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臺灣

以三角形各邊生成共頂點正多邊形圖形性質之研究

本研究源於競賽之幾何問題,將其動態化與一般化得到三角形各邊同向生成正多邊形頂點與頂點連線特定的圖形不變性。本研究證明出: 一、兩外延正n邊形與框架正n邊形同相對位置的頂點(分別為Bi、Ci、Ai),與三角形可動頂點K 恆形成平行四邊形BiAiCiK,此為形成不變性之關鍵。 二、當三角形可動頂點之角度為定值θ,則框架角分別為180+180/n-θ及180-180/n-θ度。 三、三角形可動頂點K移動過程中,兩外延正多邊形中以K為起點分別依順時鐘與逆時鐘依序對應之頂點會形成(n-1)組的以底邊中垂線為對稱軸之軌跡,並與K點軌跡形狀相同、大小分別為框架正n邊形第i-3或i-4對角線長度倍數的圖形(若i-3、i-4≦0,則為1倍)。

萬花三角玩花樣

先設定△作為外圖形,在其內作內△。利用內△等分點做塞瓦線,透過相鄰內△塞瓦線交點及其頂點探討產生之不同圓錐曲線圖形的關係,並做相關推論及證明。之後,改變外圖形邊數,利用外圖形相鄰邊夾角與內△的關係研究出「萬花三角芒星」規則,並藉由製作多邊形的圓錐曲線,並在確認外圖形邊數及內角角度的條件下直接推出對應圓錐曲線關係。

陽光照射造成皮膚溫熱感覺的神經活化機轉

陽光晒到皮膚,人體感覺到刺痛來避免過強紫外線。但為何感覺到刺痛呢?過去對光的生體受器著重於眼睛錐及桿狀細胞(Opsin 1/2),但它們在背根神經元 (DRG,神經末端主體細胞)的表現並不多。TRP channels表現在皮膚及神經。TRPV1是痛覺受器,引起鈣離子通透,Dr. Julius因它得到2021諾貝爾獎。TRPV1/A1受溫度、酸度等活化,但DRG的TRPV1/A1,是否會因紫外線(UVB)照射而影響,並導致鈣通透並不了解。我以不同強度UVB照射人類角質細胞或大鼠DRG,以螢光顯微鏡及流氏細胞儀測量TRP蛋白質表現,以實時影像來作動態鈣離子分析。結果顯示UVB增加DRG的TPRA1/V1表現。且UVB顯著增加角質細胞的TRPA1/V1表現,有劑量相關效後,惟UVB照射對鈣通透影響不大。結論是,UVB照射增加角質細胞及DRG的TRPA1/V1表現,可能與光照引起之麻痛有關。

「塑」戰「塑」決────Aspergillus屬分解塑膠能力測試

本研究選用Aspergillus tubingensis、Aspergillus oryzae、Aspergillus japonicus 三種真菌作為研究對象,將實驗分為兩個部分,一為三種真菌是否能降解PU、PE、PLA三種塑膠,結果發現Aspergillus tubingensis在黑暗中皆能降解塑膠而效果為PU、PE>PLA,Aspergillus oryzae 與Aspergillus japonicus則有降解PU與PLA之能力。二為探討Aspergillus tubingensis在不同色光及不同pH值下降解塑膠的效果,結果發現Aspergillus tubingensis 在相同色光不同瓦數情況下,降解PLA的能力為3W>1W,降解PU則是1W>3W;相同瓦數的情況,降解PU能力為白光>紅光>藍光,降解PLA能力為紅光>白光>藍光;在pH=4及pH=9環境中皆無明顯降解塑膠之能力。

Knights Swap—無標號樹之探討

這是延伸自我們在中華民國第60屆中小學科學展覽會提交Crazy Knights作品,相對於前次已完成的環圖分析,我們認為非環圖尚有擴充發展的可能。 本研究從已知的騎士交換節點非環圖構思,試圖自創工具以產出無標號樹,進一步將無標號樹賦予生成編碼編碼權值後解析規律並驗證之。本研究創發之G(S↔P)E生成圖工具能夠擷出無標號樹、二階段編碼系統能解決圖同構問題並進一步得到權重於解析樹形,得到直線、花形、T形與多分支樹及其通式,依此探討樹圖訊息交換之規律。

線蟲土壤食物網監測模式建立與功能性調節

將線蟲世代短、生物量大、分布廣泛以及多樣化的功能等優勢,用於監測並調節土壤服務與食物網功能。其中拭鏡紙搭配柏門式漏斗分離土壤線蟲的效果最佳,並建立新型線蟲土壤食物網監測模式,改善過去無法觀察土壤食物網組成問題。藉由文獻數據分析與自行採樣結果,發現線蟲功能群因土壤肥力或擾動改變,且c-p1與c-p2功能群線蟲的占比間高度負相關(-0.6>R>-1),可深入探討各功能群間的交互作用,但成熟指數過高(MI=3.17)可能影響新模式分析。此外,初步探討將線蟲接種至土壤中,調節土壤養分與土壤食物網組成,期待未來能夠透過更長時間實驗觀察,提升線蟲對各種土壤食物網最佳的功能性調節模式,為土壤的永續發展做出更具體的貢獻。

我的交通安全好幫手-物聯網智慧太陽能背戴裝置

我們發現一些交通問題:車輛可能撞傷行人、不明人士可能跟蹤學童、有危險時不知如何盡速求救、天氣狀況影響交通安全、家長擔心學童是否平安到校。討論後嘗試用課程中學到的物聯網知識,提出解決問題的方法。想到將超音波感測器、Micro:bit、 KSB039擴展板裝在書包上,變成一個物聯網的智慧裝置。超音波感測器偵測到有人車靠近時,ws2812燈條會發光,擴展板上的蜂鳴器會發出聲音,提醒他人和自己要小心。書包上的LCD1602液晶顯示器,能顯示距離和溼度、風速、空氣品質資訊,裝置使用環保太陽能供電系統。還做了戴在手腕上的藍牙穿戴裝置,不小心跌倒時可以發出警示的聲光效果。加上個人的樂讀卡,結合Scratch的RFID跟LINE通訊技術,讓家長與老師知道學童是否準時上下學。

膜音傳腦—金屬球彈跳聲

我們使用橡膠氣球膜套在塑膠杯口製作鼓,大小不同的金屬球充當鼓槌來進行實驗,記錄聲音以Audacity、Python-FFT及Python-STFT等軟體及分析演算法處理,探究聲音的組成頻率、振動模式及影響聲音頻率、強度的變因。成功找到金屬球撞擊橡膠膜聲音的基頻及振動模式組成。我們發現:金屬球落點愈接近中央,基頻強度愈強;遠離中央,則能引發較高頻率的震動模式。金屬球直徑和基頻強度雖無明顯相關,在基頻和(1,1) mode之間卻可看到一明顯波形,且此波形強度隨著金屬球直徑增加而增加;中等尺寸的金屬球撞擊膜中央特別能引發以落點為腹點的震動模式。此外,落下高度愈大,則基頻強度愈大;而落下高度增加並不會引發較高頻率的震動模式。

魔戒三部曲~以物理模型和tracker分析翻轉落體的運動模式

鏈與環魔術簡稱為魔戒,本研究將魔術tricks藉物理模型與tracker軟體分析,化成探討翻轉落體運動物理模式。發展四種物理模型進行實驗、攝影與截圖、tracker分析其S-t、v-t圖和相關物理量,解釋環套鏈成因。包括:1.環套鏈物理模式分為翻面落體期、立環直落期、翻鏈套環期與鏈環彈跳期等階段;2.翻鏈套環期決定環能否套入鏈;3.環套入鏈變因與影響程度為:鏈單位長度重量>環質量>鏈長度>環直徑;4.鏈愈輕、環愈重、環直徑愈大時,環可套入鏈長範圍愈大;5.鏈愈長,第二階段立環直落期時間也愈長,其他階段幾乎相同;6.環重遠大於鏈重時,鏈長會糾纏成多個套結,鏈短則形成半個套結;7.經鐵環兩點雙track過程,得知環翻轉運動軌跡。亦發現,一節節鏈設計亦為環能套入鏈成因之一。

變幻莫測

「莫比烏斯環」是由德國數學家莫比烏斯和約翰•李斯丁在1858年發現的。將一般的紙環剪斷後,將其中一邊翻轉一次(翻轉180度)再黏合,會形成一種單面單邊體。本研究將從莫比烏斯環的結構及特性出發,並測試不同翻轉次數,以及不同的裁切方式所產生的影響。最後嘗試找出翻轉及裁切兩種變因不同時的規律,進一步推論出在其他翻轉次數或是裁切方式所產生的結果。