全國中小學科展

臺灣

沉沒的寶藏

本研究從浮沉子這項玩具出發,藉由了解控制浮沉子升降的因素,探討如何製作浮沉子以使其可更省力操作。我們發現藉由增加浮沉子負重,可更容易控制其浮沉。 此外,我們根據波以耳定律改良浮沉子,設計出簡單但有效的壓力計,可測量寶特瓶內壓力。 以設計的壓力計測量寶特瓶耐壓程度,測試過的寶特瓶中,最高在壓力達8個大氣壓力左右時仍未破裂。 施予寶特瓶相同外力時,不同品牌寶特瓶內產生之壓力亦不同。根據本研究的分析推論是:某些寶特瓶可能因其特殊設計而較能將受壓處外力分散到周圍的瓶壁,因此可讓受力面積增大而減小瓶內壓力,這種寶特瓶在遭受局部劇烈撞擊時,可能可承受較大外力。

數列DNA—等差數列的質與合

本研究取材自科學研習期刊的數學專欄題。 給定一個正整數數列,如果數列元素可以寫成這個數列的某些項的乘積,就稱該元素為這個數列的合項,否則稱該元素為這個數列的質項。 我們將研究聚焦於等差數列,並成功發展出首項為1,以及首項=公差-1之等差數列的合項快速篩檢模式,更進一步發現「首項的冪次模公差的週期性」,對於判斷任何等差數列的合項性質都具有關鍵作用。 我們證實存在「完全由質項構成的等差數列」,也觀察到梅森質數在特定的等差數列中可以作為其質項。 最後,我們修改質數定理,成功預估了首項為1、不同公差等差數列的質項密度。本研究為為理解數列的結構與性質提供了全新的工具與視角。

「稻」出「鋁」想「充」能力

本研究利用農業廢棄物再加工後的-炭化稻殼,經食用醋處理後搭配環保防水明膠配方製成碳紙電極,作為可充式鋁電池的正極材料;負極則是在鋁箔上塗一層較環保無毒的PVA;電解液使用2M氯化鋁/0.1M食鹽水/5g醋酸鈉,吸附在濾紙上,成功製作出可充式「炭化稻殼紙/鋁電池」,充放電循環3次後,放電的初始開路電壓最高可達1.296V,初始短路電流可達137.1mA,串聯兩個電池後,成功使LED燈發光持續至少72天,亦可推動風扇在約4mA的工作電流下維持215分鐘。 本作品多使用食品級的環保材料,較以往作品具有低汙染、低成本、超輕薄、可充電、可彎曲等多項優勢,充電後的穩定性更優於市售石墨片電極,可連續充放電至少5次,期待能為大型儲能系統添加一股永續環保的新契機。

自製幾丁聚醣化身紋身貼紙

研究生物材料的幾丁聚醣萃取及去乙醯化程度測量和製膜方法,並且製成自製幾丁聚醣紋身貼紙。以滴定法測量不同生物材料的去乙醯化程度,發現室溫下甘油加超音波再經檸檬酸萃取方法,胭脂蝦的去乙醯化程度最高81.7%。找到最環保萃取法:甘油處理後加蛋白酵素去除蛋白質,經20%檸檬酸浸泡及40%蔗糖萃取,能去除蝦殼中碳酸鈣,再以40%氫氧化鈉溶液100C加熱2小時,製成的自製幾丁聚醣去乙醯化程度88.2%和市售88%相近。以1g自製幾丁聚醣加4%醋酸40mL的成膜比例,經電解後加果膠,再浸於2%氫氧化鈉溶液後加天然色素,可得到具黏性、拉伸強度大、不產生澎潤、遇酸鹼溶液能變色且菌落數低13.67RLU的自製幾丁聚醣紋身貼紙,也可推廣至食品保鮮貼紙。

靜電密碼-無接觸電極感應探究

在求學階段大家對靜電這個名詞都不陌生,但基本上都只能背誦,例如毛皮摩擦塑膠尺,毛皮帶正電,塑膠尺帶負電;絲絹摩擦玻璃棒,玻璃棒帶正電,絲絹帶負電。靜電確實存在,而且稍碰即逝,接觸到的當下,電子瞬間就會導引掉,所以我們很難利用接觸的方式去測量。 本研究主要針對靜電的電性進行探究,從基本靜電實驗開始,逐步深入探討, 並利用電晶體可以放大訊號的特性,將電晶體串聯起來,增強放大效果。結合LED燈與蜂鳴器做為指示燈與警報器,當有微電流靠近時,警示燈與警報器便會通電,由燈號、聲響可以快速的判斷是否帶電,與電的極性。最後再進行改良,使系統能在準確、快速、安全且便宜的前提下讓所有學生不必再用死記硬背的方式記錄,並以實驗記錄取代,在工程上也能使用此系統在無接觸的情形下進行電力判別,使施工、維修能更加安全,大大的改善生活。

蚊蟲翅音的定性與防治應用

為隔離環境聲音增加蚊蟲專一性的聲音,自行製作降噪錄音箱,分析聲譜使用Aduacity及Room EQ Wizard兩個軟體,結果顯示自製錄音箱可吸收95.7%的環境聲音能量。以白線斑蚊為例,單隻雄蚊翅音基頻為906Hz;而單隻雌蚊翅音基頻為484Hz。雄蚊與雌蚊平衡棍長度與翅音基頻顯著相關。真實翅音的誘引百分率結果分別為雄蚊翅音對雌蚊為72.0%;雌蚊翅音對雄蚊為12.0%;交尾後雌蚊的翅音對自身為18.0%。完整模擬翅音的誘引百分率結果分別為雄蚊翅音對雌蚊為74.0%;雌蚊翅音對雄蚊為68.0%;交尾後雌蚊的翅音對自身為60.0%。兩種完整模擬雌蚊翅音對雄蚊及交尾後雌蚊,誘引百分率經統計,皆顯著高於兩種雌蚊真實翅音。綜合上述結果,透過模擬雌雄蚊翅音聲譜有助於誘引蚊蟲,研發物理性誘蚊產品。

革凡登聖-臺灣地區登革熱好發與太平洋聖嬰現象之天氣因子變動關聯探討

2023至2024年臺灣登革熱病例激增,國際研究指出太平洋區聖嬰現象指數(ONI與SOI)與登革熱病例數具正相關,推測聖嬰影響氣溫及雨量,增加登革熱病媒蚊傳播。故分析臺灣登革熱病例數與聖嬰指數相關性,顯示ONI值8月至2月關聯性高,兩病媒蚊均具傳播貢獻,且主要病源為南部。 登革熱病例數與聖嬰期間天氣因子關聯,則以8-10月ONI值1.7~1.9;8、9月均溫28~30℃; 10月雨量0~50mm為登革熱爆發最多的範圍。數據呈現ONI上升1.0南部1月氣溫可上升0.28℃,表明若聖嬰持續跨年,如2023-2024,可使冬季溫度激升,病媒蚊持續生長,造成病例數激增,故政府更需重視聖嬰年冬季登革熱防治。

嚴陣以待:詐騙情境與年齡之探究

當代社會被詐案例與金額屢創新高,儼然是當代社會必須重視的犯罪手法。本研究編製常見詐騙手法具體情境,經線上問卷施測回收數據,進行因素分析與迴歸分析。發現人際關係與情感相關詐騙議題的吸引力會隨著年紀增加而逐漸降低;而財富、名聲累積相關詐騙議題則隨年紀漸長,被吸引的可能性增加;工作與競爭相關詐騙議題和年齡的關係,則呈現兩個趨勢,年紀較輕的區間,對這類議題受關注的程度隨年紀增加;但年紀較長的區間,受關注的程度則隨年紀降低。無法統一歸類的詐騙議題和年齡間並沒有顯著的關係,可能因為影響是否關心這些議題的特質都與年齡無關。本研究整理出不同人生階段可能較為關注的詐騙類型,期對詐騙防治宣導等實際措施有所啟發。

禽畜糞堆肥除臭與氨氣資源化

禽畜糞堆肥常伴隨氨氣排放而有異味問題。目前成本低、培養易的木黴菌已廣泛用在堆肥中來加速發酵。此外,部分業者會將含氨臭的氣體蒐集再以稀硫酸水洗,產物硫酸銨可作為氮肥,但多被排棄。本研究結合木黴菌添加與排氣稀硫酸水洗,可縮短堆肥期程,更將氨氣肥料化,以(1)木黴菌合適添加劑量、(2)稀硫酸水洗參數等二項為試驗主軸。結果顯示:(1)添加2/100木黴菌可使堆肥成品中總氮增加13%,減少氨排放;(2)含氨排氣經pH 6-7稀硫酸水洗,98%的氨氣轉化成含約1,400 mg/L之硫酸銨溶液,氮含量為300 mg/L,相當於沼渣沼液農地施灌水準。

賠錢+賠錢=賺錢?探討帕隆多悖論的成立條件及在多賽局中發生的可能性

本研究旨在探討「帕隆多悖論」,將兩個容易賠錢的賽局遊戲A與B遊戲合在一起進行,卻能變成容易賺錢的賽局(遊戲C),這是違反常人直覺的現象,因此我們想探究其中的機制、原因和成立條件。 我們以「執行遊戲A和B之特殊組合」、「執行遊戲A和B之機率」和「遊戲A和B的賺錢機率」為實驗變項,應用Excel和Scratch模擬各情況之期望值,來探討帕隆多悖論成立的條件。最後,將研究發現結合專家訪談,找出在市場機制中的實際案例。 發現遊戲執行組合的影響最為關鍵,而且在執行遊戲A的機率為41%時會有最高的期望值。最後,我們找出帕隆多悖論在三種以上賽局成立的情形與必要條件,也歸納出各變項對於獲利影響程度 差異 及賺錢的關鍵週期 。