全國中小學科展

臺灣

咖啡渣田拔蘿蔔-非牛頓顆粒流體的力學

在電影場景中的流沙是可以吞沒人體的自然現象,但實際上流沙能覆蓋人體的深度並不深。從文獻報告顯示,流沙是非牛頓流體的一種,但表現出來與太白粉所製的非牛頓流體不同。利用咖啡渣來建立流沙的受力模型,發現不論在阻力的表現、表面出水的現象與物體沉入的狀況與流沙都極其相似,以咖啡渣作為流沙的模型,可以減少使用玉米粉或麵粉所造成的浪費,同時可控制粒徑大小,測量受困者與流沙間的受力關係,立新的研究模型。在定力的實驗中,對物體施以垂直拉力,瞬間拉力約為物重的80%即可拉起;若沒有瞬間拉力,則需物重的120%以上。在動態的實驗中,物體所受的阻力會因著受力擠壓、含水量多寡、接觸面積、力量作用時間的不同而有差異。

模擬賽滅寧降解物對體內關鍵酵素之探索

賽滅寧(Cypermethrin, CYP)是一種被廣泛使用的II型合成除蟲菊精類農藥,常利用於蔬果及驅蟲中。已知,攝入高劑量的CYP會影響人體健康,並殘留於毛髮、皮膚與脂肪組織之中難以代謝。本實驗藉由鹽酸模擬CYP進入體內後受胃酸分解的狀態,檢測其降解產物與方式,並由CYP與降解產物的實驗探討是否會對數種與體內疾病相關的酵素發生交互作用,從而對酵素的活性與功能產生抑制作用。實驗發現CYP經由強酸會水解為兩種化合物,並對造成阿茲海默症的酵素乙醯膽鹼酯酶(Acetylcholinesterase)產生抑制作用,當CYP濃度越高時,抑制性越強,且經由對人類神經母細胞瘤細胞(SH-SY5Y)的毒性實驗發現相對是安全的。希望能藉此研究進一步探討CYP對體內酵素作用的影響,並且探索CYP降解物對生物體是否帶來潛在的益處。

真是知「面」、知「心」又識「高」的雙心多邊形!

1.雙心n邊形中,過任一旁心作不相切邊的垂直線(旁心高)並與該旁切圓交於一點,再過此交點作旁心高的垂直線(旁高垂線)則 (1)過內心I作旁心高的垂直線,則該垂足與I、對應切點形成一角具有旁高垂線與圓I是否相交的判別性質。 (2)透過旁心高和旁徑、內切圓、外接圓半徑的關係,進而推導出雙心n邊形面積和三種半徑有關的一般式。 (3)只有雙心四邊形的四條旁高垂線相交形成的旁高垂四邊形和原雙心四邊形全等,且具有對偶性。 2.雙心n邊形中,過每個頂點作不相切邊的頂點高,會與對應外接圓圓心角之正弦函數值有漂亮的比值關係式。 3.推廣文獻1結果到雙心四邊形,可得內切圓半徑與四個旁徑間類似的關係式。

不再DOWN的啄木鳥-探究科學玩具啄木鳥上升之因素與原理

本研究在探討啄木鳥科學玩具向上爬升的原理,並透過井字形結構,加振動喇叭的動力啄木鳥,探討懸臂長度、孔徑大小、輸入音源的振動頻率、振源位置與音源輸入振幅對啄木鳥上升速度的影響。 研究發現,啄木鳥玩具會在特定頻率下快速上升,與振動頻率是否對應到機構的自然頻率及共振效應有關。動力啄木鳥在懸臂長為300mm、孔徑10.3mm、振動頻率150Hz時,上升速度最快。振動喇叭放置位置會對啄木鳥上升速度造成影響,速度大小依序為懸臂前端>懸臂末端>懸臂中間。孔徑會影響啄木鳥的 升速度 ,而非自然頻率。音源輸入振幅需大於iPad音量10格才能使啄木鳥上升。

見光聞聲:以雷射都卜勒震動儀結合深度學習辨認聲音的方向

本研究在探討如何將「雷射都卜勒震動儀」(Laser Doppler Vibrometer, 以下簡稱 LDV)所測量出的一維訊號,進一步轉換出二維資訊,意即聲源的來向。本研究包含兩個部分:以物理推導出系統模型,與利用音檔進行深度學習以訓練AI模組,並根據不同聲源來向進行分類。經過推導,我們發現LDV所輸出訊號與待測物表面之關係。同時,也利用程式模擬待測物受聲波影響後之振動模式。藉此,我們以模擬還原出了LDV所收到的音檔,並與實際錄製音檔比較。最終,我們成功建立了分類準確率將近100%的AI模型,並改善了過去的聲源定位方法。

「鋸」我所知

我們主要研究鋸琴(伐木鋸)發聲的原理,探討演奏過程中可以用來調整的因素,如施力大小、方式、形狀...等,研究這些不同變因與發出聲音的關係;並討論使用不同引發聲音的工具(塑膠槌和弓弦)與擾動位置對聲音的影響。此外,還有對參考文獻中所描述鋸琴彎曲形狀之J形、S形與甜蜜點的定義加以分析,參考金屬薄片振盪狀態的理論及其拓樸區域模態對聲音的關係,理解演奏時鋸子彎曲形狀和甜蜜點在實驗中的角色,歸納出彈奏鋸琴時可使用的規律。

“魔法隱身與穿牆術”-全反射與光穿隧效應

自然課學過反射、折射和稜鏡色散,於是利用壓克力和不同液體來探討全反射和光穿隧現象,發現降低表面粗糙度能減少散射,以利觀察雷射光路徑;而紅光和紫光的折射角差值可作為色散的簡易指標。此外,液體溫度、濃度及相變化也會影響臨界角;結合不同臨界角可達成「魔法隱身」;結合不同全反射,則可應用於液體高度警示。 同時也探討全反射在介面形成的漸逝波(Ref.[1]),利用液體填入介質空氣縫來降低折射率落差,或是將空氣縫隙減小到幾微米以下,都能讓漸逝波穿越空氣縫來實現「魔法穿牆」,此現象稱作光穿隧(optical tunneling)效應(Ref.[1]),或受抑全反射(frustrated total internal reflection) (Ref.[2]),未來可應用在精密測量領域。

飛機下的童年-飛機噪音對學童學習效能的影響

透過訪談與學生問卷,應用Audacity分析飛機噪音頻率與響度變化,進行實驗教學活動,檢測教室內空氣品質。研究結果:每架飛機噪音影響上課時間8-15秒,室外響度92-103dB,教室開窗響度73-85dB,頻率以為高頻(1500~4000Hz)為主,飛機最大架次(20/小時)。 學生問卷分析結果:飛機接近教室時聽不清楚63.87%,影響學習能力47.11 %,體育課影響最60.5%最大,學生交談負面影響47.32%。教室隔音效果不佳76.9%。心理影響32.29%,聽力影響40.6%,噪音要看醫生24.21%。教學活動:在噪音環境下,實驗組的學習效能降低 ,高頻噪音降低36.19 %與低頻噪音28.95%。在噪音環境下,學習效能明顯下降。教室長時間關閉,空氣品質嚴重不良CO2、TVOC、HCHO嚴重超標,建議加強學校隔音與通風設備,冬天要開空調。

心心相連—探討五線繪製三角形的性質

本研究使用幾何繪圖軟體,利用五條直線繪製至少三個三角形,進而探討這些三角形的相似、全等、五心與內部結構,分析其中存在的數學規律或幾何性質,主要探討為三角形的五心共線和重疊問題。本研究發現,五條直線有一定規則才能繪製出三到五個三角形,且特定畫法的三個相似直角三角形的外心會共線、四個相似或全等三角形的垂心會重疊、三到五個相似或全等三角形的旁心皆會共線或重疊。

黏黏有移—探討環境因素對黏菌移動的影響

本實驗探討黏菌對不同條件所產生的趨性。七年級生物課時看過介紹黏菌的影片,引發我們對這種奇妙生物的興趣,想透過本研究了解環境因素如何會影響其移動。一、放在不同角度傾斜面的黏菌,都表現出對於重力的趨性。二、黏菌對於磁鐵具有正趨性,在磁鐵N上S下的環境會做順時針旋轉,反之S上N下做逆時針旋轉,在磁場強的環境下旋轉速度較快。 三、黏菌移動受到1mA或以上電流抑制。四、黏菌會避開黴菌生長區域。五、在某些環境條件下黏菌會循著其分泌的黏液移動。 近年來科學家對於黏菌的移動策略有一些研究,我們希望以簡單的實驗方式,透過控制單一變因,為黏菌存在的爭議或研究空缺找到答案,認識黏菌潛藏的適應策略與行為特性。