全國中小學科展

臺灣

探討特殊震動頻率下的倒立擺自主校正運動

本研究探討倒立擺在不同鉛直振動頻率下的擺動軌跡、擺動時間、擺動範圍及自主校正之情形。我們發現單一倒立擺是否能夠達成穩定自主校正主要受鉛直振動頻率影響,且隨著鉛直振動頻率增加,倒立擺擺動範圍會縮小。當倒立擺的長度增加時,擺達穩定所需之角頻率上升,相同頻率下的擺動範圍增加。接著再將不同長度的擺頭尾以螺絲相連組合,觀察雙擺之運動情形,我們發現在雙擺的情形下,下擺與上擺的長度會影響擺是否能穩定,在上下長度相同與下長上短時,擺在適當頻率下即可達成平衡,但在下短上長的狀況下,下擺及上擺長度則須達特定比例才可平衡。

自製幾丁聚醣化身紋身貼紙

研究生物材料的幾丁聚醣萃取及去乙醯化程度測量和製膜方法,並且製成自製幾丁聚醣紋身貼紙。以滴定法測量不同生物材料的去乙醯化程度,發現室溫下甘油加超音波再經檸檬酸萃取方法,胭脂蝦的去乙醯化程度最高81.7%。找到最環保萃取法:甘油處理後加蛋白酵素去除蛋白質,經20%檸檬酸浸泡及40%蔗糖萃取,能去除蝦殼中碳酸鈣,再以40%氫氧化鈉溶液100C加熱2小時,製成的自製幾丁聚醣去乙醯化程度88.2%和市售88%相近。以1g自製幾丁聚醣加4%醋酸40mL的成膜比例,經電解後加果膠,再浸於2%氫氧化鈉溶液後加天然色素,可得到具黏性、拉伸強度大、不產生澎潤、遇酸鹼溶液能變色且菌落數低13.67RLU的自製幾丁聚醣紋身貼紙,也可推廣至食品保鮮貼紙。

非對稱反摺溝槽陣列過熱表面之液滴自推性能及冷卻效率

工業中時常會運用噴霧冷卻(圖0.1),以液滴的潛熱變化冷卻高溫表面。因此為了提升高溫噴霧冷卻的效率,本研究基於過往文獻與(Hsu,2023)共同研究微奈米結構表面ARG上液滴的碰撞運動,並由實驗推論高溫表面蒸氣層和氣泡推力的作用。接著由單一液滴碰撞實驗推導實驗和理論受力模型並進行比較。最後進行單一液滴冷卻實驗並推論連續液滴冷卻實驗結果。本研究發現ARG表面的各運動特性均優於文獻,且利用液滴的受力更全面地了解液滴運動和冷卻效率的關係,更在最後驗證其冷卻效率優於對照組,並發想探討連續液滴冷卻的實驗方法,以更貼合工業上實際的噴霧冷卻。經過此研究,ARG表面能夠實際應用於工業上高溫表面的噴霧冷卻。

探討矮仙丹對紫外線的防護機制

比較校園常見紅花、粉花、黃花矮仙丹抗UV能力之差異。萃取花瓣的花青素,研究在不同濃度及pH值的環境下抗UV的能力,結果發現紅花的花青素含量大於粉花,在偏鹼環境中,會因結構改變而有較高抗UV能力。另外在照射UV後,紅花之花青素與類胡蘿蔔素均增加,使抗氧化力上升,傷害性指標丙二醛濃度先降後升。粉花利用抗氧化酶,超氧化物歧化酶上升、過氧化物酶短期顯著上升,用以清除活性氧,但長期濃度顯著下降,顯示細胞受到傷害。黃花不論在短期及長期照射下,均以類胡蘿蔔素做為主要的抗氧化方式。此外,隨著UV照射時間膜脂過氧化的現象越明顯,丙二醛濃度上升,觀察發現紅花、粉花下表皮的油粒體有數量增生的現象,黃花則數量下降。

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。

「蛙」佇家—利嘉林道的蛙類生態初探

為了瞭解莫氏樹蛙(Rhacophorus moltrechti)會比較常停棲在什麼植物上及不同蛙調方式(目視和聽音)其結果會有何差異,我們選擇臺東縣卑南鄉海拔約1,000 公尺的利嘉林道為研究樣區,並分析2022年至2024年間7次蛙調資料。研究結果顯示莫氏樹蛙會停棲在月桃葉和姑婆芋等10 種不同的植物上,其對停棲植物的喜好度並不明顯。此外,聽音記錄到蛙類鳴叫次數與蛙類隻數皆大於目視的數量,尤其在2022年和2024年的1月氣溫較低的冬季,聽音次數明顯大於目視次數。最後,根據研究結果和楊懿如(2024)在青蛙學堂的文章,臺灣的蛙類在冬季低溫時活動力會下降,甚至挖洞躲藏,所以我們建議林道的主管機關,盡量在冬天或氣溫較低期間、蛙類活動力較低之時,清理林道兩旁植物,以減少傷害蛙類及其棲地。

角格織網-探討角格矩形中對角封閉區的角格數變化

本研究目的為在相同的等腰直角三角形密鋪而成的矩形中,若從右上角頂點分別往左與往下移動數格,及左下角頂點分別往右與往上移動數格,再分別從左下往右上連接2條直線,並將這2條直線拓寬成一個封閉區域,則此對角封閉區域T會經過幾個三角格呢?先從左下角至右上角的對角線會經過的三角格開始觀察,發現經過的三角格數量與矩形長邊、矩形長、寬邊的最大公因數有關。接著將對角線有規律的拓寬成不同的封閉區域,並將經過的三角格用相異的顏色區分,用逆向思考的方式,把矩形中的三角格總數減去2直線經過的三角格數量,順利找出計算公式。最後我們也用相似的概念順利找出另一方向對角封閉區域H的計算公式,讓整個研究更為完整。

解構奧運會徽探討平面鑲嵌

觀察2020東京奧運會徽,發現圖形是由矩形組成,且矩形可經由三種元件(30°與150°的菱形、60°與120°的菱形、正方形)的各邊中點連線而成,本研究旨在利用這三種元件,探討平面鑲嵌。首先,找出利用元件拼貼一圈的組合個數,進一步向外擴增成正十二邊形,計算面積、對角線的長度,觀察旋轉之幾何變換,藉此得出拼貼成線對稱圖形時對稱軸上元件的擺放情形。接著,探討奧徽鑲嵌背景圖中不同大小正十二邊形的面積關係,並將線段變成曲線,推廣至拼貼成正n邊形的四邊形元件探討,得出如果n為偶數,則圖中的四邊形皆為菱形,且菱形的圈數為n/2-1,種類個數為⌈n/4-1/2⌉。最後,觀察類似奧徽之非平面鑲嵌頂點相接圖,改成用正方形貼接圖形,計算出邊長有1:√2的關係。

「咖」讚!「啡」典型環保水泥磚-水泥砂漿取代配比強度之探討

水泥是生活中不可或缺的原料,卻是碳排大戶,約佔全球7 %。另一大環境負擔是全球每年產出超過1600萬噸的咖啡渣。本次研究將利用碳化咖啡渣取代水泥砂漿中的砂石,並降低水泥使用量,找出黃金配比,製作出環保且具有相當強度的水泥磚,目的是能降低製造水泥磚時所產生的碳排。 從強度討論,設計【不同尺寸水泥磚的強度】、從原料中探討【碳化咖啡渣取代砂石比例】、【降低水泥使用量】,從實際運用上測試【水泥磚透水】、【水泥磚隔熱】、【摩擦力測試】。 實驗歸納,利用碳化咖啡渣取代20 %的砂石能維持一定強度,且降低水泥19.8 %的使用量仍有A級水泥地磚標準,黃金配比水泥磚,不但製作出高強度且輕量化的水泥磚更可以降低25 %的碳排放。

以校園望遠鏡觀測木星及其衛星的光譜

本研究利用校園2023年底晴天率高的冬季觀測木星及其衛星的光譜,累積的資料初步確認光譜觀測於藍端(可見光偏短波長端)的強度變化較紅端(可見光偏長波長端)明顯,因此,若能用紅端來做為星球之間的交互作用影響會比較適合。本作品也把木星及其衛星埃歐(Io)逐日進行比對,利用紅端較不受影響的前提下,得出在11月3日時木星衝觀測當日光譜藍端有較佳的吻合,推測除了仰角與大氣影響,太陽光反射的角度也會對觀測結果有所影響。最後,本研究由埃歐(Io)光譜的進階光譜分析可以得知,不同日期的響應曲線會有些微的變化,推測可能是火山噴發的作用影響。