全國中小學科展

臺灣

模擬黑洞潮汐破壞事件之演化和分析其逃逸比例與吸積率之探討

在超大質量黑洞周圍,偶爾能觀測到潮汐破壞事件的發生,而這也是一個能夠探測黑洞的手段。潮汐破壞事件是一種特殊的現象,當一個天體進入到所謂的「洛希極限」半徑範圍內時,因為受到的潮汐力超越了自身的重力而遭到撕裂。當這個事件發生時,會因為黑洞在吸積的過程中產生明顯的亮度變化,因此可以透過一系列的亮度變化觀測潮汐破壞事件,並可以推算黑洞的各項參數,因此潮汐破壞事件在天文學的發展上有其重要性。 因此,我們想要嘗試模擬潮汐破壞事件的演化過程。我們學習Linux語言以及如何使用Mcluster和PeTar等模擬軟體,並透過Python分析模擬結果,然後與理論預測值進行比較,以了解我們有那些地方需要修正。

混沌雷達感測與循環 神經網路之研究

本研究專題利用混沌電路所產生的信號來實現混沌雷達偵測物體的距離,在實作上面,使用運算放大器、電阻、電感及電容來實現蔡氏電路,並證明可用其混沌狀態發生的紊亂振盪來產生混沌雷達所需的信號,其產生的電壓信號,經由數位儲存示波器取出資料再加上軟體MATLAB的資料處理及信號分析,並使用了類神經網路中的循環神經網路,嘗試回復電路的設計參數,可證實蔡氏電路所產生的混沌信號,用於雷達信號的偵測不容易被破解、干擾且具有高度的安全性,未來極具發展潛力。

柔性明膠電阻式記憶體元件在彎曲下的效能之研究 Study on the Performance of Flexible Gelatin Based Resistive Random Access Memory Devices Under Bending Conditions

本研究使用柔性PET基板,並將Al2O3沉積於明膠上作為介電層,製作電阻式記憶體-Al/gelatin/ITO-PET元件(AGI柔性元件),期望提升基板的可撓性,同時維持元件的基本運作模式。為檢測元件性能,本研究分別在平面及彎曲狀態下測量其電性。透過施加循環電壓於AGI元件,測繪其電流變化圖,並分析元件不同操作狀態下(平面、固定彎曲、動態彎曲)的電性穩定度。研究結果顯示,AGI柔性元件在每次循環間電流變化小,且在不同半徑的 動態彎曲測試中,電流-電壓(I-V)疊合圖的開關比均呈現穩定。綜上所述,AGI柔性元件在兩種彎曲狀態下能夠展現低切換電壓與穩定的開關性能,加上明膠的生物相容性和優異性能,表現出其在穿戴式記憶裝置的發展潛力。

鋁空氣/二氧化碳電池-自製氣瓶探討電池效能

近年來溫室效應日益嚴重,我們注意到可利用氣體作為正極的空氣電池,並思考是否能將工業排放的CO2儲存後作為正極氣體並轉換成電能。本研究重點在基本電池和正極氣體兩部分,首先思考如何製作效能高的鋁空氣電池,再嘗試以CO2取代空氣,並找出增進鋁二氧化碳電池效能的方法,研究出能消耗CO2並轉換成電能的電池模組。實驗結果顯示:(1)最佳電解液為鹼性3.0 M KOH(aq);(2)純氧為最佳單一氣體;(3)三乙醇胺為最佳改質劑;(4)驗證CO2能參與反應;(5)CO2 80%時電壓最高;(6)設計出鋁空氣電池組能長時間穩定輸出5.7 V;(7)最終製作出的鋁二氧化碳電池組能長時間平均輸出電壓2.62 V。

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。

日跡月軌星羅布-自製天體觀測儀與其應用

國小自然課以量角器搭配窺管觀測月亮,利用竿影間接觀測太陽,描繪天體在天空的軌跡,使用星座盤認識夜晚星空,但觀測器與竿影測量精密度低,操作複雜不直觀。本研究利用窺管與雷射筆,加上手機感測晶片與軟體測量傾斜角,自製精準度極高的「天體觀測儀」,可以同時測量日、月、星三種天體,將測量所得的天體方位角、高度角座標, 利用壓克力半圓球描繪太陽、月亮在天空運行的軌跡,製成 「天體軌跡紀錄半天球」利用試算軟體泡泡圖功能,將測量所得的恆星座標畫成平面星圖。將恆星座標經過周日運動校正,使用弧形刻度游標尺系統,描繪恆星在壓克力球上,製成「星羅布天球儀」。開發 出便利、精準、實用的天體觀測儀,並繪出天體的運行軌跡與分布。

又大又通透的銨明礬結晶寶石之研究

想做出又大又通透的銨明礬結晶,在濃度上可以選擇15g/100ml,因為濃度太高會凝聚在一塊,顏色不透明;濃度太低則無法形成結晶。 冷卻速度太快,結晶體積會變小;而冷卻速度太慢,會造成結晶偏白且體積也變小。所以使用保溫袋做適度保溫是不錯的選擇。 另外減緩蒸發(結晶量少、尺寸小)、使用蒸餾水(各方面與自來水差異不大)、重複養晶(體積增加、但透明度減少)以及流動(量多但細碎)等變因影響都不是很正面。 適度添加硼酸、稀硫酸及溶解溫度降低可以提升透明度;而氯化鈉與硼酸(溶解溫度60℃)的添加則會提升結晶的尺寸。最重要的是總量增加(濃度不變)的方式不僅可以讓結晶的尺寸、數量皆增加,而透明度也很高,是體積增加但 透明度不減的關鍵!

鳳梨「酵」一下-鳳梨酵素活性與應用價值之探究

本研究主要探討鳳梨各部位的蛋白酵素活性差異並評估其潛在應用價值。實驗針對鳳梨的果肉、皮、冠芽、葉及芯等部位進行分析,透過分解明膠實驗與酵素活性測定,探討其在不同溫度與酸鹼值環境下的酵素活性變化。結果顯示,鳳梨尾的蛋白酵素活性最高,其次為鳳梨頭、皮與芯,冠芽與葉的活性則相對較低,但整體差異不大。抑菌實驗顯示,各部位皆具有抑制細菌生長的效果,表示在食品保存或抗菌應用上有一定的潛力。本研究證實鳳梨不同部位皆含有蛋白酵素,顯示葉、冠芽、皮等副產物具有再利用的可能性。若能進一步改良萃取方式、提升酵素濃度,未來可望增加鳳梨副產物的應用價值,為食品加工與農業廢棄物再利用提供重要的參考依據。

「萍」分秋色—探討浮萍季節消長的關鍵因子與競爭策略

生態棲位相近的青萍和水如何共存?同時我們也觀察到兩浮萍在夏冬有明顯消長:夏季水面多由水萍主導,冬季則青萍佔優勢。深入探討兩者競爭策略,發現水萍透過提升抗氧化能力增加葉狀體間連結數,放大植株間吸引力,並以鈣離子誘發的葉狀體隆起等方式釋出更多生長空間,偏向保守鞏固策略;青萍則任由ROS累積觸發葉狀體斷裂,降低植株間吸引力,憑藉個體小與高填空效率,採取侵略佔領策略。此外,研究發現光週期與光敏素為浮萍季節消長的關鍵因子:夏季長日照累積Pfr造成連結數提升,利於水萍鞏固優勢;冬季短日照誘使Pfr變回Pr,促進葉狀體斷裂,助青萍佔領水面。此發現揭示光週期如何調控浮萍季節消長,為水生植物競爭提供新見解。

隨機生成數列的長度探討

一個籤筒中有編號為1,2,3,…,𝑛的𝑛的支籤,每抽出一支籤,將其編號寫在紙上,形成一個數列。數列只能向左右兩端添加項,不能從中插入;若無法插入,則操作結束。本研究探討此隨機生成數列的長度期望值的。數列添添加項的向向為為單向向與「單向向與,又添生成原理為為單嚴格遞增減與「的單嚴嚴格遞增減與。過組組計算與「勒展展式,,本研究成證明明: 𝑛趨近無窮大時,向、向向數列的長度為別會趨近𝑒−1「1/2(𝑒2−1)。此外,本研究針對隨機生成數列的單子列與進行延伸探討,發現了向向子列數「Eulerian Number的對應關係,且明明出發現𝑛 籤任意排列時,子列的期望組數為𝑛+1/2的;當𝑛趨近無窮大時,向向子列的長度期望值為2。