全國中小學科展

臺灣

小型水力發電系統之設計及實作測試

本研究係針對一台「小型水力發電系統」進行設計、實作及測試,係以一具三個水龍頭之洗手臺為架構,並於前述水龍頭分別安裝直流及交流兩類發電機,並分別於其輸出電路安裝穩壓裝置及3C產品插座,而能此本創作在具備水力發電功能下,仍然可做為洗手台使用。本作品已依沉水馬達抽水實測結果顯示:開啟交流發電機發電(接燈條)時之電壓5.1伏特及電流0.16安培,開啟直流發電機發電(接手機)時之電壓5.03伏特及電流1A。

新式TDESs之研發並應用於貴重金屬回收

本研究以氯化膽鹼 (choline chloride,ChCl)加上兩種氫鍵予體 (hydrogen-bond donor,HBD)共熔成之新式三混深共熔溶劑 (ternary deep eutectic solvents,TDESs)作為基礎,以循環伏安法 (cyclic voltammetry,CV)及奧士瓦黏度計 (ostwald viscometer)測量其電位窗及黏度後,進一步應用於電化學,將鋰離子電池中的鋰鈷氧化物 (LiCoO2)以及導電玻璃上的薄膜氧化銦錫 (ITO)等金屬鹽類溶於TDES中,再以電沉積方式將金屬回收,並以掃描式電子顯微鏡 (SEM)及能量分散光譜儀 (EDS)分析鍍層表面的形貌及成分。 實驗後得知以甘油及乳酸作為HBDs所製備出的TDES能將LiCoO2溶解,且在368.15 K的溫度下電沉積後得到100 %的純鈷金屬。 另外,將ITO玻璃放入上述之TDES中,在368.15 K的溫度下,約50秒即可溶解,且後可得到100 %的純銦金屬。

阿嬤的寶盒

臺灣用藥人口比率逐年攀升,所以設計一款因為在這高齡化的20世紀,你我身邊有許許多多的人需長期服藥,又隨著老人癡呆症的增加,常會發生疏忽或忘記是否服藥狀況。阿嬤藥盒的主要特點在於它可以在正確時間提醒使用者的用藥,以防那些注意力與記憶力欠缺的人,因不正確服藥造成身體傷害。 本作品擁有三大特點,第一、有最方便置入藥物的方法,增強讓使用者使用願意;第二、在該服藥時有聲音提醒與記憶功能,使病人可以正確用藥;第三、有彈性便利的攜帶模式,讓外出用藥也不用擔心;以上特點能全方位讓病人輕鬆正確用藥。 未來本作品再結合APP,還能有手機連接提醒,當忘記吃藥時會發送信息提醒家人,更能全面防堵病人錯誤用藥。

翻轉正n邊形邊上點的猜想

本研究先在正n邊形邊上取任意點P、Q,將Q以P為中心旋轉正n 邊形內角度數θ得到Q’,P、Q進行移動,觀察Q’變化的關係與規律性;接續,將P、Q放在「複合正n邊形」進行探討。發現: 在某一範圍時,P、Q在正n邊形上移動時會形成特殊軌跡中空圖形,邊數分別為n與2n等兩類之多邊形,其邊長比一般化公式為l_1+l_2及l_1 、l_2;還有許多有趣的關係,像:1.軌跡圖形內角公式;2.當Q在頂點A上,移動P點,形成Q’之軌跡在「正n邊形外角平分線」上;3.Q在任意點上,則Q’之軌跡與對角線¯BD平行且等長…等,並證明之。 最後推出軌跡圖形參數式為 {xQ'=xP+rcos(θ水平夾角-θ) yQ'=yP+rsin(θ水平夾角-θ),其中tanθ水平夾角=(yQ-yP)/(xQ-xP ),r=√((yQ-yP)2+(xQ-xP)2),P(xP,yP )、Q(xQ,yQ )之通式詳見作品,結果可應用在掃地機器人及防盜系統上。

塑膠微粒對大型蚤生殖的影響

塑膠微粒常見於自然環境中,若攝入塑粒是否會對生物生存造成威脅?本研究以塑粒及小球藻餵食大型蚤(Daphnia magna),以螢光顯微鏡觀察大型蚤腸道並監測小球藻濃度以推測大型蚤攝食情形,並監測新生水蚤個體數。 研究發現大型蚤在濾食中會攝入塑膠微粒,在含0.08 mg/L塑粒的培養環境下大型蚤攝食量顯著減少。在含0.01mg/L的塑粒環境下大型蚤開始抱卵天數有延長、第一子代個體數會減少,且平均體長亦減少。若子代出生即放回無塑環境,可恢復生長情形。 在含0.01mg/L的塑粒環境下,族群大小有顯著減少且在0.08mg/L濃度下的族群在第七天全部死亡,也就是有塑環境對大型蚤生殖及生長確實造成影響。

探討抗憂鬱症藥物phenelzine對於發生在小鼠巨噬細胞中的細胞凋亡所產生的保護作用及機制

之前有研究指出,使用一些單胺氧化酶(monoamine oxidase, MAO)的抑制劑如pargyline和clorgyline,皆可以保護serum starvation所導致的細胞凋亡,表示MAO可能在細胞凋亡的路徑中扮演重要的角色。 本研究著重於一個臨床上被拿來當抗憂鬱症藥物的MAO抑制劑苯乙肼(phenelzine, PZE)對於沿著腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor-α, TNF-α)途徑而產生細胞凋亡的小鼠骨髓巨噬細胞(bone marrow-derived macrophages, BMDM)所產生的保護作用。 本研究的結果顯示PZE的確可以保護循TNF-α途徑死亡的細胞,同時使活性氧化物質(reactive oxygen species, ROS)的量下降。我們推論造成此現象的原因是PZE藉由抑制MAO,使得ROS的量下降,進而保護細胞。

美洲蟑螂可分泌警告物質的證實與相關研究

社會性昆蟲已被證實可產生警告物質(disperation-inducing or alarm substances),對同種其他個體具有警告、驅離的效果。本研究發現美洲蟑螂(Periplaneta americana)雖不屬於真社會性昆蟲,但也可分泌類似作用的警告物質,同時也證明此物質存在於軟便與唾液中,其中以軟便的驅散效果較強,且不同性別間皆具有驅離作用,跨物種間(對蟋蟀)也有作用。若去除反應者的觸角後,警告物質的驅離效果降低,並延長了反應潛伏期,證明觸角是此警告物質的接受器官。我們也利用沾附酒精的濾紙吸附蟑螂所產生的警告物質,也有相同的驅散效果。利用後腿基節屈肌的肌肉電位圖(electromyography, EMG)記錄蟲體對此物質的反應電位,亦顯示受到警告物質的影響,可使步足肌肉放電頻率增加。

電來水走──探討電場作用時水珠的電濕潤現象

本研究透過自製電路板及實驗裝置,結合程式碼控制電場,探討不同電濕潤的裝置、水量及電場與水珠運動速度的關係,並探究使水珠運動速率最大化的條件。 研究發現水珠運動方向與所加電場方向相同,且增強電場、增加水量、減小電極間距、降低疏水材料的表面粗糙程度、先行分離水珠內部正負離子以及在3200μm以下增加電極寬度,皆使水珠運動速率變快。 透過探討影響水珠移動速率的變因,可提升電濕潤顯示器單位時間內的幀數(張數),亦即流暢度,並期盼將此研究結果應用於各式表面的自我清潔系統中。

三角形與其外接錐線的生成錐線性質探討

本研究源自三角形的重心及其外接圓所構作的線段比值的古老幾何性質,我們不但推廣原命題,還創造新命題:給定△ABC與其外接錐線Γ,令直線AG, BG, CG分別交Γ 於 A', B', C' 點,再取任意k值,探討P點集合的性質。 Γ3, k={P|AA'/PA' + BB'/PB' +CC'/PC'=k} (1)Γ3,k為二次曲線系,其橢圓、拋物線、雙曲線之形態不因k值而改變,而是被外接錐線Γ所決定。 (2)發現△ABC重心 G、Γ中心O、Γ3,k 中心O3,k 的共線性及比例常數。 (3)完整劃分 Γ3,k的非退化與退化型態,並發現只有Γ3,k 為橢圓時,k 值有跳躍現象。 (4) 發現錐線Γ上取相異六點而生成兩個錐線Γ3,k、Π3,k重合的充分條件。 最後,我們以「錐線 Γ 上取一點、兩點到多點」的線性組合手法,推廣多邊形與其外接錐線的生成錐線Γn,k之性質。

玉米田裡的捲葉風波

學校的科學中心前的栽培園,整年都有栽培各種植物,在苦瓜之後的短暫日曬休耕,又是輪到玉米甜的活動了。今年我們準備五個品種的玉米種子,分區播種、澆水、施肥等。 當玉米發芽長出幼苗嫩葉時,各種的蟲蟲接著來訪;覓食葉片、產生斑點、捲葉、斷葉等風波一個接一個。 在1~3個月栽培中,最熱鬧的是捲葉風波,葉子有了斑點,仔細一看是蟲蟲的卵---幼蟲,開始覓食,為了保護自己就把葉片咬斷一部份,開始吐絲捲葉;由於覓食、捲葉方式的不同,我們分辨出單帶弄蝶的幼蟲和瘤野螟的幼蟲,也因為覓食、捲葉的不同,使研究更為有趣多元。在三個月中的飼養觀察,提出了許多有趣的事件和難忘的記憶。