自製零件配合簡單機械和感測器,以伺服機代替人的手指按下開機鍵和測量鍵,測量完會自動展示量出來的溫度,進而達到非接觸測量的目的。這樣除了減少門口防疫站老師較近距離接觸陌生訪客的感染風險,班級教室更可以減少每日群聚測量的風險。在重做歷程中,也一併學會了更多的 3D 列印技巧並設計實驗,收集數據,來探討和改進研究過程中發現的問題。

水中鑽戒- 探討不同條件下對水鐘形狀的影響

清洗高腳杯時,發現水出現奇特形狀,決定研究水鐘。探討的變因包含擋水片的大小與形狀、水管粗細、出水量、出水口高度及不同表面張力的液體。發現流速不同時,固定溶液的水鐘長寬比變化不大,但不同溶液有不同的水鐘長寬比,表面張力愈大,水鐘愈矮胖。水鐘的寬長比與表面張力的關係圖為固定斜率的直線。也發現流速愈快,水鐘愈大。當擋水片為3cm及水管粗細為直徑1.29 cm時,都可以出現最大的水鐘。當出水量愈大,造成的水鐘愈大,形狀也愈矮胖;出水量太大,則出現水傘形狀。當出水口高度愈小,愈容易出現水鐘形狀,愈遠,則容易出現水傘形狀;而出水口高度愈大,則水鐘形狀愈矮胖也愈大。不同形狀的擋水片,則會在出水口高度較大時,出現水花瓣。