全國中小學科展

依國際科展年度查詢

臺灣

風到哪裡去了─氣流附壁作用之探討

「附壁作用」是指流體遇到障礙物(例如氣球),流體會沿著障礙物曲面流動的現象,並產生推往流體方向的作用力(氣球的舞動,2021)。於是採邊想邊實驗邊修改的模式來探究氣流附壁作用。研究結果發現: 一、 氣流經過正角柱體時,會沿其側面流動且其底面邊數愈多愈明顯。 二、 氣流流經直圓柱體時,會分為兩股附壁在兩側運動,到了另一端時再匯集成一股往前進。 三、 氣流經過球體所產生的附壁作用,能使球體穩定飄浮,並帶動球體產生偏移。 四、 氣流會從側面有斜度葉片沙漏型圓柱體的縫隙中流出,且附壁在曲面上形成一直環繞的現象。 將氣流一直環繞的特性運用於日常生活上,或許可設計出便利於生活的科技產品。

尿液中不同物質對磷酸鈣、草酸鈣與尿酸結晶速率的影響

本研究主要研究人類尿液中,腎結石中的奈米細菌(nanobacteria)是礦物結晶或細菌成長作用,使用自製分光光度計,以OD值的差異劃分,結果顯示奈米細菌呈現礦物結晶特徵,成分分析亦證為磷酸鈣。之後研發腎結石抑制劑時,使用自製人工尿液,以磷酸鈣Ca3(PO4)2、草酸鈣CaC₂O₄和尿酸(C5H4N4O3)為主體,分別測試維他命C、(•OH)、模擬管壁發炎、模擬尿液pH值變化,並觀察其結晶型態變化,結果發現模擬管壁發炎OD值最高1.4,尿液pH值5時OD值 1.3次之。推斷腎結石主因與管壁發炎最密切,其次是pH值變化,偏酸與過鹼皆易產生結晶。最後以自製的結石抑制劑比較傳統C6H5K3O7(檸檬酸鉀) 抑制劑,本研究抑制劑OD值呈現較佳抑制效果。

『斑』鍵報告-外來入侵種斑腿樹蛙族群的控制(以八里挖子尾樣區為例)

本研究進行為期一年的兩棲類調查與斑腿樹蛙移除控制,發現在斑腿樹蛙的繁殖季進行移除控制,確實可降低樣區中斑腿樹蛙的比率。調查發現斑腿樹蛙出現在竹子上的機率最高。在繁殖季斑腿樹蛙會聚集在積水的容器及蘆葦林繁殖。斑腿樹蛙族群的背紋及腿部網紋形態多樣性高。卵泡有黃色及藍黑色2種。卵泡平均含卵數351粒,孵化率74%。繁殖季定期巡視產卵熱點可有效移除卵泡,遇到斑腿蝌蚪可將其撈起或將積水移除,對難以移除的繁殖熱點應進行棲地營造以利保育志工的移除與控制。移除斑腿樹蛙需熱心的志工協助,定期進行兩棲類調查並移除斑腿樹蛙,才能有效的控制斑腿樹蛙在台灣的擴散。

利用半監督式學習進行自動星系分類

本研究使用半監督式機器學習搭配卷積神經網路來訓練核心模型,並將星系的圖片加入模型裡,讓電腦自動判斷出該星系的種類為何。我使用自行設計的CNN架構以及VGG-16當作我的卷積神經網路架構。資料集來源為EFIGI和Galaxy Zoo 2。我分為兩種任務,第一種任務是讓模型能分辨橢圓 (E)、螺旋 (S)、不規則 (I) 這三種類別的星系,訓練資料共有2,468張照片,最後的正確率能達到94%。第二個任務是將8種的星系照片(E、S0、Sa、Sb、Sc、SBa、SBb、SBc)進行分類,並使用自動編碼器作為預訓練,使用1,923張EFIGI的圖片以及1,258張Galaxy Zoo 2的照片當作訓練資料。由於各星系照片有許多外觀太過相似,測試準確度最高達到54.12%,基於我的研究,星系自動化辨識於天文學上應該有相當大的運用空間。

路燈不要變壓器好不好

路燈若變壓器損壞,會連同高效率LED晶片被丟棄,就像勞斯萊斯的引擎壞了就整台廢棄。本作品思考如何回收LED良品,改造成「不需要」變壓器也能發揮高功率路燈LED的強光照明並長時間使用。 用a-IGZO取代電阻器,從已發表的論文知a-IGZO經紫外線或藍光激活後,有超過一天以上的持久性光電流,可讓LED有更好的發光效率,路燈LED發藍光,且適合放在玄關入口照得到紫外光激活可持續到晚上。LED需要直流偏壓3.7V下工作,用110V交流電除了電壓相差太大,也有閃爍問題。我們巧妙利用路燈LED是集成晶片,經設計可在交流電變換極性時都有LED亮著,再用擴散片(從液晶螢幕拆下)將光弄勻,讓燈看起來是恆亮,材料成本僅需一元(電阻器)。回收再製後,可用在大門入口或走廊下長時間照明,環保愛地球省電省錢。利用Arduino設計監測模組並用wifi傳回數據,可長時間觀測,證明可行。

蛋說無妨,殼以實驗—以蛋殼作為反應器合成奈米粒子探討

蛋殼膜為一種常見生物物質,其組織具有多孔性、親疏水性等,可以選擇性吸附特定分子,或作為控制顆粒進出的半透膜。我們先將蛋殼透過雞蛋開孔器製成蛋殼容器,在蛋殼氣室端上挖了一個小孔並不破壞蛋殼膜,製成蛋殼反應器,蛋殼內外各放置不同反應溶液,使內外溶液反應物能隔著蛋殼膜產生交互反應。 我們利用蛋殼反應器去探討多侖試劑和本氏液與葡萄糖的反應,發現相較於兩溶液直接混合接觸反應,利用蛋殼膜分隔的作用可以避免反應太過劇烈,可成功生成較穩定的奈米粒子,而這些奈米粒子據推測極可能是奈米銀和奈米氧化亞銅粒子。我們也探討蛋殼膜離子滲透,分析變化現象。 我們希望蛋殼反應器的研究,未來能運用到蛋膜材料或奈米材料的發展。

內分、外分、垂直分,怎麼「分」都好「正」!

1.在正n邊形中作內角k等分角線、外角平分線和原邊上作k'等分垂直線(K,K'>2,K,K'∈ ),這三種直線經各自相交或兩兩搭配後相交得到五種相似正n邊形,其邊長、面積會與原正n邊形間存在規律的關係一般式。 2.承1,內角k等分角線與其外角平分線之交點會連成內外分角正nk邊形,滿足邊數n和k的特定關係式時,才能作出此種正n邊形。 3.原正n邊形的邊或其延長線,恰可平分內外分角正nk邊形和外角邊垂正nk'邊形的邊。 4.內分角正nk邊形、邊垂正nk'邊形和內角邊垂正nk,k'邊形皆會出現五點共圓的情形。 5.承1的五種正n邊形會出現旋轉,其旋轉角度與n、k、k'有關,並有一定的範圍。

無「鰭」不「泳」—探究水平尾鰭對其運動行為的影響

這是截至62屆科展為止,第一件研究水平尾鰭在水中運動行為的科展作品。 歷經長時間努力終於研發出能模擬海豚利用水平尾鰭的擺動在水中向前游動的「機械海豚」,更進而研發【水中推進力/升力測量儀】,成功以「重量」形式呈現水平尾鰭在不同變因下所產生的推進力及升力,透過「推升比值」精準檢視其前進能力。 研究發現水平尾鰭的擺動速度、面積、形狀都會影響其在水中的前進能力,有趣的是尾鰭擺動得越快,不見得會越游越快喔! 最後研發的【水流檢測儀】可環景無死角地看出水平尾鰭擺動時的水流變化,小檢測球的設計更是讓水平尾鰭後端的4個漩渦完美地呈現在眼前!證明水平尾鰭的擺動會製造渦流降低前進的阻力以提高前進的效能。

攻角對水漂跳動行為的力學分析

此研究是以實驗方式,驗證理論模擬中指出水漂在不同入水模式下,攻角為20度時皆可產生最佳的彈跳效果。因此我以壓克力板作為模擬水漂的模型,設計了以下四組操作變因,分別是入水攻角、水的流速、水漂邊界形狀以及不同粗糙程度的接觸面,透過Tracker分析壓克力板的質心彈跳高度及運動軌跡,再利用Excel、SciDAVis分析數據,找出其中的運動相關性。最後透過座標轉換,可以利用這些實驗來分析打水漂的運動行為,成功發現攻角在20度時有最佳的彈跳效果,並以此結論來優化打水漂的運動行為。

哇!我的花盆會吸水~探討潮解物質在環保花盆上的運用

經由測試不同種類與比例的潮解物質吸水效果實驗中,找出從空氣中吸水效果最佳的潮解物質配方,並將此配方搭配不同種類、重量的天然物質,製作出既安全環保又具有最佳吸水效果的潮解物質混合物配方「氯化鈣 13g+二氧化矽 2g+水13g+活性碳 2g」。另外我們從校園植物葉子纖維中找出製作效果最佳的東方紫金牛和茉莉花製作成環保花盆,並檢測薄、中、厚三種厚度的植物纖維搭配最佳潮解物質混合物配方,在溫度 34°C、濕度 62%和溫度 25°C、濕度90%環境中的吸水效果,並將最佳潮解物質混合物配方放置在自行設計的內、外兩層環保花盆縫隙中,經由溼度計檢測證實 14天內花盆土壤溼度都維持在潮濕等級,花盆內的植物也能生存良好,成功製作出能吸收水分的環保花盆。