全國中小學科展

臺灣

共頂點正多邊形共線蝴蝶對稱圖形性質及幾何不變量

基於Anubhav Mishra提出的尚未被證明問題:由基準三角形OAB之兩邊OA與OB生成共頂點O兩正方形,在兩正方形中選取兩組對應點,並做交叉連線相交於N點,則AB之中點M與O、N具有三點共線之性質(此線稱為共軛對稱軸)。首先提出此原題的不同證明,再推廣至正n邊形,並找到一般化的必要條件及廣義共線性質。 研究結果發現並證明:在正n邊形共線蝴蝶對稱圖形中,存在兩稜線在共軛對稱軸鉛直方向投影長相等,及其成形的臨界角範圍;蝴蝶翅膀種類公式、衍生類別及總數量;面積與稜線長的幾何不變量;基準三角形三邊對應之共軛對稱軸共點於其重心;當n為偶數,共軛對稱軸垂直特定共軛對稱點連線段。當n趨近於∞時,共線蝴蝶對稱圖形收斂到圓內接等腰梯形。

人人可上手的Direct Air Capture

本研究尋找生活中捕捉CO2的方法,並以Direct Air Capture(DAC)方式探討影響CO2吸收效果的各項因素。在測量方式方面,利用導電度檢量線測量較穩定且轉換數值方便,優於空氣品質偵測器或pH檢量線;在影響CO2吸收效果的各項因素中,溶劑以氫氧化鈣效果優於單乙醇胺與醋酸鉀,且氫氧化鈣濃度越高、風速越大,吸收 CO2的效果越好,但周圍CO2的濃度大小則不影響吸收度;此外,為了探討生活中最佳的DAC捕捉方式,以使用清潔海綿 (或吸附體孔徑約250μm)浸泡高濃度氫氧化鈣溶液來製作DAC捕捉裝置,並放置於有風處,其效果最佳; 孔洞過大或過小,吸收效率都會下降;海綿的碳酸鈣回收率為73.27%。

好咖配好茶

本研究取樣淺焙及深焙咖啡渣與茶葉渣經過不同時間發酵後當作肥料進行白菜植栽顯示,白菜種籽適合於酸性咖啡土中發芽,而茶葉土 pH 值較鹼,雖會延緩發芽,但營養高,於成長後期更有利白菜生長,並以發酵 2 週土最佳。接續擇優取淺焙咖啡土與茶葉土混合當肥料,或進一步使白菜籽於淺焙咖啡土發芽後再移植至全茶葉土,最佳可獲得比淺焙咖啡土高出 5.17 倍或甚至 15.8 的成長效果。茶葉土營養佳除與發酵後茶葉成分有關外,土壤中富含溶鉀及溶磷等菌種亦扮演關鍵角色。此外,富含鉀離子的茶葉土所種植的白菜能透過關閉葉片氣孔、使澱粉代謝,並藉由根部提前累積脯胺酸來應對滲透壓變化,以增加根系與葉片對抗鹽逆境與缺水的問題。本研究利用適化咖啡土 pH 值與茶葉土養分相互搭配,可有效縮短發芽時間、大幅增加產率,提升耐鹽抗旱能力,除有助活化廢棄物外,並可提升農業競爭力。

布紙薑薑好—布袋蓮複合紙之探討

本研究以布袋蓮作為主要造紙原料,混合野薑花、楮木紙漿,探討布袋蓮複合紙的製作,希望能減少木材的使用並增加布袋蓮的經濟價值。透過造紙過程、紙張性質評估布袋蓮造紙的可行性,比較添加野薑花及楮木紙漿的差異性,並透過自製裝置進行抗張、抗破力、透光度、曝曬後顏色安定性等紙張性質,探討布袋蓮複合紙的應用及價值。 結果發現,布袋蓮複合紙有質感,添加野薑花纖維可提升紙張抗拉及抗破力,添加楮木紙漿可提升吸水、吸油效果。使用漂白劑以二段式漂白,能將布袋蓮紙張漂白,增加文書利用價值。最後,透過專家評估及創作,可作為彩畫、版畫、窗紙、包裝材等多用途應用,幫助破壞環境生態的布袋蓮找到新的利用價值,為環境盡一份心力。

幫椅子穿襪子-使用天然原料輔助椅腳降噪

生活中的噪音問題日趨嚴重,在校園中,噪音容易影響學習成效,其中教室中的椅腳與地板摩擦時產生的固體噪音,更讓人心情煩躁無法好好學習,音量大時甚至也會影響聽力。本研究除了以現成緩衝材料使椅腳降噪外,我們的重點是自製天然材料椅腳墊,利用環境中使用過及掉落之植物材料,與糯米粉及太白粉等天然黏著劑組合後,加裝於椅腳處發揮降噪效果,並將結果及耐磨損度與現成材料進行呈現量化比較外,研究內容還包括植物材料與粉狀材料間之重量比不同時,製作出的椅腳墊降噪效果之比較。自製天然椅腳墊不僅降噪效果佳,也比現成材料耐磨損,使用期限也較長,來自於大自然的材料本身也可充分運用成有機堆肥,最終回歸大自然, 讓萬物生生不息。

自製益生菌-水克菲爾菌生長影響因素之研究

水克菲爾菌是一種可於2~3天內自行培養的益生菌飲品,本研究旨在探討影響其生長的關鍵因素,透過針筒定期測量產氣量,並記錄pH值與最終菌重。結果顯示,富含礦物質的黑糖與椰糖最有助於菌體生長。查閱文獻後推測鈣離子為關鍵因素,進一步實驗亦證實添加鈣粉能顯著促進生長。使用如煮沸放涼的自來水,因富含鈣離子,菌的生長優於其他水源,再次印證鈣離子的成效。此外,當【菌:糖:水】= 1:2:4 時,產量最高。養菌過程建議保持通氣;溫度25°C時菌的生長最佳;菌若曾處於低溫(1℃)或高溫(30℃)環境一週,即使後續置於25℃,其活性仍受抑制。本研究成果可應用於水克菲爾飲品製程條件之優化,提升其品質與穩定性。

解決空汙一起「走」

我們發現學校附近上下學時間車輛很多,造成空氣污染。為了解決這個問題,我們設計了一套「遊戲化學習系統」,鼓勵同學用走路來上學。我們利用Micro:bit和NFC技術來記錄每天的步數,再把步數變成遊戲裡的攻擊力,讓同學打怪升級、比賽得分。這樣不但好玩,還能減少二氧化碳的排放。研究發現,三天內大家一起走了超過八萬五千步,總共減少了大約68公斤的碳排放。問卷調查也顯示,大部分同學願意為了保護地球多走路,對這個遊戲系統也很感興趣。這個計畫成功讓大家更有動力走路上學,也學到了環保知識,還能當作其他學校的參考。

舊桌第二春-力學探討學生舊桌結構補強與置物空間優化設計

利用自然課程力學原理,進行廢棄舊桌進行結構補強,增加桌子放置物品空間,自製剪力實驗台檢測桌子補強後結構強度,自製振動模擬器檢測桌子搖動程度,實驗結果如下: (一)現在使用新式桌子有結構上的問題:榫接太小、前櫃板未與前柱榫接,形成前側結構強度 弱點,因此桌子容易搖動,大約80%要補強。 (二)將新式桌子設計瑕疵部分進行結構補後,左右方向傾角降低88.5%,前後向降低67.5%。補強後新式桌子桌比新式新桌搖動位移小,桌子結構補強後強度更高。 (三)置物空間增加2.14倍,快速安裝高度調整器降低,將12型桌子簡化到4型。 (四)製作一副桌椅碳足跡為21.69公斤CO2。延長使用年限,降低木材使用量,對於氣候變遷與環境有正面價值。

「纖纖吸油去」植物粗纖維與石蠟製成複合材料的吸附油汙試驗

雜草被認為是不具經濟價值的東西,而近年來入侵的外來種植物,因為生長迅速且沒有天敵,所以危害了我們自然環境的原生植物,本研究使用稻草與小花蔓澤蘭,將之曬乾 並打碎後過篩出粗纖維,混合石蠟成為複合材料,試驗材料吸附油汙的效果。結果顯示,粗纖維與石蠟混合比例較高的1:3時,因為有更多的石蠟使材料穩固能吸附較多的油汙,稻草組的平均吸油汙量為7.19g,小花蔓澤蘭組只有3.25g,為同比例的稻草組的64.3%,稻草組的平均飽和比為1:3.22,吸附油汙達到最高8.07g,小花蔓澤蘭組的平均飽和比只有1:2.60,吸附油汙重只有4.72g,為稻草粗纖維的58.5%。未來將研究此複合材料應用於生活上的吸附油汙,或利用複合材料在其他領域上來提高雜草附加價值。

雙轉子反向相對運動對感應電動勢影響之研究

本研究針對傳統單轉子發電機效能不彰能量嚴重耗損,提出創新雙轉子技術以提升發電效率降低能源浪費。核心設計為雙轉子反向旋轉結構,透過相對運動提升角速度與磁場變化,增強感應電動勢生成。透過對比實驗,證實雙轉子結構較單轉子提升1.4倍感應電動勢,參考Weber Fechner Low建立對數數學模型,描述電動勢與旋轉參數之非線性關係。 同步研發雙轉子架構展現穩定性與模組化彈性擴充,具備取代傳統發電機潛力,適用於分散式發電與再生能源領域,展現高效、緊湊且具實用價值之創新應用電力生成技術方案。