全國中小學科展

臺灣

熱與磁的雙重試煉:探討不同鐵磁流體的導熱效果

本探究從遊戲電影與日常生活中得到許多的啟發。最主要在探討製作出導熱與散熱效果最好的鐵磁流體,我分別應用不同的材料做出差異。首先找出最適合的鐵粉來製作,做出第一代鐵磁流體,再調整比例,接者挑選基載液體,再嘗試放入表面活性劑,最後是洗潔鐵磁流體的液體。經實驗發現以鐵粉為四氧化三鐵,表面活性劑為大豆卵磷脂,基載液體為煤油,以及洗潔鐵磁流體的液體為酒精所做的流動效果為最佳。我自製了一台簡易測量裝置,以此更加便利於測量鐵磁流體的最高長度和影響鐵磁流體的最高距離。而後為確認最終各項鐵磁流體的傳導效果,我製作了簡便小裝置計算冰塊融化的時間,以此分辨出最佳的鐵磁流體。最後的成果也證明出了鐵磁流體獨特的性質。

虹得不得了

由實際觀測彩虹出現時的資料,發現台灣中部地區彩虹出現的時間以夏秋兩季的傍晚4點到6點較多, 這個時候的太陽高度角大多在30度以下。對應中央氣象署的觀測數據,發現是否下雨、地面的氣溫等天氣因素和氣象條件對形成彩虹也有關係,在出現的雲系上以低雲系較多。接著透過圓形水族缸模擬圓形水滴 ,以LED手電筒成功的產生彩虹,並以雷射光追蹤路徑能找出形成彩虹時光在圓形水滴中符合兩次折射一次反射的路徑。之後操作水滴中不同的變因實驗我們發現,水滴中若溶有鹽、酸 溫度升高時會有彩虹位移的現象, 而水滴溫度不同、懸浮微粒的多寡則會影響彩虹的亮度等。最後以自製的球形薄冰外殼,內 加冰水可以更直觀且成功的模擬出彩虹的產生。

光致變色螢光席夫鹼之合成及特性研究

合成亞胺化合物,抽充法容器除水除氧、分子篩乙醇除水及減壓蒸餾純化苯胺、克勞修斯方程估算蒸餾溫度。TLC偵測純度、計算Rf值並比較各結構極性。UV圖知SA於pH=6在383nm具吸收峰,酸化至pH=4則藍移至326nm,時間掃描測試證明SA酸鹼型結構轉變為瞬間快反應,計算定溫下K值,Van't Hoff圖求ΔH、ΔS,由ΔG負值證明SA酸化為自發反應。各結構λmax次序知芳香環對位助色團共軛延伸及化學反應性優於間位。聚集態時SA及SB2因抑制分子內旋轉螢光增強為AIE效應, SB1因π-π堆積為ACQ效應,各因素競合作用勝出者決定螢光強度,以X ray解晶結構確認內氫鍵的存在,導致SB1與SB2螢光發色相反的結果;合成錯合物Ca-L1及Zn-L1,不同pH下顯色具明顯差異並探討原因,以開發自製螢光pH試紙。

米粉圓舞曲-探討溫度、蛋白質和花青素對米麵包的影響

麩質中主要胺基酸為麩醯胺、脯胺酸和半胱胺酸,三者能提升麵團延展性、韌性與彈性。米粉中缺乏上述胺基酸,因此米糊缺乏上述特性。本研究的目的是依循「天然、健康、好口感」原則,探討米粉種類、不同水溫、添加蛋白質種類與含量、添加花青素(健康)對於米麵包特性(口感)的影響。研究結果顯示,添加雞蛋蛋白、奶粉(天然、健康)製作的米麵包鬆軟彈性佳,或以蓬萊米粉:糯米粉比例4:1、水溫70℃製作麵包品質也不錯。火龍果皮萃取液在烘烤後,抗氧化力會提升,這可增加果皮的實用性,符合「全果使用」的理念。本研究中的米麵包優點有1.推廣米農業. 2.避免麩質過敏. 3.添加花青素,增加抗氧化能力. 4.製作簡單,價格親民。

真實量子運算中的錯誤與修復:Qiskit 的噪聲模型與錯誤更正實驗

本研究旨在探討量子計算中由噪聲引發的兩種主要錯誤:位元翻轉錯誤(Bit-flip Error)與相位翻轉錯誤(Phase-flip Error)。我們首先利用 IBM Quantum 平台,透過即時模擬與圖像化操作,建構了一套重複更正碼系統,展示量子糾纏在錯誤校正中的應用。然而,當我們將錯誤更正碼送至真實的量子電腦運算時,發現額外的噪聲干擾使得錯誤更正碼的效率受到影響。因此,我們參考了 IBM 官方網站的資料,並結合在真實量子電腦上獲得的結果,使用 Google Colab 打造了一個最接近真實情況的噪聲模型,利用錯誤參數量化、分析真實量子電腦的出錯情形。

探討O2、CO2與溫度等因子的變化對大刀屬螳螂生存之影響

本研究探討O2、CO2與溫度等因子的變化對大刀屬螳螂(Tenodera)生存之影響,以下研究簡稱大刀螳螂。結果一:7種野生環境O2最低平均19.79%、CO2最高438.57ppm,全罩環境CO2濃度平均最高1200ppm,且不吃不喝下平均存活了43天。當低O2平均在8.2%、CO2濃度6496ppm時,雄蟲呼吸速率增快經過6.47小時昏迷,最快0.48小時甦醒。結果二:8種不同環境溫度與行為,首度證實之前從未被證實過大刀螳螂體溫總平均高於環境2.79°C。第9種溫度實驗發現在40°C時,體溫總平均竟高於環境6.97°C,平均3分鐘死亡。

麥克納姆輪車直線 360 度全向控制與角度誤差之探討

近年來,作者觀察到餐飲業及飯店業引入自主移動機器人(AMR)提供服務,受到廣泛歡迎。不僅如此,隨著AI的風潮,愈來愈多產業引進機器人補足人力的空缺。就輪式機器人而言,麥克納姆輪具相對優異的機動性和運動靈活性,但傳統麥克納姆輪的行進模式只侷限45度倍數的方向。針對此限制,本研究分析傳統麥克納姆輪的合力方向,通過數學推導和實際控制方式的驗證,確認其18個方向移動的數學式,再利用ESP32-S單晶片的WIFI驅動控制系統,實現並驗證 合力分析結果 接著,進一步 建立 麥克納姆輪的全向 360 度直線移動的數學式, 並且用 PWM 脈波調變,實現全向控制。此外,分析地面材質對車子移動的影響,測試出麥克納姆輪適合的地面材質,針對誤差給出可能的校正方式以達更精密的控制。希望就本研究結果擴展未來的應用範圍及使用價值。

克雷伯氏肺炎菌莢膜型K47菌株之噬菌體分離及其莢膜多醣分解酶表現

克雷伯氏肺炎菌(Klebsiella pneumoniae)近年來於亞洲盛行,其除了傷害健康外,亦對於醫療經濟造成一定程度的影響。隨著時間發展,此細菌也逐漸獲得了抗藥性,使早期使用之抗生素不再有效,因此,尋找治療此疾病的替代療法成為近年來持續被關注的議題。由於其對細菌具高度專一性,噬菌體之莢膜多醣分解酶被認為極具開發抗生素替代療法之潛力。 本研究陸續於污水中分離純化出1212P2、H-P7、H-P8、0505P5、0505P6、05052P5、0505Kp3等噬菌體,並藉由一系列實驗,篩選出可能具有莢膜多醣分解酶的噬菌體。最後將候選噬菌體1212P2、0505Kp3進行全基因定序。 未來,將進行全基因序列分析,若成功比對並找到具有莢膜多醣分解酶潛力之基因,我們將對其加以表現並測試活性。並進一步進行體內試驗檢驗此噬菌體或其莢膜多醣分解酶的效力,探討其是否能作為開發藥物的工具,為對抗克雷伯氏肺炎菌盡一份努力。

連通圖上行走步數期望值之研究

本研究的研究靈感來自於科學月刊,原題為在一個六面體中,有一隻螞蟻位於其中一個頂點並沿著邊行走,每當牠走到頂點時就會選擇一條邊繼續行走,且牠任何方向之機率皆相同,但不可走回頭路,求螞蟻回到出發點時經過邊數之期望值。本研究將題目延伸出了以下三個問題,得出結論後並證明。並得出了以下結果:簡單連通 圖,螞蟻從其中一頂點出發,且往任何方向之機率皆相同,無論螞蟻是否可以走回頭路,牠第一次回到出發點時經過邊數之期望值之通式。在 n 點連通路徑圖 Pn(n -path graph) 中,螞蟻從其中一點 vi出發,第一次走到另一點 vj時經過邊數之期望值通式。並找出了當 n 點循環圖 Cn (n-cycle graph)上有一隻螞蟻從其中一點 vi第一次走到另一點 vj時,經過邊數之期望值與兩點之距離的關係。

溫塑效應

隨外送餐飲盛行,熱食頻繁接觸塑膠容器,潛藏釋毒風險。本研究以920株小白菜進行水耕栽培,探討多種塑膠袋、塑膠瓶與保鮮膜經100°C處理後的溶出物對植物生長之影響,並結合 IAA 生長素模型推估其作用機制。實驗結果顯示,高溫處理後塑膠溶出物明顯提高小白菜矮化比例,其中以PVC 保鮮膜最嚴重,短期矮化率達41%。推估其作用濃度由10⁻⁴ ppm上升至10⁻² ppm,呈現濃度依賴性干擾。另以TDS值監測樣本水質,發現TDS偏低時常伴隨萌發率下降,單憑TDS難以反映實際毒性。本研究驗證高溫塑膠容器可能釋出具生理活性的物質,小白菜可作為早期生物指標。結果亦顯示高溫塑膠溶出物影響生物生理,對食品安全與環境健康構成潛在風險,建議避免以塑膠容器長時間盛裝高溫食物。