全國中小學科展

臺灣

把自己變不見的「膜」法

本研究以天然材料製作「水溶性包裝袋」為目標,期望改善塑膠袋所造成的環境問題。從腐壞地瓜萃取出澱粉為原料,並將甘油、聚乙烯醇(PVA)、檸檬酸、硬脂酸及水混和以塗佈機於玻璃片上製膜。針對不同比例所製成的水溶膜,透過SEM探究聚合物的交鏈情形;藉由拉力實驗找出膜袋 荷重性最佳的成分比例,澱粉、甘油含量較低者,膜袋荷重表現佳。以熱重分析法探究膜袋之熱穩定性。以FTIR分析成分比例不同的膜之氫鍵,圖譜中可見甘油所造成之變化,同時影響膜的黏滯性。透過微粒動力學將膜溶於水中,施以擾動並觀察微粒粒徑變化情形,攪拌時間越長粒徑越小。最後,將自製膜放於植物盆栽上,觀察植物成長及測量滲透水pH值,確保其對環境友善,以利推廣應用。

「羽」你同行–基於多模態深度學習與大語言模型的手機端羽毛球姿態矯正系統

隨著台灣在奧運羽球雙打再奪金牌後,更多台灣人想嘗試這項運動。為提升新手學習效率,本研究旨在開發一套幫助新手透過手機進行姿勢矯正的軟體。首先,本研究選擇BlazePose模型當作人體姿態辨識模型,並訓練MLP、KNN及YOLO等姿勢分類器。其中,KNN分類器在影片姿勢分類表現最佳,準確率達94.80%。此外,本研究設計Ball In Ball Out流程可偵測羽球並自動剪輯單一打擊片段,準確率為95.89%。經上述多模態資料分析後,再檢查常見錯誤姿勢及比對專家姿勢差異,最終LLM給予使用者姿勢錯誤矯正建議。羽球專家對姿勢矯正建議的平均認同百分比達82.40%,羽球新手達81.16%。

豆渣再利用復育田螺研究

研究本土田螺在人為環境復育,豆渣再用製作飼料,「冷凍」是保存飼料較佳方式。公母體型有顯著差異,母螺可懷7隻小螺為胎生。田螺偏好分布飼養箱「遮陰處」的「地板」,成螺多聚集,幼螺則散佈。 飼養存活率0.9375。對照組、25%組、30%組、35%組、40%組,母螺分別產子87、102、110、104、81隻,子代營養不良率0.174、0.176、0、0.042、0.5,子螺平均螺高4.00B±0.79、3.91B±0.93、4.32A±.046、3.86B±0.68、3.92B±0.88 mm,得知豆渣比例30%的飼料顯著最好。理論上,豆渣比例30.274%的飼料飼養62天,可得到最大子螺高度總和。

以粒子濾波法計算b值於地震預測之應用

近年來台灣西南部地震頻繁,本研究即探討台灣西南部地震活動,除了驗證該區地震芮氏規模與頻率符合古騰堡-芮克特定律(Gutenberg-Ritcher Law),也探討定律中b值變化與大地震之關聯。研究對象以台灣西南部區域內1973.01.01~2025.01.31之地震數據,採用最大概似法及粒子濾波器(Particle Filter) 處理時間序列,計算各區b值,並推估各區芮氏規模(𝑀𝐿) > 4.5之地震發生機率(P值),結合斷層分布與地質特性,分析地震風險。結果顯示,大規模地震前b值呈下降趨勢,震後則逐步回升,顯示b值變化趨勢與樣態具有作為地震前兆的參考價值;透過b值計算出的芮氏規模(𝑀𝐿) > 4.5之地震發生機率,亦可捕捉地震活動趨勢。本研究發現b值及其所計算的P值可作為短期地震風險指標,未來可進一步應用於地震預警與防災評估。

以校園望遠鏡觀測NGC7092星團外圍天區

M39又名NGC7092,是個位於天鵝座方向的疏散星團。本研究選定M39外圍的區域進行觀測,配合分析Gaia DR3在M39天區經過初步篩選的資料,大致符合Gaia DR2資料庫中明確標示的成員星。本作品的觀測資料中,多數星點座落在Gaia資料繪出的CMD圖主序帶中,可以推論本作品觀測的外圍天區還是有不少M39成員星。本次研究觀測到一顆食雙星變星,雖然在CMD圖所座落的位置接近星團主序帶,但在本校的觀測資料在無法得知恆星的自行運動與視差的條件下,要確認這顆變星是否為成員星,只能搭配資料庫的資料進行深度分析,經確認這顆變星應該就是M39星團的成員星。

臺灣東部群震週期與大地震機率的分析

本研究使用1973-2023年地震數據,以DBSCAN進行臺灣東部、東北部及選定區域的群震分群,自相關分析及傅立葉變換探討其週期性,核密度估計推測群震後發生大地震的機率,並以群震及大地震數據擬和方程式。結果顯示選定區域群震空白期為9.28年,群震週期為6.18年;東北部群震空白期為13.35年,週期無法確定;東部群震週期為7.27年,空白期無法確定。選定區域、東北部及東部群震後200天內發生大地震的機率分別為9.86%、12.06%及6.41%。方程式顯示選定區域及東部內群震總能量與群震和大地震時間差呈負相關,東北部為正相關。將三區域2024年的群震及地震數據代入方程式,最佳標準化殘差值分別為0.15、-0.01及-0.93,方程式具預測價值,但仍需更多數據支持。

「鋸」我所知

我們主要研究鋸琴(伐木鋸)發聲的原理,探討演奏過程中可以用來調整的因素,如施力大小、方式、形狀...等,研究這些不同變因與發出聲音的關係;並討論使用不同引發聲音的工具(塑膠槌和弓弦)與擾動位置對聲音的影響。此外,還有對參考文獻中所描述鋸琴彎曲形狀之J形、S形與甜蜜點的定義加以分析,參考金屬薄片振盪狀態的理論及其拓樸區域模態對聲音的關係,理解演奏時鋸子彎曲形狀和甜蜜點在實驗中的角色,歸納出彈奏鋸琴時可使用的規律。

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。

隱形斗篷-超聲波在水下光導之探討

當使物體後面的光線繞過物體至另一側觀測者眼中,該物體便會消失,如同隱形斗 篷。本研究在水中以探頭打出超聲波,藉由空化現象在聲壓聚集的位置打出空泡。以光在水中碰到空泡產生的全反射產生光導,使光按照期望的路徑前進。參考艾里光束波包沿弧線行進的特性,依照各陣元的座標調整相位,製造出聲壓聚集在一弧線上的聲場。以線形和平面探頭測得其偏折角度,接著導入漩渦式聲鉗,使聲壓由弧線中心偏移到周圍,並使中心聲壓相較於普通聚焦減少75%。最後將兩種相位疊加在一起,用螺旋排列探頭將超聲波打入水中,取得約3度的偏折,得到初步成果。未來將透過聲壓的加強和改良路徑,期望達到自由控制偏折軌跡,並在醫學等方面有所應用。

簡單離心水泵的未滿水流動模態

這份研究探討利用正三角形旋轉吸管構成的離心泵抽水的現象。我利用電鑽固定此三角形結構,使其部分浸入水中並定速旋轉。我們發現在吸管的管徑-旋轉半徑比大於一定值時,水流因無法穩定地充滿整個吸管,離心泵中的水流將會穩定的僅占據吸管的一部分。我測量「吸管的幾何參數和旋轉角速率」對「抽水流率」的關係;以及「旋轉角速率」對「抽水流速」的關係,並以穩層流下的流體力學模型(白努力方程式在旋轉座標系中的修正+流體力學穩定性分析)加以解釋,在不使用數值模擬的情況下方了解了此未滿水模態的水流情形。