全國中小學科展

臺灣

欲就還推-探討影響磁鐵水平磁束縛條件以及利用磁顯卡預測其形成之研究

本研究企圖嘗試探究透過磁鐵特殊的排列,使一個磁鐵處於既相吸又相斥的水平磁束縛態,並探討其形成原理、條件與預測工具。結果發現,一、利用兩個大磁鐵與兩個子磁鐵以特殊排列方式可能達到磁力平衡,且此時磁鐵會在某個區間所受的磁力為零,此磁鐵可以保持移動卻又等距的「磁束縛」有趣現象。 二、磁束縛現象特徵:1.大、小磁鐵數量(磁力)不能差距太大。2.增加母磁鐵數量較易造成磁力不易平衡。3.增加子磁鐵數量下,會增加磁鐵子母磁鐵的夾角。4.增加或減少大小磁鐵的磁力,磁束縛距離改變不大。三、 磁顯卡是可以用來預測磁束縛狀態是否形成的有效工具。

探討校園樹木固碳力-量化統計樹木固碳量與碳吸存效率之研究

本研究針對校園樹木分析其固碳能力,透過生長量法測量全校樹種的固碳量,並利用光合作用法分析苦楝與毛柿在不同季節的碳吸存效率。結果顯示,全校927棵樹的總固碳量達197.36噸,等於723.65噸二氧化碳當量,且固碳能力集中於榕樹、木賊葉木麻黃、印度紫檀及印度橡膠樹等(佔61%)。未來校園植樹應考量速生與長壽型樹種的組合,以兼顧短期與長期的固碳穩定性。光合作用實驗發現,苦楝及毛柿皆於夏季有最高之碳吸存量,而苦楝在全年之總吸存量較毛柿多,但是季節變化幅度較大;相較之下,毛柿全年皆維持較低但穩定的固碳效益,且單位面積之碳吸存量亦較苦楝高。最後調查並計算全校之電力排碳量並分析碳中和情形。

臺灣東部群震週期與大地震機率的分析

本研究使用1973-2023年地震數據,以DBSCAN進行臺灣東部、東北部及選定區域的群震分群,自相關分析及傅立葉變換探討其週期性,核密度估計推測群震後發生大地震的機率,並以群震及大地震數據擬和方程式。結果顯示選定區域群震空白期為9.28年,群震週期為6.18年;東北部群震空白期為13.35年,週期無法確定;東部群震週期為7.27年,空白期無法確定。選定區域、東北部及東部群震後200天內發生大地震的機率分別為9.86%、12.06%及6.41%。方程式顯示選定區域及東部內群震總能量與群震和大地震時間差呈負相關,東北部為正相關。將三區域2024年的群震及地震數據代入方程式,最佳標準化殘差值分別為0.15、-0.01及-0.93,方程式具預測價值,但仍需更多數據支持。

大衍萬象之謎—正多邊形頂點交換圖形關係

本研究主要探討正多邊形的換點問題。 在平面上給定一正𝑛邊形,在不重複經過任意點的情況下,一筆畫經過所有點並回到起始點形成圖𝐴。透過相同做法得到圖𝐵,最後將圖𝐴透過有限次的換點得到圖𝐵,找出換點次數最少的路徑。 本研究中證明了所有符合規則的圖形都能透過有限次換點得到,也探討了換點在鄰接矩陣上的意義,並透過排列矩陣定義出換點運算以及圖形的旋轉及翻轉運算矩陣,接著找出了圖𝐴換點到圖𝐵有捷徑步數的充要條件,並解決過程中使用到的基本運算。然後得出從正𝑛邊形換點路徑的唯一性以及尋找方法求出圖形的層數,並得出圖𝐴到圖𝐵最短路徑步數 ≤𝑖𝑚𝑎𝑥(𝑛),最後求出了 正𝑛邊形中不同構的𝑛點圖形個數。

應用於海水環境中稀土元素電化學沉積之機制探討與效率優化研究

現代工業對稀土元素需求增加,主要有兩種來源:稀土礦物的開採會產生大量廢棄物,對環境造成污染;回收稀土元素的主要來源是從廢棄的電子產品,添加有毒和放射性的酸洗液。相比之下,海水中的稀土元素也是個近年正在發展的回收來源,具有潛力的電化學沉積法具備選擇性、低能耗與環保優勢。本實驗利用電化學原理,從低濃度硝酸鈰溶液中沉積稀土金屬,探討不同條件、電極的影響,再以EDTA滴定測定鈰離子濃度變化以計算電化學沉積效率。最後在以氯化鈉水溶液模擬海水測試。 實驗發現,添加25mg硝酸鉀使用表面積大的碳氈、10mA電流電解並攪拌能成功沉積出鈰金屬氧化物,最後成功在模擬淡海水溶液中沉積出金屬,表示其應用潛力。

親「蘇」有別-電導度與界面活性劑之研究

用電導度判斷加入不同物質對清潔劑的影響,可瞭解到清潔劑濃度高低和電導度有著高度正相關,本實驗以推論電導度與實際電導度進行比較,發現清潔劑的清潔能力與電導度變化有關,電導度變大其清潔能力也會較高。清潔劑中加入氯化鈣和氯化鉀後電導度變化皆為降低,比較同族水中的陽離子,電荷數大或離子半徑較大時,其產生白色混濁的現象較為明顯,電導度變化也明顯下降,因此推論在含有高濃度鈣離子的硬水中或是含有鉀離子時,清潔劑的清潔能力會被降低,普通低濃度的硬水則影響不大。而清潔劑的濃度在20%以下加入小蘇打,則是能有效提高電導度使清潔力提升。

白浪滔滔我不晃-船隻阻尼器研究

本實驗以指尖陀螺與馬達製作阻尼器,利用角動量的原理來平衡船隻的晃動程度。從實驗結果發現有裝阻尼器的船隻,震動的波形相對較為穩定,表示阻尼器對於穩定船隻有實質上的效果。而改變指尖陀螺的質量和轉速,也驗證了角動量越大穩定的效果越好。希望未來能進行更大的實驗模型,進而實際應用在一般船隻上。

鋁試春秋-探討鋁離子電池陰極元件對效率之影響並試做太陽能充電模組

鋁離子電池材料的性質優於其他二次電池。我們將SP-1和活性碳混合,製成不同比例的陰極,進行充放電測試。結果顯示,SP-1能增加充放電容量,而活性碳僅增加充電容量。XRD和拉曼分析顯示,SP-1具有良好的插層能力,而活性碳的強吸附能力使電子難以從陰極釋放,因此對放電的影響不明顯。 實驗中,我們將電池的充電電壓設為2.4V,但有些電池只能達到1.2V。在剪開這些電池後,我們發現其隔離膜上的漿料覆蓋較少,推測是由於Ni-bar的厚度使隔離膜與碳紙之間存在空隙。經過調整後,情況有顯著改善。 最後,我們將四個電池組合,透過太陽能板充電,成功使3V的馬達運轉,證明我們的太陽能充電模組是可行的。

利用Verapamil引發斑馬魚心衰竭模式並探討臨床心衰竭用藥Dapagliflozin和Valsartan之成效與機制

近年來心臟疾病死亡率不斷上升,其中心衰竭是一種常見且高死亡率、高再住院率的心臟疾病,故如何治療並延長患者壽命是相當重要的問題。本研究利用 Verapamil 建立斑馬魚心衰竭模型,並作為疾病模式探討糖尿病藥物 Dapagliflozin 對心衰竭的作用。研究結果顯示,經 Verapamil前處理 4 小時再加入 Dapagliflozin 共處理 20 小時後發現,可以改善心衰竭斑馬魚心室肥大、心輸出量下降和水腫,但功能為滲透壓調節的離子細胞其密度無明顯變化。而心衰竭斑馬魚體內nppa、nppb、gata4、vmhc 這四種在心臟壓力上升時,基因表現量會上升的基因,經 Dapagliflozin處理後無明顯下降。綜上所述,我們推測 Dapagliflozin 可能作用於心臟及腎臟,透過改善心腎功能,排出身體多餘水分,使體液與電解質平衡,改善水腫的同時進而達到改善心衰竭的作用。

截柱錐體

此研究探討在正角柱及正角錐上一刀斬後分割成二部份而形成截面時,觀察其所形成的截面變化,並利用Geogebra、Desmos等電腦軟體模擬繪製,藉此來計算正角柱及正角錐分割成的截面周長與面積,進而推導出其公式及觀察截面大小之變化,以及其與側稜線長的關係。