全國中小學科展

臺灣

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。

以自製光譜分析薑黃素含量與硼的螯合反應

本實驗利用自製光譜儀製作出薑黃素檢量線,並與UV-VIS的檢量線做比較,發現自製光譜可有效檢測薑黃素之最大吸收峰值,可檢測出市售含薑黃素產品中的薑黃素含量。另外也以自製光譜製作出了薑黃素與硼螯合反應之檢量線,發現薑黃素與硼的濃度越高,螯合程度越好,效果越佳;除此之外,利用自製光譜也探討了螯合反應之錯合物與水浴時間關係,發現文獻中所提及的水浴並不是必要的步驟,僅需蒸乾即可產生螯合物,但水浴時間越長,螯合物濃度越高,也發現螯合反應後不同放置時間的顏色變化,發現放置時間越久,則螯合物在目標波長的吸光度越低,應是螯合反應之中心原子脫落所致,並用自製光譜及薑黃素的螯合反應,檢測出市售蝦仁與鹼粽之含硼濃度。

「分」庭抗禮—礦石分配之研究

現在手中有許多礦石及k個袋子,我們認定「一套」礦石是將n個礦石分成k份的k堆礦石。每次取一套礦石,僅改變每堆礦石對應的袋子而不改變每堆的數量,將礦石放入對應的袋子中,這個操作稱為「放一套」。本研究先探討需放入的最少套數使得每個袋子中的礦石數一樣多,後段則討論可使礦石均分在袋子中的所有套數所形成之集合,亦結合部分圖論性質以完整證明。如果改變n,k及一套中的礦石分配方式,對於所需放入的套數有何影響?我從k=2、k=3慢慢試驗,搭配程式的輔助,進而快速找出需放最少套數的方法,及可達成均分套數與礦石分配的關聯。

形心與多個外接圓建構的幾何性質

2023年9月數學雜誌《Crux Mathematicorum》刊登有趣的三角形內心的幾何問題,我們先證明了原命題的長度性質,再創新刻劃出有趣的面積不變量。隨後將內心推廣到旁心、垂心與外心的建構,並且證明僅此四心的建構下才有長度與面積不變量。值得一提的是,除了前述的定量項目外,我們也發現四種建構下的三線共點之定性性質,同時刻劃四種建構的關聯性是漂亮的等角結構,這是本研究亮點。推廣到多邊形,我們發現本質的幾何結構為截線的角平分線性質(內心與旁心的結合),從而將此問題轉換成一般性問題,並給出了豐富的等長、等角、等面積之性質,以及連線多邊形恆為圓外切多邊形。

微小化氣相層析儀介電質空氣電漿偵測器

研究以自行研發之微小化電漿裝置,使用空氣作為主要背景氣體。電漿裝置內外電極的選用分別為不鏽鋼毛細管與銅線,並利用玻璃管作為裝置之介電質絕緣層,再以高壓產生器施加電壓至9.92 kV時,可於常壓環境產生穩定電漿。而後續探討電漿之UV光譜圖,與有機氣體通過時產生之變化,並利用FID與電漿裝置之層析圖比對,進而得出各樣品的滯留時間。本研究測試了空氣與氮氣兩種背景氣體,實驗裝置可達到1.5ng之偵測下限。研究進一步探究光觸媒與氣體之反應,發現可增強光強度訊號。電漿裝置具備微小化、價格低廉等特性,且可使用空氣作為載流氣體。

行人警示系統之開發與研究

台灣近年來,行人與汽機車的交通事故頻傳,我們開始思考是否可以開發出一套行人警示系統,來輔助駕駛了解前方路況,即時提醒駕駛需禮讓行人,同時告知後方來車前方路況,減少追撞事故。我們使用Yolov8進行斑馬線與行人辨識模型的訓練,Python程式執行模型進行物件偵測,Supervision進行區域內物件數量的統計。經由條件設定,判斷車輛前方是否有行人或是斑馬線,若車輛前方有行人,將於影像畫面中顯示警示標語,發出警示語音提醒車內駕駛,降低汽車與行人的事故發生機率,同時送出藍芽訊號使警示燈顯示動態警示燈號,提醒後方駕駛前方路況,降低前車因禮讓行人而被後車追撞的機會。我們已經成功開發出『行人警示系統』,並可成功上路使用。

康威圓定理在圓外切多邊形的推廣

本研究旨在探討圓外切多邊形中從每個頂點沿相交邊延伸特定距離所形成新端點的共圓性質,作為康威圓定理的一項推廣。研究同時考察了從圓外切多邊形的每個頂點處沿其相鄰邊及其反方向延伸特定距離形成的端點是否亦共圓。研究結果顯示,多組端點呈現共圓的現象。特別是在三角形的案例中,相較於邊數四或以上的多邊形,每組在共圓點的數量上多出兩個。進一步的探討揭示了三角形經過此操作後,三條公弦的延長線相交於一點,竟恰好是三角形的奈格爾點 (Nagel point),本研究對這一發現也進行了討論和論證。

貓鼠終極戰

在這次的研究中,我們在書上看到了一個問題,是一道有關於在棋盤上,貓和老鼠不能看到對方的問題。我們先研究這個題目中棋盤大小、貓和老鼠數量的規律,我們從1×1一路研究到了8×8,並且試著找出在不同棋盤大小的遊戲中,要有幾隻貓才能讓老鼠的平均數量接近2隻,之後我們將 題目設計成對戰的遊戲。 我們首先設計了一個棋盤大小是6×6的桌上型遊戲,並且修改過幾次規則。後來學習了程式設計,把遊戲改到電腦裡遊玩,我們使用scratch寫程式來製作遊戲,並且把原本6×6的棋盤擴大改成了8×8的棋盤。我們在試玩的過程中,又再次把一些不公平的遊戲規則修改了一下,最後我們和同學一起試玩遊戲,製作出了屬於我們的「貓鼠終極戰」。

有捨有得,平衡之道

本研究的結果如下:一、對於1xn方格表,快速排法為每格填0其可填1的個數最大值=0。對於mx1方格表,快速排法為每格填0其可填1的個數最大值=0 。 二、當m>1,n>1時,2xn方格表快速排法為一半方格填1,一半方格填2,如圖5-2-5在2xn方格表可填1的個數最大值=n,對於mx2方格表,快速排法可以將表格旋轉90度,再用2xn方格表的快速排法 即可達成,則mx2方格表可填1的個數最大值=m 。三、在探究原始問題4x5方格表填入最多1的方格數量方法上,推得最佳策略行數=(4n-2m)除以3此最佳策略行數可應用於:mxn方格表,m=3k+1,n=3t+2且3k+1<3t+2<2(3k+1) 。四、對於mxn(m不小於3且n不小於3)的方格表,分成六種類型,推導出可填入最多1的方格數量之快速排法與計數公式的六個定理。

「微」電救地球——篩選優勢菌製成新式微生物電池充入手機

本研究研發出「能用池塘等高氨氮廢水來發電的新式微生物電池行動循環系統,搭配程式進行智能監控」。為了達成減碳的能源目標,我們設計了一個新式小型微生物電池。利用塑膠針筒連接常見的中藥塑膠罐,配合石墨棒加以改良,中間使用質子交換膜當鹽橋。串聯第14個微生物電池,電壓可達到7.53V,配合USB降壓板模塊,將放出的電能順利充入手機及行動電源儲存。首先將學校池塘水中的菌加以篩選出適合高氨氮環境中生存之菌種當成陽極微生物,能將含氨氮廢水以及葡萄糖氧化,配合傳統的魚菜共生形成新式微生物電池行動裝置,不僅達到綠能環保,還能行動自如地移動到不同水域進行發電。最後結合Arduino Uno程式監控水質,利用Arduino Uno程式搭配TDS感應器及繼電器,可以監測魚池中TDS雜質並啟動馬達抽水循環,Python程式回報水質。 本研究可解決環境汙染與能源缺乏的問題,期望達成水資源循環利用、永續發展。