全國中小學科展

臺灣

「硫」金鑠石—溫度與界面活性劑對反應速率定律式的影響

在本研究中,我們改變沉澱反應中鹽酸與硫代硫酸鈉濃度,測量在不同溫度或有無界面活性劑條件下,硫析出所造成濁度隨時間的變化。通過多次測量濁度與時間數據,我們推導出濃度、溫度、界面活性劑,如何影響反應速率定律式。 我們將儀器測得隨時間變化的濁度,也就是硫粒子的生成轉換為速率,再依據反應速率與初始濃度間關係,得到反應速率定律式中的各項數值及阿瑞尼斯方程式中的活化能E_a與常數A。最後我們利用分光光度計得出與濁度計相同的級數,並以粒徑分析儀確認與活化能變化數值相符。

「風」形萬變:探討地形效應對風速變化的影響

本研究從老師在蘭嶼旅行時發現各地風速差異很大,推測風向和地形是影響風速差異的重要因素,進而探討不同類型地形障礙對風速變化的影響。研究方法包括製作蘭嶼地形模型及不同尺寸的地形障礙模型,利用風洞、風袋和熱線式風速計測量不同情況下的風速和風向。實驗設計考慮尺度問題,確保風洞流場符合大氣動力特徵。研究結果顯示,地形對風速影響複雜且多元,在自然界中,各種地形因素交互影響,形成複雜的風場環境。

追光少女-運用市售創客玩具,自製太陽光源追蹤器的可行性探討

本研究探討改良meArm機械手臂,自製不易傾倒、效能追蹤及發電效率三特質之太陽光源追蹤器的可行性,期待結合太陽軌跡運行模式與光敏電阻降低轉向電能消耗。我們探討感測器、太陽能板及周圍環境如何影響發電 效率。以高亮度LED燈模擬太陽,數位萬用表測量電流及電壓,藉以判斷發電效率。總整超過49種太陽光源追蹤器配置及超過441筆實驗記錄,結果顯示:環境溫度25 ℃以下,太陽能板用塑膠片覆蓋,並以廚房紙巾清潔;配置3個離太陽能板高度0cm,透明膠帶遮蓋的光敏電阻,發電效率最佳。本研究成功運用市售創客玩具自製太陽光源追蹤器。應用於非中午時段的戶外,可較固定式太陽能板增加約2 0~40%的發電量,期待藉此激盪人們關注提升太陽能發電效率的方式。

“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。

晶彩人生---探究市售葉黃素飲與自由基之抗氧化反應

市售葉黃素飲外觀呈現橘紅色黏稠狀,去離子水稀釋以光譜儀測量波長在447nm有吸收峰。另以丙酮與正己烷萃取得黃色液體,光譜儀測量最大吸收率於波長450nm。濾紙色層分析法得知含有兩種葉黃素,分為葉葉黃素與米黃黃素,同時也比較菠菜汁與與市售葉黃素膠囊,皆含有葉黃素與米黃黃素。利用芬頓試劑產生氫氧自由基·OH,模擬自由基攻擊視神經時,存在於眼球的葉黃素作為抗氧化劑,與自由基反應,長鏈共軛雙鍵分解成短鏈,黃色消失。並利用光譜儀測量市售葉黃素飲與芬頓試劑反應,為二級反應。最佳反應條件為市售葉黃素飲加水稀釋成原濃度25%,[Fe2+]=0.005M,[H2O2]=0.767M,pH=2.92,反應速率定律式:R=k[葉黃素]2,k=(3.58±1.5)×10-5 1/Ms。

低速狀態下磁性齒輪傳動特性的實驗與理論探討

本研究探討利用指尖陀螺作為磁性齒輪,觀察並分析其磁性齒輪效應。本研究測量了磁性齒輪間的轉動慣量、影響範圍及力矩,除此之外,本研究發現,自由運轉狀態下的齒輪,具有三個運動階段,高速狀態,介於高速至低速難以預測的階段,以及低速的穩定運動狀態。 此外,為提升磁場計算的精確度,我們發現磁偶極近似方法無法有效描述系統中的磁場分佈,因此使用積分計算來求得更精確的磁場數據,並與實驗數據進行比對,結果吻合良好。

情感分析生成器—自動生成文字感染情緒

隨著網路技術不斷的進步,意見和情感分析逐漸成為人們日常生活中的一部分。儘管如此,目前人們缺乏一個方便且快速的情緒分析模型,供廣大大眾使用。 本研究旨在提供人們一個緩解憂鬱情緒的管道——當人們輸入一個需要被安慰的情境時,我們的系統將輸出安慰語句,以緩解該使用者之憂鬱情緒,達到安慰效果。為此,本研究訓練了BERT model以及 LLaMA model。BERT model能判斷使用者輸入的語句是否為需安慰語句。而LLaMA model則作為安慰語句之生成模型,以達到安慰之效果。

碳紙 / 聚乙二醇複合材料應用於太陽蒸發器及抗鹽之研究

本研究旨在開發一款新型薄膜,利用創新的光熱薄膜蒸餾技術進行海水淡化。薄膜的製作是利用碳紙浸泡於不同濃度的聚乙烯醇(PVA)溶液中,形成一面疏水、一面親水的雙性薄膜。通過實驗比較各種薄膜的通量、鹽回溶、光熱效應等性能差異,從中找出最優的製膜方式,以提升該技術的可行性和效率。研究目標是增加淡水產量,同時減少能源消耗和成本負擔。此項技術符合聯合國可持續發展目標(SDGs)中的第6項(清潔水和衛生)與第7項(可負擔且清潔的能源)。本研究最終希望推動這項技術的廣泛應用,進一步走入市場,為水資源的永續發展做出貢獻。

二氧化鋯量子點在文物修復與減碳科技應用的潛力

本研究成功以水熱法在 110°C 下合成了約3.90 nm 大小的ZrO2量子點(QDs)。此設計的ZrO2 QDs 能隙為5.03 eV(波長λ < 300 nm),在可見光和紫外光範圍內無明顯吸收特徵,呈現高度惰性和穩定性,適合應用於抗紫外線塗層或顏料。而ZrO2 QDs 表面豐富的氧空位與不同溫度下的CO₂轉化率及CO/CH₄產物選擇性相關。氧空位為帶部分正電的酸性活性位,CO2作電子受體為路易士酸。經氧氣環境加熱處理後的ZrO2 QDs 能提高CO2轉化率且在低溫條件下選擇性較高能促進電子轉移生成CH₄(每分子8e⁻ 轉移)。不同金屬簇(如Fe、Ni、Co和Cu)表面修飾後,Fe-ZrO2 QDs 被證明為最佳催化劑,低溫下更有效促進CH₄生成,且優於ZrO2 QDs。這顯示Fe與ZrO2間存在顯著的強金屬-載體相互作用(SMSI),提升Fe捕捉CO₂分子的能力。此特性突顯ZrO2於碳減排技術的潛力,能有效將CO₂轉化為可再利用的碳基燃料或化學原料,為減少溫室氣體提供實用解決方案。

史坦納樹性質探討與優化

本研究主要目的是想要用數學方法解釋與證明史坦納樹。我們想要知道史坦納樹會滿足怎樣的條件,又或者怎樣的條件不會有最短路徑長。因此從最基本的費馬點出發,到正多邊形、任意多邊形,甚至是正多面體,我們討論各種分布的頂點。在文獻探討與程式模擬中,發現史坦納點的邊數等於三且夾角度數等於一百二十度並非巧合。藉由此性質不斷擴展,可證明出在一般情況下史坦納點的個數會等於頂點的個數減二。有了理論的支持,我們嘗試改進五個柏拉圖多面體的史坦納樹,在正八、十二、二十面體都成功優化成更好的結果。另外,我們也證明出正四面體史坦納樹的結果。有了史坦納樹的幫助,我們可以在不影響城市間連通性的情況下,最大化地縮短道路地總長度,因此可將所需成本最小化。史坦納樹的結果可以代表連通圖的最短路徑長,在工程、建築上都將會是重大的突破。