全國中小學科展

臺灣

探討過氧化氫回收銅的可行性

一般用硝酸溶解銅時會產生有毒氣體(NO、NO2),本研究利用過氧化氫水溶液在適當的酸性條件下溶解銅,具有更環保、更有效率的特性,符合綠色化學的趨勢。研究中採用的酸有醋酸、檸檬酸、酒石酸、硫酸;鹼則有氫氧化鉀、氨水與二乙烯三胺。最後發現以過氧化氫配合硫酸的效果比同濃度的硝酸更好,可以有效的溶解銅金屬。

探討輪胎的摩擦係數與各物理量間的交互關係

本研究旨在探討單車輪胎摩擦係數與各物理量之間的交互關係。由於摩擦係數的公式在多年以來備受許多質疑,我們決定透過實驗深入探討影響摩擦係數的各種物理量(如:接觸面積、正向力…等)是否有實質關聯。研究方法採用實徵研究進行試驗,調整輪胎胎壓並測量各狀態下的摩擦力、正向力和接觸面積,對不同胎壓下的摩擦力變化量與胎溫上升量進行比較,藉此驗證摩擦係數與胎壓、接觸面積間的非線性關係,找出單車輪胎的摩擦圓(friction circle),並將實驗值與理論值進行一系列的比對。研究結果發現:隨著胎壓增加,輪胎的接觸面積減小,摩擦力會隨之減少,輪胎升溫量也著減少。此外,透過數值模擬和自製轉動儀器實驗分析並比較側向、切向摩擦力與摩擦係數的各項關聯性。總的來說,做好適當胎壓的調整對行駛的穩定和安全性具有直接影響,據此提供更多生活應用的良方。

製備藻類衍生物碳點與 Mxene複合材料並應用高效超級電容

本研究運用綠藻、螺旋藻、卡拉膠(k,i,λ)進行製備碳點並應用高效超級電容。本實驗已完成綠藻、螺旋藻、卡拉膠( k,i,λ)在不同的pH值中的溶解度測試,並找出綠藻、螺旋藻、卡拉膠(k,i,λ)各自適合溶解的溫度及溶液。此外,中途也已透過文獻中的實驗證實我們實驗中所運用的電化學實驗設計及裝置可以成功製備出碳點。而在電化學製備碳點的部分目前完成單獨藻類、藻類加histidne的電擊實驗以及測其吸收光譜,也運用先前製備出較穩定的碳點加入MXene進行電化學分析,透過碳點擴大MXene分層,以達到增加MXene電化學效能的效果。最後,預計之後將進行更多的電化學分析,進一步地確認碳點結合MXene能在超級電容的應用。

探討農業灌溉用水與土壤的塑膠微粒情形

本研究以石頭溪圳灌溉水為例,探討塑膠微粒進入農田的途徑及對作物生長的影響。透過尼羅紅法檢驗,並比較不同灌溉水源的污染情形。結果發現石頭溪圳下游人口密度高,塑膠微粒暴增;塑膠微粒於枯水期濃度高於豐水期,推測因雨水稀釋效應;在不同灌溉用水中,以滲透水、地下水經岩壁過濾最乾淨,山上溪水亦受民生污水影響,再生水經濕地淨化後污染仍高。中下游農田土壤的塑膠微粒濃度最高,可能污染來源包括灌溉水、農業地膜及大氣沉降。塑膠微粒降低土壤排水性,損害A菜根系健康,影響農作物的生長。本研究開發農業水圳塑膠微粒清除機,清除率達99%。建議加強污水接管,並於石頭溪圳下游設置清除機,以改善灌溉水質,保護農作物及農業生產環境。

影響天燈升空的因素探討

天燈伴隨火源升空象徵人們祈福與祝願,為臺灣重要文化傳承。升空過程,種種因素造成天燈失穩墜落,而燃燒未盡可能引發火災。過去研究多著重於熱源、造型及風阻等影響,卻忽略實地環境風場影響。我們於現地實驗測量天燈升力,後續建立浮力模型、簡易風洞測試和商家訪談驗證。結果發現:天燈飛行的搖擺與熱氣洩漏是影響上升的主要因素,其中側向風速為搖擺主因,地面風場變化更是關鍵。針對分析結果,建議縮小底部開口至原三分之一,可降低56%熱氣流失。另建議設置地面風速監測及管制施放燈號,確保順利飛行至高空。提出「大天燈共乘」構想,提供雙倍書寫空間,耗能僅增約1.37倍,減少回收負擔。成果可作為天燈施放安全與環保政策之參考。

搶救紅色危機--胭脂樹籽Annatto紅木素色素應用之探究

本研究探討胭脂樹籽(婀娜多色素)的特性及其應用,並分析其在不同環境中的行為。結果顯示,人工紅色色素如紅色40號與蘇丹紅顏色鮮豔且穩定,但可能對健康有害;相較之下,天然色素較安全,但易受氧化、光照與溫度影響,穩定性較低,保存期較短。實驗發現,胭脂樹籽色素在60-80°C顯色最佳,高於100°C則顏色變淺;其在酸鹼性溶液中隨pH值變化而改變顏色,最適環境為中性至弱鹼性。光譜分析證實其具橙紅色特徵,適用於食品、化妝品及纖維染色,並兼具環保與無毒優勢。綜合而言,婀娜多色素在天然染料應用上潛力廣泛,能提供穩定且安全的色澤效果。

飛砂走石-探討石英砂在不同條件下可承受的最大重量

本研究探討砂子在不同條件下分別可承受的最大重量。經過簡單試驗後,就材料取得的合法性、便利性、穩定性等考量,我們選擇用市售不同粗細的石英砂(細砂9V、中砂5V及粗砂2V)作為實驗的材料。在實驗中,我們用不同粗細的石英砂,加入不同水量,均勻混合並分別定型後,經由自製裝置固定後在砂子上逐漸增加所施加的重量,探討砂子至崩塌前所能承受的最大重量。藉由實驗我們觀察不同粒徑的砂子在加入不同水量下可承受最大重量的變化,分析這些因素對於砂柱可承受最大重量的影響。此外,我們利用熱風乾燥法,證實砂柱在水分含量降低下,會破壞結構穩定性,導致砂柱的承重力降低。最後用自製設備利用重量法來探討液體表面張力對於砂粒的結構之影響。

排灣族吉那富(cinavu)包葉與漢人粽葉的特性探究

本研究比較排灣族傳統食物「吉拿富」(cinavu)所用的假酸漿葉、克蘭樹葉及月桃葉與漢人包粽使用的竹葉、竹籜等五種葉子的特性,並以料理紙作為對照組。我們將五種葉子進行葉子的構造觀察、承重實驗、保溫實驗,另外針對假酸漿葉與克蘭樹葉這兩種葉子進行抗氧化實驗與乳酸菌培養實驗。 承重實驗顯示料理紙、竹葉及竹籜能承受超過2500克的重量;保溫實驗顯示月桃葉在最終溫度是所有樣品中最高者。 值得注意的是,在抗氧化實驗中發現在100mg/ml濃度下對自由基的清除率,維生素C是92.1%,克蘭樹葉是126.2%;維生素C是88.1%,假酸漿葉是124.3%,這兩種葉子的抗氧化力都遠高於維生素C;乳酸菌培養則發現克蘭樹葉有促進乳酸菌生長的效果,這兩個結果是本次研究的重要新發現。

安西教練 - 教你投空心

本研究結合程式設計與運動科學,開發以Python為核心的投籃訓練輔助系統,用科學方法分析籃球投籃曲線數據,建立具回饋的訓練工具,幫助學生個人化訓練與提升表現。 研究採OpenCV電腦視覺技術追蹤籃球飛行軌跡,透過背景相減法,成功記錄了102顆 空心球的投籃軌跡座標,得到出手角度(平均49.35°)、入框角度(平均41.57°)及拋物線最高點(平均3.51公尺)等關鍵數據,並借助ChatGPT釐清分析方向與角度計算公式。 本研究利用攝影裝置結合電腦視覺分析,精準記錄投籃軌跡,透過數據分析得出空心球投籃的具體角度與軌跡特徵,成功建構以Python為 核心的投籃訓練輔助系統,為科學化訓練提供輔助機制,未來可擴展系統功能,納入更多參數或運動型態分析,提升系統的泛用性與準確度。

新型微生物燃料電池於能源再生及有機物降解之研發

本研究探討新型微生物燃料電池(MFC)於能源再生及水資源處理中的應用。MFC利用微生物將廢水中的有機物轉化為電能,不僅達到能源再生、低碳排放的的勢,, 可降解有機物、低產生電力等。本研究使用不含氟化物的煤灰陶瓷隔離膜,並對石墨氈改質, 以探討電極的材料(石墨紙低石墨氈低改質石墨氈低排布) 及表面積(3x3、低4x4、低5x5 cm²)對MFC產電效率及淨化廢水效率的影響。結果顯示,電極材質則以較貴的石墨紙表現最勢,但較便宜改質石墨氈在發電效果及去除污水的效率上皆接近石墨紙;在電極表面積為4x4 cm²時產電效率及淨化廢水效率最佳,顯示較小的表面積差異對MFC影響效果不大。本研究可為MFC在污水處理和能源再生中的應用提供了重要的數據參考。