全國中小學科展

臺灣

風起「渦」湧~卡門渦街現象與風力發電

本研究在風洞中觀察到卡門渦街造成振動阻體共振的現象,了解到振動阻體口徑、風速大小影響卡門渦街頻率,而振動阻體的自然頻率與渦街頻率在特定條件下發生共振,也觀察到前後擺放兩個振動阻體,振動阻體因卡門渦街,有交錯擺動的現象。我們利用可產生最大振幅,口徑16cm的彈簧阻體來製作發電裝置,在風速3m/s、彈簧長16.5cm下,可得到最佳功率為530±11mW。將前後擺放兩個振動阻體串聯,在風速3m/s、彈簧長19.7cm下,可得到最佳功率為12.5±0.5mW。未來期望多加以改進並實際運用到生活中。

力拔山河-立體幾何模型與氣體對泡泡薄膜的影響

我們學會使用表面張力儀,也利用天秤自製工具,透過實作驗證溫度影響表面張力,每調製泡泡水皆測液溫及表面張力。將幾何模型由泡泡溶液中提離,模型中出現的薄膜因泡泡液體的表面張力而存在,泡膜間相接觸後會重新分配分子位置利於達穩定且內凹的泡膜型態。不同的速率、不同的方位(點、線、面)將模型拉離泡泡水面,發現點先離開泡泡水的內凹薄膜完整成型率最高,面先離開泡泡水成型率最低,邊數越多的幾何模型中間越不易形成結點或小平面的薄膜。對著泡泡薄膜中間打氣可形成與該模型圖案相近的氣室;可藉由抽氣筒將此氣室內的氣體抽出,並恢復該泡膜無氣室前之型態。若乾燥針尖戳入某一片泡膜,可發現,沒被戳的部分區域的泡膜幾乎可保持原貌。

knight探城祕

在探究騎士過城堡的棋盤格遊戲中,我們發現棋盤設計巧妙,玩家可以從任意棋盤格出發,利用西洋棋中騎士的L形走法,跳過棋盤上的每一格且僅能跳一次,最終返回起始點以通過城堡。本研究的目的是在4x4棋盤格中,找出符合遊戲規則的棋格圖形。首先探討3x3棋盤中任意兩格與其路徑圖形之間的關係,發現了路徑與圖形間的相對關係,將此發現應用於4x4棋盤,並以「路徑探戡法」通過Python程式分析生成棋盤格圖形的路徑,刪除不符合遊戲規則的圖形,合併重複、對稱和旋轉對稱圖形。最後篩選出的棋盤格圖形,依棋盤格子數量分類:8格的有1個、10格的有8個、12格的有9個、14格的有1個,總共19個符合遊戲條件的棋盤格圖形。

建立小綠皮珊瑚的保鮮盒養殖技術及觀察

本研究致力於建立一套於保鮮盒中養殖小綠皮珊瑚的系統,旨在提供研究人員以簡單且低成本的方式進行珊瑚培育,甚至使高中生也能利用此 系統進行相關研究。我們以單一珊瑚片段 上的珊瑚蟲數量及施加藥劑誘導白化等變因為基準,比較不同條件下的生長與代謝反應,以量化小綠皮珊瑚的健康狀態。分析實驗數據後,結果顯示此系統具有可行性,所有小綠皮珊瑚樣本片段無論大小及是否為白化狀態,皆表現出穩定的生長,不僅存活率達 100%,小綠皮珊瑚的健康狀況也相較於培養前有所改善。此外,我們成功培育了白化狀態但仍健康的小綠皮珊瑚,以及僅含單一珊瑚蟲的珊瑚片段,有利於不同實驗目的的研究者進行相關研究。

暗地裡的情人淚―藍綠菌的無光養殖大揭密

本實驗希望能透過添加不同配方的營養素來幫助雨來菇在無光或弱光的環境下生存。實驗結果發現: 一、強光下雨來菇適合架鐵網半乾半溼養殖,弱光及無光下適合架鐵網、鋪上不織布養殖。 二、強光下不需添加營養素僅需加水,以光合作用自營方式生長,添加營養素會有混和營養導致的生長遲滯期甚至抑制生長。 三、弱光下重量增加最多的為配方水+BG11+醋酸鈉5g+尿素5g,其次為水+BG11、水+BG11+醋酸鈉10g、水+尿素5g,顯示弱光下需添加碳源及氮源協助生長。 四、無光下重量增加最多的為配方水+BG11+醋酸鈉10g,其次為水+BG11、水+BG11+醋酸鈉5g+尿素5g、水+尿素5g,顯示無光下需添加碳源及氮源協助生長。 五、我們認為醋酸鈉必須搭配BG11才有較佳效果,尿素5g可能只夠一週的養分所需。

純「翠」力,輕鬆控草-翠盧莉水萃液應用於雜草管理之可行性初探

發現翠盧莉所在處周圍雜草稀少,實驗利用翠盧莉莖、葉水萃液對大花咸豐草、牛筋草、小白菜、福山萵苣和玉米種子進行發芽測定,觀察蔬菜幼苗生長情形,並使用葉水萃液澆灌野外種子土,測試對不特定雜草種子發芽及幼苗生長影響,再用碘滴定法試驗水萃液的抗氧化力。結果顯示:翠盧莉葉水萃液對種子發芽抑制效果最佳,且濃度越高效果越好。實驗室25°C以5%葉水萃液浸潤,對大花咸豐草發芽抑制率達100%;以8%澆灌野外種子土,對大花咸豐草種子發芽抑制率達95%。5%莖、葉水萃液具良好抗氧化力,與文獻提到化感作用中效果較強的酚類化合物,具有高抗氧化力的資料一致。因此推論翠盧莉可藉由淋溶作用,影響植物萌發與生長。

百密一「疏」〜校園智慧疏散系統之建構

此研究建構一套校園智慧疏散系統—GuideRoad Live,以協助學校規劃逃生路線,並在緊急狀況下迅速提供疏散建議。該系統具備精準定位、壅塞回饋、避難追蹤、聰明疏散等四大功能。在精準定位方面,系統進行地圖建模,結合校園WiFi數據庫,分析教室GPS資料,實現個人定位。在壅塞回饋方面,系統透過監視器分析樓梯壅塞情況,即時回傳數據、更新路線,並設計蜂鳴器警報,降低學生恐慌與推擠風險。在避難追蹤方面,系統匯入地震級數,提供即時警示預估逃生時間,提供逃或躲的疏散意見,並對外援助與給予使用者關懷。最後,系統根據節點、邊、人流速度、壅塞回饋的即時數據等因素進行權重計算,達到聰明疏散的目標。

美美之光-利用原住民特色染料改善染敏電池的發電效率

本研究源於對阿美族傳統服飾中使用的薯榔染料的興趣。傳統上,阿美族服飾以白色和紅土色為主,其中紅土色來自於薯榔染料。透過與長輩的交流,我們了解到薯榔染料不僅用於染色衣物和紗線,還能用於棉麻製成的魚網,增強纖維的韌性並抵抗海水腐蝕。 隨著太陽能發電技術的進步,特別是染料敏化太陽能電池(DSSC)因其製作簡易和成本低廉而受到關注。我們的研究旨在探索將薯榔染料應用於DSSC,取代或混合傳統化學染料,以期提高電池的發電效率和耐久性。這項跨領域的研究不僅致力於傳統文化的保存,也尋求可持續能源技術的創新途徑。

免死金牌變因下的汰留問題進階探討

偶然接觸Knuth 具體數學[1]、九死一生[2]與我要活下去[3]後,發現汰留問題實為約瑟夫問題的變形。而科學教育月刊的「免死金牌變因下之約瑟夫問題初探」[5]中引進「免死金牌」設定,提升約瑟夫問題的複雜度與趣味性,勾起我們的好奇心,其中的約瑟夫問題實為汰留問題,且利用遞迴關係遞迴至免死金牌持有者的編號為1號和2號。其中編號1號的規律佳,但編號2號的規律複雜。我們換個方向思考,當免死金牌持有者的編號為奇數時,依淘汰順序來討論;編號為偶數時,利用遞迴關係遞迴至奇數,找出最後存活者編號的方法與通式。進一步在汰留問題及免死金牌汰留問題,找出倒數第k位存活者的編號規則,並將問題推至兩面免死金牌也得到很好的結果。

揚善止惡的「泥」~萬丹泥火山土壤性質改善研究

萬丹泥火山泥塊被當成棄土堆放,造成鄉公所及農民困擾,本研究添加廢渣及醋,來改善土壤性質,使廢土變成可耕種土壤。結果如下: 一、泥火山土壤pH值約為9.5,土壤顆粒細小、孔隙小,水不易滲透,乾燥後變成硬塊,植物無法扎根。 二、泥火山土壤添加咖啡渣和茶葉渣後,產生團粒結構,水入滲率提高。以泥渣比8:2種植紅豆,生長平均高度最高。添加蛋殼種植,紅豆均無發芽。 三、泥火山土壤加醋調配,可改善土壤酸鹼性質。以醋水比1:9搭配泥茶比7:3混合土壤,最適合紅豆生長,且添加茶葉渣紅豆生長情形比咖啡渣好。 四、羅勒以泥渣比8:2搭配醋水比0:10泥火山土壤種植,葉子枯黃率最低且葉數增生率最佳,且添加咖啡渣葉數增生率比茶葉渣高。