全國中小學科展

臺灣

負負得正

一群人熟識彼此身分的朋友圍圓桌而坐,每個人可能是老實人(說實話),也有可能是騙子(說謊話),對於老闆的提問「右手邊的是騙子還是老實人」每個人做出回答。本文就每位顧客所答的身分進行分析,然後延伸問題,假設答題者會繼承所答的身分(我們稱為繼承身分),舉例來說:如果顧客小明的回答是老實人(騙子),那麼小明的身分在答題後就會變成老實人(騙子),接著進行第二輪答題、第三輪答題、…,重複進行下去。文中我們解出了只有當顧客人數是2k 時繼承身分才會收斂,並且證明出在第n 次必然收斂到全好人;若顧客人數不是2k 時,則會產生循環。

機器人的華爾滋—轉動角度的變化與組合對封閉圖形特性之探討

本研究的概念來自於110學年度學測數學的選填題,我們先固定原題的部分變因,探討單一方向並改變單一旋轉角度對圖形特性的影響,並試著求出角數、路徑長、面積等通式;接著嘗試多增加一個旋轉角度形成不同旋轉角度組合和不同方向的旋轉角度組合對圖形特性的影響;最後還試著改變移動距離,找出兩種移動距離組合在旋轉一圈內形成封閉圖形的特性。我們發現一圈內相同旋轉角度組合依規則分割和填補,會形成面積有固定比例的正多邊形;一圈內不論順、逆時針旋轉角度組合,周長和面積公式皆相同;兩圈以上的順、逆時針旋轉角度組合皆會產生多種類型,需要針對各類型分開考慮。

The study toward the total synthesis of Breitfussin B

本研究旨在開發高效且符合綠色化學原則的Breitfussin B合成策略。Breitfussin B是一種極為稀少的天然產物,可自海洋苔蘚動物Thuiaria breitfussi中分離,分子結構包含吲哚(Indole)、噁唑(Oxazole)與吡咯(Pyrrole)骨架。儘管已有科學家完成其全合成,但現有方法步驟繁瑣,且涉及重金屬試劑,價格昂貴且難以回收利用。因此,本研究致力於開發更高效且環保的合成策略。 目前,我們透過一系列取代與還原反應和Sonogashira偶聯反應成功合成吲哚衍生物6-Bromo-4-methoxyindole,此產物可作為後續關鍵合成步驟的起始材料。此外,在疊氮酮(Azidoketone)至酮醯胺(Ketoamide)的轉化中,我們系統性研究了不同反應條件對產率及區位選擇性的影響。 本研究的成果不僅為Breitfussin B的合成提供關鍵技術支持,也對吲哚類化合物的全合成 具有重要的應用價值。

Ti₃C₂Tₓ/α-Fe₂O₃ 異質複合材料的製備、性質及光催化水分解反應能力之研究

本研究開發Ti₃C₂Tₓ/α-Fe₂O₃二維奈米複合材料,探討其光電性質與應用潛力。以Ti₃AlC₂經含氟蝕刻法製備Ti₃C₂Tₓ,並以溶劑熱法複合α-Fe₂O₃。經SEM、EDS、XRD確認蝕刻成功,而複合材料中α-Fe₂O₃ 隨比例呈現不同結核分布。XPS顯示Ti-C/O鍵結及Ti-Fe協同作用。DRS與電化學測試指出,複材能帶較原材上移,具更低電荷阻抗與可能的更大能隙。四點探針顯示Ti₃C₂Tₓ具類金屬導電性,複合材料面電阻則與質量呈指數關係,呼應能隙變化。於KOH與NaOH中,複材展現最低OER過電壓與最小電化學阻抗,顯示其具優異光電催化水分解性能。

有趣的同心三角形

本研究從著名的歐拉三角形公式出發,我們將圓內接同內心三角形,推廣至圓內接同重心三角形和圓內接同垂心三角形。有關同重心與同垂心三角形的存在性與作圖範圍,我們巧妙利用原三角形的九點圓來進行刻劃!再將研究項目放在同心三角形的邊的包絡線,我們先給出其焦點,再用純幾何方式來證明銳角三角形時,其包絡線為橢圓;鈍角三角形時,包絡線為雙曲線;直角三角形時,則是退化為垂心與外心。值得一提的是,本研究進一步整合同內心、同垂心、同重心三角形,發現面積成等比之關聯性。最後考慮將圓內接改成圓外切的同心三角形,這個難度提升很多,我們成功利用奈格爾線來處理這個研究項目,它顯著不同於圓內接同重心三角形。

神秘的三角格局:塗色規則下的奇幻案圖

本研究在探討數學雜誌《Crux Mathematicorum》2024年公告的題目MA 288.所產生的方格紙圖案分布的規律。我們先解開該題,並透過繪製與分析不同大小的圖形,觀察圖案的規律,並利用此規律求出第 𝑛 列及前 𝑛 列綠色方格數的遞迴關係與一般式。 我們發現在𝑛×(𝑛+1) 的方格紙中,當𝑛為2的次方時,綠色方格圖案會形成一個類似謝爾賓斯基三角形的完整三角形,且每當𝑛增加2的1次方時,綠色方格圖案會利用自我複製的方式形成新的圖案。因此可以把𝑛轉換成二進位的表示法,利用二進位中1的位置與數量推論出方格圖案的樣貌與綠色方格數。 除了利用塗色的方式觀察規律外,本研究還將原問題條件轉換成不同的敘述,方便利用excel繪製圖案,將問題推廣到𝑛×𝑚方格。

四邊形內接三角形的面積

本研究從一道科學班入學考題出發,突破傳統代數解法限制,提出創新的幾何作法,並系統性推廣至更廣泛的圖形。透過將內接三角形分為【點邊邊】,與【邊邊邊】的兩種類型。結合使用 GeoGebra 進行作圖與輔助推理。使用正弦定理、餘弦定理與相似形等幾何原理進行推導。探討其內接三角形與周圍多邊形的面積關係。從長方形開始,逐步推廣與觀察,歸納出面積公式的形式,並進一步應用至其他凸多邊形,建立更普遍性的面積關係公式與解題策略。

面臨棲地脆弱的台灣特有種:台灣原蚌蟲生活史與行為研究

本研究以台灣原蚌蟲(Eocyzicus taiwanensis)生活史為主軸,搭配行為觀察深入了解台灣原蚌蟲 在短暫水域中的生存策略。生活史部分發現台灣原蚌蟲具快速孵化成熟的特性,雌性較雄性早成熟;生殖策略除了有性生殖還具孤雌生殖,單獨飼養雌性可產卵且成功孵化,展現高度繁殖適應力;行為實驗無節幼體具有趨光性利於尋找食物;在交配行為中雄性體型明顯大於雌性,且交配成功率較高,對體型較小的雌性表現出偏好顯示明顯的性擇行為。此外交配中的個體在遭遇刺激時反應最穩定,但高強度震動會中斷交配,顯示其對環境擾動相當敏感。本研究填補了台灣原蚌蟲生活史與行為生態的研究空白,並呼籲重視其侷限棲地的保育需求,為這個台灣特有物種的保育與生態研究提供參考依據。

“番”天覆地~難逃“塑”命?塑膠微粒暴露對番茄生長的影響

塑膠微粒(microplastics,MPs)是泛用塑膠製品而衍生的問題之一,且塑膠微粒會透過食物鏈的傳遞而導致人類的健康風險,作為食物鏈起點的生產者,是探討塑膠微粒健康風險的著眼點。基於聚苯乙烯(polystyrene, PS)類塑膠日益擴增的需求,加上小番茄為家鄉重要作物,以及想要窺探塑膠微粒在根部分布的情況,因此,我們利用水耕種植來探討PS塑膠微粒對小番茄的影響。研究結果顯示PS奈米塑膠微粒(nanoplastics,NPs)的暴露會對小番茄產生影響,包含降低其根部含水量、使其更容易遭受蟲害、植株葉片提早黃化枯萎、減少其根系中促植物生長細菌-木糖氧化無色桿菌(Achromobacter xylosoxidans)菌數,以及大量NPs累積於根部表面而影響小番茄對水分的利用等。不過NPs的暴露在植株乾鮮重、莖長度、開花與果實等生長參數並無顯著影響。

草酸鐵鉀晶體的生長密碼:探討添加劑對晶體生成效率的影響

本研究以草酸鉀(K₂C₂O₄)與氯化鐵(FeCl₃)反應生成的草酸鐵鉀晶體為主題,探討其成核與結晶機制,並分析多項影響因素,包括溫度、反應物比例、酸鹼、有機溶劑與界面活性劑等。實驗結果顯示,低溫可降低晶體溶解度、提升過飽和狀態,有助於增加晶體產量;其中,FeCl₃與K₂C₂O₄以2:7比例混合可獲得最佳結晶效果。界面活性劑方面,卵磷脂表現尤佳,不僅促進晶體生成,亦提升晶體完整度與致密度。進一步使用無糖豆漿、牛奶、雞蛋等天然食材取代純卵磷脂,亦能達到相似成效,顯示其具成本效益與實用性。此外,本研究亦發現草酸鐵鉀具光還原性,能在光照下迅速將亞甲藍還原為無色,展現其在水處理與環保應用上的潛力。