全國中小學科展

臺灣

魔法懸浮-若隱若「線」

張拉整體結構是透過繩索等提供張力,讓堅固的結構在看似無支撐的狀態下維持懸浮與平衡,實驗中透過在尼龍繩上裝設彈簧,觀察平衡時張力大小,以及外力或移動中心支撐繩位置對於平衡和張力的影響,並嘗試將中心繩換成電磁吸盤,觀察維持平衡所需的電壓範圍。由實驗結果得知:1.平衡時每條繩子的張力大小,會受到結構重量以及質心位置影響;2.從側邊額外施力時結構會傾斜,以曲柄所在的側邊施力影響最小,平衡最穩定;3.移動中心繩會使支點改變,使中心繩靠近的繩子張力變大,整體結構傾斜;4.以電磁吸盤當中心繩時,提供足夠電壓(6V以上)可維持平衡;以上實驗結果可以做為張拉結構的繩索材質、結構設計以及可承受外力的參考。

鳥媽媽的巧思

鳥巢裡有n隻小喜鵲與1隻小斑鳩。小喜鵲分別編號1~n,小斑鳩編號0,這n+1隻小鳥圍成一圈,等待喜鵲媽媽的餵食。喜鵲媽媽餵食過程會遵守以下規則:當餵食完編號X的小鳥後,會順時針往下X個位置餵食下一隻,而餵食過程中若餵到小斑鳩,小斑鳩會將食物吃光。 本研究除了找出原題的三個答案外,並探討以下五個問題。 一、1隻小斑鳩和n隻小喜鵲按照0、1、2、3……順時針圍成一圈時,從哪一隻開始餵食,會讓最多的小喜鵲吃到食物? 二、承一,吃最多份食物的小喜鵲,吃了幾份食物? 三、重新安排小喜鵲的位置,使得每隻小喜鵲都能吃到食物。 四、承三,將小斑鳩的數量增加到m隻。 五、將研究結果運用於--值日生的安排、小組報告的順序……。

多工奈米複合材料合成與其協同治療應用

本研究結合奈米合成技術及生物醫學應用,以牛血清蛋白(BSA)為載體,裝載具化學動力療法的金屬氧化物(CuFe2O4, CFO)及具光治療功能的光敏劑(IR780),製備CFO@BSA-IR780多功能奈米複合材料。 材料鑑定方面由TEM、DLS與UV-Vis等儀器進行組成及光學性質分析。特性方面,CuFe2O4在腫瘤環境由芬頓反應,促使H2O2產生活性極高的氫氧自由基(•OH)。並且IR780在近紅外光照射下同時具光熱與光動力治療特性,可殺死癌細胞。同時CuFe2O4中的Fe3+ 和Cu2+ 進行氧化還原將腫瘤部位的穀胱甘肽(GSH)轉化成氧化型穀胱甘肽,強化化學動力療法及光動力治療效果。 最後,本研究將CFO@BSA-IR780奈米材料實際運用於细胞毒性測試與細胞螢光顯影,確認其效果及低毒性。成功發展出同時具備化學動力療法、光動力治療、光熱治療及細胞螢光顯影之多功能奈米複合材料,期許在醫學治療提供一項新興藥物材料。

摺疊管的研究

我們將三浦摺疊運用在紙管上,發現能摺出「單位管」的條件為:8個全等平行四邊形(內角不為90度)相拼成V字形;邊長為1、內角為60度的平行四邊形拼成單位管,我們求出其最大體積約為1.5;而改變平行四邊形邊長與角度之間的關係,當單位管側面沿摺痕壓平摺疊後,能摺出3種不同樣貌。將N個相同的單位管洞連接起來,形成「N-單位管」2個相同的N-單位管共有4種拼組方式,拼組後能正面與側面壓平摺疊;我們用數個N-單位管相拼,發現能做出負重點朝上和洞朝上的負重結構,分別最少需用4個2-單位管垂直相拼和8個N-單位管水平相拼;若數個N-單位管拼組後只能側面壓平摺疊,則只需3個N-單位管水平相拼,就能做出洞朝上的負重結構。

2012-2022年桃園6-8月平地與山區熱對流降雨之異常探討

本研究利用中央氣象局觀測資料查詢系統中的2012-2022年6-8月雨量及逐日平均溫度資料,將桃園市的12個氣象測站數據輸入excel中,做成長條圖或趨勢圖並解讀。發現根據十年來每年6到8月的平均逐日溫度分布情形,都市熱島效應可能發生於桃園測站附近,可能及於中壢及八德。逐日平均溫度上升趨勢以龍潭測站最高。A型午後熱對流降雨雨量上升趨勢以中壢測站最高。山區的熱對流降雨雨量與逐日平均溫度上升趨勢,與平地或海邊測站相比都有不及的情況,推測造成平地與山區熱對流降雨降雨量的異常變化有可能與都市熱島效應有關。

旋轉奧秘-吸管抽水之原理探討

這項研究針三角形狀吸管製成的簡易水泵進行探討。通過將三角形吸管浸入水中並繞垂直軸旋轉,水可以通過吸管流出。研究的目的是瞭解幾何形狀和其他相關參數對體積流率的影響。在理論模型中建構以旋轉座標系描述流體相對運動的方法。且考慮了外部力矩對控制體積的總和以及通過控制表面的角動量流動速率。在實驗中先以紅外線探測器連接至Arduino找出不同幾何條件產生抽水現象之邊界條件。再以可記錄數據之電子天平量測質量對時間關係,以得出不同幾何情形之體積流率。再以水滴之拋射距離得出最終速度,其中最終速度是指水流出吸管時的速度,以探討相關變因對其影響。數據分析中以Visual Studio Code和Python繪出擬合線與理論線進行比對,得出推導理論與實驗是相符合的。

AIOT智能防護陪伴杖

隨著醫療的進步,已開發國家快速高齡化問題日益被重視,根據聯合國研究人口統計,2019 年全球平均壽命為 72.8 歲,逐年增高中,內政部統計國人 2021 年的平均壽命為 80.86歲,與聯合國公布2019年全球平均壽命比較,我國男、女性平均壽命分別高於全球平均水準 7.5 歲及 9.3 歲,2022 年 6 月底全國六十五歲以上的高齡者人口數為 3,983,640 人,占17.18%,由此可見,未來高齡者的社會人口比例越來越高,食、衣、住、行、育、樂等相關產業發展會是極為重要的一環,伴隨著人口老化趨勢,老人照護相關產業備受重視,而因為近期家裡長輩發生跌倒事故,讓我們注意到高齡者伴隨行動不便的問題,希望能藉由本次作品研究的內容,協助事故發生後相關後續處理問題,降低行動不便者因跌倒受傷的嚴重性。

雙「風」對決,勢「伴」功倍—探討季風對颱風風場之影響與模擬

為探討季風對颱風風場之影響,本研究選取自2013至2023年間279個颱風,分析與季風互動後的七級風範圍及氣流輻合情形,並設計實驗模擬。我們發現,約84%的颱風受季風影響,常使風場不對稱,本研究以螺旋形取代傳統的正圓描述颱風風場,發現東北季風共伴時,風場北大南小、西大東小,為6字等角螺線形,輻合帶類似鋒面結構且多在北側;西南季風共伴時,風場南大北小、東大西小,為9字等角螺線形,輻合帶多在西南側;雙側季風共伴則都有影響;而無共伴時,風場呈橢圓形且無明顯輻合帶。本研究以水流場實驗模擬單、雙側季風共伴輻合帶,並分析實際颱風案例之氣流進入角,以氣流場裝置模擬颱風受季風影響的風速與風向場不對稱性,其結果與實際情形吻合。

檢測奇招-從愛玉出發

本研究是以機械取代手工製作愛玉凍,以及開發自製食品質構儀的過程。起因於想製作衛生的愛玉凍改以機械製作並維持流程不沾手。為了比較愛玉品質研發自製檢驗食品質構儀。利用不同的攪拌刀具和機械方法製作愛玉,並與手工製作的愛玉品質進行比較。結果是調理機搭配鈦網刀頭,只需2分鐘,即可做成優良的愛玉。整體 流程快速衛生品質與手工愛玉不相上下自製質構儀經過改良,並與市售電子式質構儀比較驗證。在檢測同樣的愛玉時結果口感 數據接近、整體趨勢相符,具有相當的可信度。最後再以質構儀檢測其他性質的市售食品,同樣可以測得物理特性並分析出口感!證明它可以廣泛運用在其他食品上,完成新型手動質構儀開發。

磁鐵物理擺阻尼振盪之探究與應用

當以磁鐵做為擺錘的物理擺,並讓它在金屬面附近作週期振盪,經由實驗量測與理論擬合分析發現,本裝置會因電磁感應而在金屬面上產生渦電流,並對擺產生阻尼作用,其渦電流阻尼力是空氣阻尼力的18.4倍,進而使物理擺較快停止。進一步研究,發現渦電流阻尼作用力大小亦與金屬片材質、厚度、擺與金屬距離、磁鐵強度等因子相關,再者,因金屬的集膚效應,渦電流大小在金屬內的分布會隨著深度而呈現指數衰減;且此大小會受到金屬層間隙或是金屬面的不完整而進一步劣化。最後針對「減震」研究,經由磁鐵物理擺產生的總阻尼力以消除物體的振動能量增益達112%,較同質量的物理擺增益亦達25%,可實現較輕質量塊的物理擺式阻尼器在建築物防震領域上的有效應用。