全國中小學科展

臺灣

亮不亮,有關係!

臺灣於2015年6月15日經立法院三讀通過「溫室氣體減量及管理法」,2015年7月1日總統令公布施行,自此正式邁入減碳新時代。 本研究將以水資源節能運用發想在廁所中,通過水塔的位能差作轉化為電能,點亮廁所電燈,達到有以下特點: 一、節能,利用水塔位能差,無需消耗電能。 二、環保,無汙染、無輻射,保護生態。 三、安全,採用水塔位能差,通過低壓直流電轉化為光能。 四、簡單,機械設定的自控開關裝置可根據每次使用廁所進行開關燈。 五、便宜,安裝成本低,使用壽命長,維修方便。 利用水塔的位能差來發電、可以省電,又可以做環保,還可以節能減碳,更可以讓空氣清新,真是做了一件很好的功德。

2、3、4 進位Kaprekar變換的性質

非負整數的各位數字重新排列後,由大到小減去由小到大的運算稱為Kaprekar運算。若原數和結果相等,則此數為Kaprekar常數。在此條件下,Kaprekar變換最終定會進入循環(包含循環節為1的情形)。本研究探討Kaprekar常數與循環的結構,以及其與混沌之間的關聯。 結果如下: (1)參考[1]和[4]中的一些數學符號,將二進位分為五類,得到二進位常數的形式和規律。 (2)在三進位時,我們利用g(x)來討論三進位的變換形式,得到能判斷其結構和循環節及數量的規則。 (3)g(x)有混沌的性徵,即在任何有理數區間中必有任意的n-循環點,其中n是任意正整數。 (4)關於四進位,我們發現將任意非負整數運算四次後必符合某一形式,且其結果與三進位有相似的結構。

逆流而上--馬拉高尼效應之探討與應用

馬拉高尼效應是流體力學中常見的現象,由於表面張力梯度力,使得不同種類或是不同溫度的液體間產生相對位移,從表面張力小的往表面張力大的方向移動。本研究想藉由此微小的表面張力梯度力作為仿水黽的小型水上機器人移動的動力來源。研究過程中以tinkercad軟體設計模型,盡可能減輕機體重量並利用3D列印技術列印機器人本體。再藉由滴出界面活性劑並控制滴出方向以產生特定方向的馬拉高尼流,作為整體的動力來源。研究過程中探討界面活性劑濃度與模型移動速度以及表面張力梯度力的大小之關聯,和模型管徑與模型運動型態的關聯。

抓不住你的味~以本校五年級學生為例

這幾年疫情的關係,許多人在確診後味覺受到影響,深感到味覺的重要。但味覺不單是口中品嚐到的味道,而是與其他感知均有關聯。本實驗探討顏色是否會影響五年級學生運用視覺、聽覺、嗅覺、觸覺判定甜味?我們以日常生活中會看到的三原色、漸層色來調製糖水,再以無色糖水對照進行實驗,分析了解使用感知判定甜味,會使用哪些方法呢?我們邀請本校五年級的學生進行實驗,實驗後填寫問卷,共回收1277份問卷,內含有效問卷數1109份,進行問卷整理,並統計分析數據及製作圖表,希望藉此研究,讓我們更能了解各感官對甜味的關聯性,並且認識自己的味覺。

蚤必投光?水蚤趨光行為及其可塑性研究

本研究探討水蚤Daphnia pulex趨光行為的可塑性與各運動數值差異,藉自行開發的YOLOv8模型追蹤多隻水蚤的移動軌跡,並使用tracker軟體分析數據。證實了ByteTrack多目標追蹤演算法在生物研究中具有重要的應用價值,尤其適用於微小生物運動研究,為微觀尺度生物研究領域帶來了新的貢獻。研究顯示水蚤傾向趨光,水蚤日齡越大、光強度越強、光波長越長,和黑暗前置都會使水蚤在趨光測試中移動速度增快。遺傳和生長環境皆會影響到水蚤對光線刺激的行為反應,並發現水蚤在利他素或模擬掠食者的環境下,趨光偏好明顯轉變。趨光水蚤面對掠食者擁有更高逃脫率,並意外發現了水蚤禦敵時會行繞圈運動。此外,在水蚤基因體中發現多處與果蠅的rhodopsin蛋白高度相關的序列,值得未來進一步研究。

「磁」「明」無雙 — 磁性碘氧化鉍可見光光觸媒對淨水效率之研究

本研究成功以不同化學方法自製磁性奈米粒子,並利用水熱法(Solvothermal)合成可見光光觸媒碘氧化鉍(Bi4O5I2),再以不同比例複合出具磁性的光觸媒,藉由光降解結晶紫(Crystal Violet)染料實驗探討分解染料效率最佳之複合樣本,其最佳樣本為Bi4O5I2 -Fe3O4-90 %,反應速率常數達0.1118 h-1,並運用一系列儀器檢測其特性並探討其與光催化效率之關聯性。此外,針對觸媒在生活中的應用性探討,在生活不同水質、極端pH值或是高濃度之有機汙染物均仍保持良好的降解效率,並以Arduino開發板搭配各項組件模擬小型淨水場,以達到自動化降解有機汙染物。另外,利用自製紫外光照光裝置模擬捕捉CO2之光催化反應,並使用Arduino開發板之氣體偵測器確認生成化石燃料作為未來展望目標。

挺立-應用全身辨識輔助站姿調整即時回饋系列之研究

學生在生活中常常不知不覺地彎腰駝背,導致姿勢不良,造成肌肉以及骨骼受傷,通常在健康檢查照X光才有所發現,為時已晚。「挺立」系統設計的TM POSE在不同情況下平均準確度達80%以上;全身辨識部分準確度也達85%。此系統設定TM POSE當作第一層把關,若辨識後的信心度不足0.8,透過MQTT,啟動第二層全身辨識系統,最終的判讀結果透過語音朗讀的機制即時回饋給使用者,即時提醒身體何處「姿態不良」,可盡快調整站姿。「挺立」系統當作「不良姿態」檢測的把關先鋒,照顧所有師生,讓我們避免於脊椎病變引起的疾病,實屬不易。

探討電梯等待時間的期望值

本研究從電梯的運行方式,電梯的加速、等速、減速運動的時間、電梯開關門的時間,透過物理運動學的角度計算電梯等待時間的期望值。有別於一般從排隊理論的角度切入,本研究將電梯視為主體,以函數及微積分作為工具,分析電梯行駛路徑,以及乘客所需的等待時間。接著,研究者討論有一個外人同時要搭電梯的情況,將電梯運行的方式分類討論,以貼近現實生活。研究者希望透過本研究,能使乘客及管理者明白等待電梯所需的時間,進而作為是否增設電梯或限定樓層停靠的依據。應用本研究的結果,可分析百貨公司顧客等待電梯的時間,以提升顧客的購物體驗,或是在醫院中,分析急需使用電梯病患的等待時間,以增加可用的救援時間。

探討盤頭絨泡黏菌作為黏菌電線(Physarum wires)的特性

本研究探討盤頭絨泡黏菌作為黏菌電線的潛力,利用自製電流檢測裝置繪製伏安特性曲線,結果顯示黏菌電線的電壓與電流高度正相關(r=0.986,p<0.01),且受到連接寬度與溫度的影響,電阻與環境溫度呈中度正相關 (r=0.642, p<0.05),顯示其為非歐姆導體。我們利用4nm的鐵粉及Fe₃O₄餵食黏菌,並記錄黏菌取食後外觀顏色的變化,結果顯示取食後的電流量提高且電阻下降。 黏菌電線具有可變電阻特性可應用於特殊環境或生物感測器,本研究設計黏菌並聯及串聯裝置,且利用溫度與電阻的特性設計溫度感測裝置,成功以黏菌藉溫度來調控LED明亮,展現其在生物感測領域的應用潛力。

無線充電線圈形狀對線圈特性之探討

本實驗主要探討不同形狀線圈對線圈自感、互感、耦合係數等特性的影響。首先查詢線圈相關數學模型,之後設計出螺旋圓形線圈及螺旋方形線圈,再利用實驗數據求得線圈自感值、互感值、耦合係數值。量測自感時,發現螺旋圓形線圈的自感值較螺旋方形線圈高,透過多圈線圈自感互感組合解釋此原因。量測線圈互感值時,發現緊密重疊、無水平方向偏移時,螺旋圓形線圈互感值和耦合係數均較螺旋方形線圈高。但進行水平方向偏移後卻發現,螺旋圓形線圈的互感值和耦合係數下滑趨勢較螺旋方形線圈明顯。最後以必歐-沙伐定律的數值分析模擬偏移後的磁場,解釋此現象。