全國中小學科展

臺灣

流速與孔徑對於反泡泡生成的影響

本研究透過Arduino控制步進馬達,再由步進馬達穩定推動針筒,進而噴出泡泡水柱,在水中製造反泡泡。我們控制步進馬達的推進時間,改變泡泡水的注射水量;也以針頭距水面的高度、針頭孔徑大小為操作變因來改變泡泡水的注射速度。最後用Tracker應用程式測量出泡泡水的注射速度、反泡泡半徑,推算出不同的注射水量以及注射速度可生成的最多反泡泡的範圍以及最大的反泡泡半徑。

「炭」為觀止、生生不息-有毒玉珊瑚製成生物炭對促進小麥草生長影響之研究

馬祖北竿鄉大坵島上的外來種植物-玉珊瑚(Solanum pseudocapsicum L.)在近年來大舉侵佔原生植物的棲地。玉珊瑚屬於茄科的觀賞植物,但含有辣茄鹼(一種毒素),人類誤食會導致嘔吐和腸胃炎,梅花鹿(Cervus nippon)亦不會食用。因為在島上沒有天敵,近幾年快速蔓延,取代了原生植物的棲地,造成在島上以原生植物為食的梅花鹿漸漸無法找到足夠的食物,面臨餓死的困境。 本研究拔除有毒玉珊瑚製作成生物炭,以不同土壤組成及生物炭的比例種植小麥草(Triticum aestivum),觀察生物炭對小麥草種子發芽率及生長高度是否具有幫助。研究結果顯示,土壤組成使用純培養土來種植,對小麥草的發芽率及生長高度最有幫助;而生物炭與培養土的比例以1:30為最佳,可提高小麥草發芽率約28%、生長高度約19%。

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。

「硫」不住的「紅」塵── 探討二硫化錫降解羅丹明之研究

本研究將不同比例的硫.與二氯化錫,在固定溫度200℃、加熱時間9小時,所合成出的壓電材料SnS2用來降解羅丹明染料,實驗結果發現以莫耳比1:4為最佳,降解率可達到96%。接著固定莫耳比1:4及溫度200℃下,發現在不同水熱時間時以水熱九小時的SnS2觸媒降解效果最好。最後本實驗以固定比1:4及水熱時間9小時在不同水熱溫度所合成的SnS2觸媒,以水熱溫度200℃時的降解效率最好,可達到96%。接著我們將最佳合成條件的觸媒對不同濃度的羅丹明進行降解,可發現當羅丹明濃度達到50ppm時,只需要2秒降解率即可達到99%,即使濃度達到70ppm時濃度降解效果仍可達到86%。最後對SnS.觸媒進行SEM分析發現顆粒大小為微米等級,而在PL分析發現本觸媒具有活性的能力且符合實驗結果。

滾動的「刺」界—濱刺麥滾動因素之探討

此實驗主要在探討不同條件對濱刺麥(Spinifex littoreus)滾動之影響,並利用模型(以下簡稱模擬球)來推導其實際滾動之效果。我們利用木板作為模擬球滾動的環境,並設計了四個操縱變因,分別為刺的長度、數量、材質(模擬球本身的條件)及風速(外在環境條件),測量模擬球的滾動軌跡、終端速度等物理量,並利用tracker、Excel等軟體分析數據,發現了刺的長度和環境風速與模擬球滾動的終端速度呈正相關;而刺的數量則與模擬球滾動的終端速度呈負相關,刺的材質主要影響滾動的阻力。

Analyzing Glucose Metabolism Connectivity in Huntington's Disease Using Dynamic Glucose-Enhanced MRI in zQ175 and R6/2 KI Mouse Models

亨丁頓舞蹈症為與認知功能障礙密切相關的神經退行性疾病。本研究首次應用動態葡萄糖強化磁振造影(DGE MRI)以了解葡萄糖代謝作為亨丁頓舞蹈症神經影像生物標記的可行性,以分析大腦中不同區域之間的代謝關係。 本研究對腦區間葡萄糖代謝關聯性進行分析,並針對訊號進行自動化分群,觀察特定訊號樣態之特徵。於zQ175 KI和R6/2 KI小鼠中不同的連接性變化模式中,發現紋狀體和齒狀回之間葡萄糖代謝連接性具顯著變化,與已知病理一致,顯示DGE MRI作為臨床生物標記之潛力,以利及時診斷和監測該疾病。 這項開創性的研究探索了使用DGE MRI作為亨丁頓舞蹈症影像標記可行性,並詳細分析腦區間葡萄糖代謝相關性,不僅進一步對該疾病之病理更加深入了解,同時提高早期診斷、疾病監測和精準醫療應用發展,說明可能有針對代謝紊亂的潛在治療策略。

新型微生物燃料電池於能源/水再生之研發

本研究探討新型微生物燃料電池(MicrobialFuel Cell, MFC)在能源再生及水資源處理中的應用。隨著全球氣候變遷和污染問題加劇,開發低碳、可持續的綠色能源為當務之急。MFC利用微生物將廢水中的有機物轉化為電能,不僅達到低成本、低碳排放的優勢,還具有處理廢水、產生電力等功能。本研究使用不含 「全氟/多氟烷基物質 (per- and polyfluorinated alkyl substances,PFAS)」的煤灰陶瓷隔離膜,並將市售的石墨氈電極進行改質, 以探討電極表面積(3x3、4x4、5x5 cm²)及不同材料(石墨紙、石墨氈、改質石墨氈、碳布)對MFC性能的影響。結果顯示,在電極表面積為4x4 cm²表面積時產電效率以及去除污水的效率最佳,顯示較小的表面積差異對MFC影響效果不大;電極材質則以石墨紙表現最優,但經改質的石墨氈在發電效果及去除污水的效率上皆接近石墨紙。本研究可為MFC在污水處理和能源再生中的應用提供了重要的數據參考。

日本南海海槽長微震特性比較及其與環境參數之關聯

本研究利用Slow Earthquake Database長微震資料探討日本南海海槽長微震事件發生的特性、嘗試找出造成此區長微震發生的原因。我們將日本西南部的四國島、紀伊半島、愛知縣依空間細分為八個小區,分區將長微震的資料繪製成圖表,並利用快速傅立葉轉換Fast Fourier Transform進行頻譜分析,尋找該區長微震的活躍程度及復發週期,復發週期為一季至一年不等。另外,我們也將環境參數與長微震的月平均發震時長做比較,發現兩地皆與風速呈負相關、和累積雨量推遲1~2個月後兩者間成正相關、和地下水位高度呈負相關。潮汐與長微震的相關性上,潮位高度的影響較漲退潮狀態顯著, 但兩者均對長微震的發生有著正相關。

懸掛液滴的光學成像性質與其組合應用探討

眾所周知,水滴是生活周遭容易取得且可以放大物的透鏡,藉由作品中的實驗裝置能夠方便的觀察液滴中的成像,且能夠隨意地改變取率半徑和折射率,並搭配手機方便觀察與紀錄結果。若欲知液滴中成像的放大率,可利用測得的曲率半徑帶入「造鏡者公式」得知水滴的焦距,得知焦距後,便可將其帶入「薄透鏡公式」即可得知放大率 (距離水滴的長度不同,有不同的放大率),再利用實驗驗證算出的焦距和放大率是否符合實際的焦距。之後改變液滴的曲率半徑和種類並比較其對放大率的影響 (本研究討論曲率半徑0.1公分和0.15公分的差距、水和食鹽水的折射率差距)。此外,更加以研究「球透鏡公式」與「薄透鏡公式」所算出的數據之差距與實驗觀察結果比較,並應用於複合透鏡中。

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。