全國中小學科展

臺灣

雙「風」對決,勢「伴」功倍—探討季風對颱風風場之影響與模擬

為探討季風對颱風風場之影響,本研究選取自2013至2023年間279個颱風,分析與季風互動後的七級風範圍及氣流輻合情形,並設計實驗模擬。我們發現,約84%的颱風受季風影響,常使風場不對稱,本研究以螺旋形取代傳統的正圓描述颱風風場,發現東北季風共伴時,風場北大南小、西大東小,為6字等角螺線形,輻合帶類似鋒面結構且多在北側;西南季風共伴時,風場南大北小、東大西小,為9字等角螺線形,輻合帶多在西南側;雙側季風共伴則都有影響;而無共伴時,風場呈橢圓形且無明顯輻合帶。本研究以水流場實驗模擬單、雙側季風共伴輻合帶,並分析實際颱風案例之氣流進入角,以氣流場裝置模擬颱風受季風影響的風速與風向場不對稱性,其結果與實際情形吻合。

哇嗚!!原來聲波真的可以滅火耶

本研究旨在改善火災應對技術,探討聲波滅火器的設計與優化。利用COMSOL Multiphysics軟體模擬聲波的物理特性,並透過實驗驗證模擬結果。結合程式設計驅動功放單體,測試多種頻率與角度的變化,深入探討聲壓頻譜、聲強、聲功率等物理特性。研究過程中發現,Q值是影響滅火頻率的關鍵因素,70Hz為最穩定有效的頻率,聲壓、聲強、聲功率的量測數據均再次證實此為最佳滅火頻率的推論。 這一創新發現為聲波滅火器設計和優化提供了新科學依據,相較於過去的錯誤嘗試法,我們通過專業軟體模擬並實驗驗證,再次驗證了Q值在滅火頻率中的關鍵作用的推論。未來將進一步探討聲波對火焰燃燒機制的影響,結合MLX90640紅外線熱顯影技術,以科學方法深入研究。

AIOT智能防護陪伴杖

隨著醫療的進步,已開發國家快速高齡化問題日益被重視,根據聯合國研究人口統計,2019 年全球平均壽命為 72.8 歲,逐年增高中,內政部統計國人 2021 年的平均壽命為 80.86歲,與聯合國公布2019年全球平均壽命比較,我國男、女性平均壽命分別高於全球平均水準 7.5 歲及 9.3 歲,2022 年 6 月底全國六十五歲以上的高齡者人口數為 3,983,640 人,占17.18%,由此可見,未來高齡者的社會人口比例越來越高,食、衣、住、行、育、樂等相關產業發展會是極為重要的一環,伴隨著人口老化趨勢,老人照護相關產業備受重視,而因為近期家裡長輩發生跌倒事故,讓我們注意到高齡者伴隨行動不便的問題,希望能藉由本次作品研究的內容,協助事故發生後相關後續處理問題,降低行動不便者因跌倒受傷的嚴重性。

一葉千「晶」——應用類神經網路識別繁星花草酸鈣結晶及其防禦功能研究

本研究應用類神經網路識別繁星花草酸鈣結晶及其防禦功能,我們成功設計出能識別結晶的模型,準確率達 0.948,我們運用此模型計算後續實驗的結晶數量。實驗發現:在繁星花中,根的結晶密度最高。愈新、愈小的葉片,結晶密度愈高,推測這可能與植物的防禦功能與生長之間的權衡有關。同一片葉片中,結晶平均分布。同一天裡,夜晚結晶密度較高 。 當繁星花個體處於乾早的土壤中,結晶密度會降低。以多隻蝸牛啃食、蚜蟲吸食的方式,能夠在短期內7天內促使植物生成結晶;但受毒蛾幼蟲啃咬以及人為模擬天敵啃食的個體 ,葉片結晶密度則無明顯變化。動物的攝食傾向明顯偏好無結晶的葉片,支持結晶具有防禦功能,能達到威懾作用。

「生紅過夏」—馬祖老酒

民國104年,老師曾做過老酒的科展研究,但釀製過程中老酒發黴,導致實驗失敗,所以我們決定用五年級習得的自然研究方法,再次挑戰製作馬祖老酒。 我們先去馬祖酒廠和林義和工坊進行訪談,發現釀製老酒最佳配方為圓糯米、水、紅麴和白麴,比例為10:10:1:0.06。釀酒方法為:浸米、蒸煮、攤飯、落潭、拌合、澄清、壓榨和煎酒八個步驟。我們進行兩組實驗,第一組研究米種系列的不同,第二組研究製酒液體的不同,並分別探討其「酒精度」、「酸度」、「糖份」和「風味」之差異。 為期32天的觀察後,發現製作老酒之米種還是以糯米系列最適合。製作老酒時還是以過濾後的生水為佳,但製酒液體可加入少量老酒避免發黴及提升風味。

「蜂」衣足「食」-食用蜂王乳對工蜂體內代謝的影響

本研究以蜂王乳(Royal jelly)作為研究對象,探討餵食蜂王乳之後工蜂(Apismellifera)的壽命變化以及脂質與蛋白質的代謝活性變化。 研究 結果顯示餵食蜂王乳 一個月後 的工蜂存活率 約為一般工蜂的三至四倍 。 而 餵食蜂王乳的工蜂體內的 非酯化脂肪酸 NonEsterifried Fatty Acids ,NEFA )約為一般工蜂的兩倍,且脂肪酸合成酶的活性較一般工蜂也有顯著提升,合理推測出在餵食蜂王乳之後,工蜂對於脂質的需求量增加,因此主動合成了脂肪酸,造成體內的脂質濃度高升。 此外, 餵食蜂王乳的工蜂體內的蛋白質濃度約為一般工蜂的兩倍,且 S6 基因 m RNA 表現量較一般工蜂也有所提升,由此推論出蜂王乳會對工蜂體內的蛋白質代謝產生影響,且是由工蜂體內主動合成。

消化或循環?扁蟲往復式消化道之發現

扁形動物蚵蛭已知有捕食消化的描述,但對研究價值更高的野生扁蟲相關文獻卻極為稀少。本研究以台灣近水域常見的網平扁蟲 (Paraplanocera oligoglena) 為對象,探討其捕食與消化行為。確認網平扁蟲為廣食性礁岸海域石下多種腹足類物種掠食者,覓食分攻擊、捕食和消化三階段,且僅捕食活體,為非腐食性生物。首創活體動物消化道觀測技術,以染色手法觀察網平扁蟲高迴數分枝的消化道,發現三種類別:枝狀管、盲管與循環管。藉動態影片追蹤食物進入扁蟲消化道後的移動,發現分節運動與蠕動現象,進一步分析其收縮頻率與運動方向,觀察到未曾報導過的雙向蠕動現象,確認消化道運輸模式為非循環的往復式蠕動。期望未來持續了解更多物種的消化腔,並提供野外族群追蹤的可能性。

探討咖啡葉萃取液對α-澱粉酶活性之影響

本研究探討咖啡葉的萃取液對α-澱粉酶活性之影響,分別檢測α-澱粉酶於兩種溫度、4種不同來源、28種自製咖啡葉萃取液,及一系列濃度之純綠原酸、純咖啡因、純芒果苷、純槲皮素和純EGCG環境中所產生之葡萄糖含量,用以評估α-澱粉酶之活性。實驗結果顯示,4種不同來源之咖啡葉萃取液,均對α-澱粉酶活性有抑制效果,其中以C牌抑制效果較佳。另外,咖啡葉會因不同生長位置、成熟度影響其對α--澱粉酶的抑制效果,其中以經揉捻、布球揉、解塊之咖啡嫩葉所製之萃取液對α-澱粉酶抑制效果最為顯著。再者,純綠原酸、純芒果苷、純槲皮素和純EGCG皆會抑制α-澱粉酶活性,且其濃度與抑制效果呈正相關,且彼此間均有協同作用。

以校園望遠鏡觀測木星及其衛星的光譜

本研究利用校園2023年底晴天率高的冬季觀測木星及其衛星的光譜,累積的資料初步確認光譜觀測於藍端(可見光偏短波長端)的強度變化較紅端(可見光偏長波長端)明顯,因此,若能用紅端來做為星球之間的交互作用影響會比較適合。本作品也把木星及其衛星埃歐(Io)逐日進行比對,利用紅端較不受影響的前提下,得出在11月3日時木星衝觀測當日光譜藍端有較佳的吻合,推測除了仰角與大氣影響,太陽光反射的角度也會對觀測結果有所影響。最後,本研究由埃歐(Io)光譜的進階光譜分析可以得知,不同日期的響應曲線會有些微的變化,推測可能是火山噴發的作用影響。

雷射光通過透明溶液產生繞射的研究

雷射光的強度從中央軸往邊緣遞減,當雷射光束照射到透明且會吸熱的溶液時,溶液吸收的熱能使溶液形成溫度梯度,伴隨著產生折射率梯度。同時抵達溶液界面的光線通過溶液後在出口處有相位差,光線互相干涉,在屏幕上出現繞射圖樣。 本實驗採用水、乙醇和葵花油當溶劑;過錳酸鉀、甜菜根紅素、螢光素、和酪梨油等高衰減係數物質當溶質,用起偏器改變雷射光的功率;探討雷射光通過溶液產生繞射圖樣的暗紋數目以及最大半徑的差異。雷射光的功率、溶液的吸光率、熱光係數、折射率變化,溫度變化、和熱導率為主要的探究變因。 利用簡易的器材,不但可以研究雷射光通過透明溶液產生繞射的現象,還可以應用到藥品純度的檢測,以及食用油摻雜量的檢驗。