全國中小學科展

臺灣

莖聲尖叫–探討被子植物在受到傷害時的超聲波差異

本研究在了解不同植物受傷時是否會發出超聲波,及超聲波頻率是否會有差異,我們將被子植物莖切斷後,使用自製超聲波感測器接收植物在受到傷害後發出的超聲波數據進行分析。實驗結果發現,植物在受到切斷這類的物理傷害時,會間斷地發出60分貝以上的超聲波。單雙子葉植物不同的維管束排列,並不影響植物發聲的狀況,而是跟植物種類的個體構造差異有關,維管束的數量越多,發出超聲波的次數也越多;維管束面積比例越高、發出的超聲波頻率也越高。最後我們推論植物超聲波的產生,主要是維管束切斷時導致水分運輸速度不同而產生的水錘效應,及木質部斷面水分蒸發產生的空氣柱有關。這樣的超聲波可能對周圍的植物產生警示並進而調節生理機制。

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。

指有土色-以土壤製作色粉之研究

本研究利用處處可見的土壤進行色粉的研究,在採集5處土壤樣本中,不同區域的土壤均具有獨特的特性。大肚山土壤的黏性較高,含有較大比例的細顆粒黏土,製作出來的色粉也較重;相對地,溪河砂土製作的色粉較輕,這可能是因為較粗的沙子成分居多。在土質分類上,高美土和大肚山土屬於黏土含量較高的埴土,菜園土和阿嬤田土則是黏土含量次之的埴壤土,而溪土和溪沙則是粘土含量較低的壤土和砂土。通過一系列的製作流程,我們能夠從原土中提取出細緻的礦物色粉,這些礦物色粉不僅能用於水彩畫顏料,還能與鹿膠等材料混合製作成膠彩畫顏料。最後 ,我們將自製的礦物色粉製作出 環我大地指甲油」 ,除了增添趣味外,也是對自然資源的一種永續利用。

蟲蟲不危機-廚餘好幫手黑水虻發熱的探討

本研究利用黑水虻分解食物產生熱量的特性,對黑水虻進一步的探討。蟲卵的顏色為淡黃色,以麥麩為底將卵放在上面,在光線黑暗的地方,室溫下約2~5天孵化。幼蟲對環境溫度、光線及濕度 會有影響。幼蟲食量非常驚人,廚餘可以有效的被分解,但研究中發現幼蟲對水果皮、生空心菜、發霉麵包最上層、有些整顆水果(例如:蘋果、柑橘、柳丁等)沒有切開皆不吃。觀察黑水虻進食時溫度變化情形,發現食用澱粉類食物,飼料換肉率高達4.67,最低是水果類(芭樂)飼料換肉率2.29,進食時4到10小時會產生溫度高達41度,水果類(蘋果)放出熱量達380卡,蛋白質類放出熱量達1080卡。將其排泄物種植小白菜,生長較茂盛。

冷暖視知-熱致變色材料製備及應用

本研究旨在探討熱致變色材料製程及變色特性並自製試合的測量儀器,以發展出防燙產品。本研究成功改良了 四氯銅雙二乙基銨鹽([(𝐶𝐻3𝐶𝐻2)2𝑁𝐻2]2𝐶𝑢𝐶𝑙4)製程,並發現四氯銅雙二乙基銨鹽([(𝐶𝐻3𝐶𝐻2)2𝑁𝐻2]2𝐶𝑢𝐶𝑙4)是一種不連續熱致變色材料,在45.0℃時由於幾何構型改變會由亮綠色低溫轉為深棕色(高溫),可應用於各式防燙傷產品如廚房用品、防火門、馬克杯、藝術品等,但本研究亦發現此化合物極易與水結合影響變色特性,經熱重分析(TGA)判斷需加熱至80℃時才有辦法去除結晶水,因此本研究將此銨鹽除水後製成PVA薄膜、防水塗料以維持其變色的穩定性。同時本研究亦將四氯銅雙二乙基銨鹽中的銨鹽置換成其他種類,利用加熱時其幾何構型改變,以得到不同變色性質之銨鹽。

神乎其鏡~水晶寶寶手機顯微鏡探究

手機已成為現代人不可或缺的科技產品之一,本研究主旨在讓所有中小學的師生能夠在不必進入實驗室的情況下,隨手擁有屬於自己的顯微鏡落實科學教育。從凸透鏡的光學原理開始逐步深入探討,拆卸雷射筆、自行燒製玻璃透鏡,最後使用聚丙烯酸鈉(水晶寶寶)圓珠做為鏡頭,並且深入研究水晶寶寶的含水量、耐壓程度與透光度,然而利用手機顯微鏡拍攝時最大的困擾是手部震動,為解決此問題我們搭配自製觀測台,通過不斷的測試、改進和調整,研發出了電子液壓式觀測台。此外我們還利用偏光片的折射原理,自製了與傳統不同的光圈調節裝置,最終我們結合了3D列印和雷射切割技術,成功研發出構造簡單、價格便宜、攜帶方便且易於操作的手機顯微鏡組。

外來入侵種植萃物對果蠅忌避效果之探討

萃取四種常見且具有驅蟲效果的外來入侵種植物:馬纓丹、紫花藿香薊、大花咸豐草以及小花蔓澤蘭,配合果蠅喜愛的果物—香蕉,模擬家中果蠅受果香吸引的環境,初步了解這四種常見的外來入侵種驅趕果蠅的能力。接著利用氣相層析質譜儀的分析中,我們發現紫花藿香薊與小花蔓澤蘭具有氣味分子─2-Hexenal;再利用ATR-FTIR分析出馬纓丹與大花咸豐草具烷類與醛類的訊號;最後利用果蠅迷宮實驗發現果蠅會避免前往放置紫花藿香薊與小花蔓澤蘭的區域,用以說明紫花藿香薊與小花蔓澤蘭對果蠅具有一定的忌避效果。期待找到外來入侵種利於人類生活的用途,達到外來入侵種的危害防制,更期待可以開發出外來入侵種植物的經濟價值。

新幾內亞雙眼闊地渦蟲入侵等級的研判

Platydemus manokwari是世界百大入侵種,近十年在臺灣才有發現紀錄,已廣布全台。我們依據文獻描述的外觀及粒線體DNA鑑定確立學名,並將其命名為新幾內亞雙眼闊地渦蟲(簡稱闊地渦蟲)。在捕捉陷阱的設計,以模擬棲地環境方式較有效果。在已入侵無脊椎動物處理順序表格評估,發現其具較高的優先處理順序。且闊地渦蟲對蝸牛具廣食性,為非食腐型動物,以氣味追蹤獵物。闊地渦蟲對臺灣的原生生物和環境有頗大影響,建議相關單位應注意其帶來的隱憂和風險,進行移除和監測,避免其傷害。此外,在研究尾聲發現Dolichoplana striata,目前命名為條紋雙眼纖長地渦蟲,可能是新外來入侵種,值得深入研究。

植物萃取配置乳液之抗氧化、保濕及抗UV成效探討

本次實驗中,我們嘗試從生活常見的食物,如:紅豆、青花菜等十種素材中萃取熱穩定性成份,並製作出含抗氧化、抗UV及保濕效果的乳液。研究結果指出在單一素材的比較中,紅豆具備最佳的抗氧化能力,而黃甜椒則具備最佳的抗UV能力和保濕效果。接續我們選用這兩項素材調配比例並測得抗氧化能力及抗UV能力,其結果最佳比例為紅豆比黃甜椒3:7,保濕效果最佳則為7:3 而 3:7則次之。綜合上述的比較判斷,發現紅豆與黃甜椒比例為3:7時具備最佳的綜合表現,後續期望一般民眾可以在家自製天然環保的乳液,並且兼具抗氧化、抗UV和保濕能力。

嚴以「綠」己、未來「無線」! 無線充電技術運用於未來綠能停車場之應用

我們研究的是如何實現未來電動車需求的綠能充電停車場的可行性探究,旨在改變電動車充電方式並結合綠色能源。經實驗量測結果得知,無線充電裝置在感應電勢較強的情況下可直接透過調整線圈的感應距離獲取所需的電壓,因此未來可應用在不同電動車的充電,為不同電壓需求的電動車提供所需電能。另外,在穩定供應電力需求方面,我們藉由並聯多片太陽能電池板增加發電量,並搭配良好的儲能蓄電裝置可提昇太陽綠能的供電效益,可以更穩定的提供給多台電動車同時進行充電。實驗也發現,透過偵測模組感應線圈上的電流變化可同時感知停車格使用數量。因此,我們的研究作為將來結合綠色能源與電動車無線充電技術設計的未來綠能停車場有顯著地證明得以實現。