全國中小學科展

臺灣

不倒翁關東旗

本研究是從槓桿原理來探究立旗傾倒的原因,進而改良立旗設計,使它更加穩固。 市面上通常是用加重旗座重量(增加抗力)來改善立旗傾倒狀況,結果反而使立旗難以搬動。我們的研究是從「旗面」、「旗桿」、「旗座」三方面來探究,從結果中提出建議與改良: 1.旗面上加孔洞與尾鬚減少風對旗面的施力。 2.旗桿上縮短長度減少風的施力臂,加上軸承使旗桿快速轉向,減少旗面的受力。 3.旗座加入平面軸承(旋轉盤),避免旗座因傾斜旋轉而翻倒,並將旗座重量加在外圍,增 加旗座的抗力臂。 新式立旗在六段風速中,只要原始版旗座重量的41%就可穩定不倒,我們的新式立旗可大幅降低旗座重量且更穩定,改善傳統立旗的問題。

步步驚魂 ---沙崙海水浴場的美麗與幽愁

本研究主要探討淡水區沙崙海水浴場離岸流的特性與成因。透過專訪了解到2012年所發生的5位學生溺水事件中,學生落海的位置與溺水倖存者對當時海流的描述。接著從沙崙海水浴場海底等深線圖製作立體地形模型,觀察保麗龍球和紅墨水在模型中隨著水波移動與擴散的情形,再實際踏查並空拍海水浴場海水的流動狀況。我們發現:沙崙海水浴場有離岸流,這個離岸流區大約在(25°11'25.50"北 121°25'1.66"東)、(25°11'19.91"北 121°24'49.64"東)兩警戒點之間的海岸線,而其他區域也存在著迴向離岸流區的環流,因此強烈建議在沙崙海水浴場須嚴禁下水活動。沙崙海水浴場離岸流主要是由填海造陸後形成的巨大岬角地形所產生,若沒有人工的改變,原來的海流會順著海岸線進出沙崙海水浴場海灣。

喔「葉」!皇宮菜在缺水逆境中訊號傳遞之研究

本實驗探討皇宮菜為適應乾旱的訊息調控機轉,我們發現不同生長階段耐旱程度不同,具耐旱力的成熟植株透過氣孔密度提高、氣孔簇發生和降低氣孔張開度,來減緩水分蒸散速率以維持葉子含水量,同時也發現皇宮菜在乾旱脅迫下過氧化氫的提高。我們噴施過氧化氫於耐旱力低的幼苗葉片,結果顯示氣孔密度和氣孔簇增加以提高葉片含水量,增強幼苗的耐旱性。當以抗氧化劑處理會降低成熟植株的抗旱能力,且進一步證實過氧化氫參與ABA的訊息調控機轉,改變表皮細胞形態和氣孔分布,並透過鈣離子調節氣孔運動優化氣體交換效率,達到減少水分散失維持光合產量,此有助於理解作物在乾旱下的氣孔發育模式,作為影響作物產量和土壤節水可能的潛在機制。

蟹葉「銅」「鋁」來電-環境友善光電強化銅鋁電池的探討

本研究探討以光電延長電化學電池壽命的可行性,在鋁銅電池兩電極間置入以幾丁聚醣為載體含有葉綠素、氯化鈉、及醋酸之膠態電解質所組成的新型三明治電池。電池以鋁網為陽極、中空銅框為陰極,太陽光經照射光敏染料的葉綠素,激發電子,傳遞電子至陽極,還原被氧化的鋁減緩消耗,被氧化激發態的葉綠素則為經外線路傳遞到陰極的電子還原為基態。研究結果顯示於葉綠素溶液中,加入幾丁聚醣(3.0%)、氯化鈉(0.6%)及醋酸(1.0%),所配出的膠態可得最好的最佳組成及條件,照光情形下含葉綠素之電池比不含葉綠素之電池電功率下降速度慢很多,證實以光電延長電化學電池的壽命的可行性,本研究為一種環境友善的新型太陽能光電輔助鋁銅化學電池。

跳蛛體型大小與跳遠能力、距離判斷之關係探討

蠅虎科(Salticidae)以其優異的跳躍撲食能力而得名。然而牠們究竟能跳多遠?其跳躍距離與身體各項形值(體長、體寬、腳長等)之間是否有關聯,則一直缺乏佐證資料。本研究蒐集了安德遜蠅虎(Hasarius adansoni)、拉邁宇跳蛛(Cosmophasis lami)和彼得條斑蠅虎 (Plexippus petersi)等三種跳蛛,設計了跳台實驗,測試牠們究竟能夠跳得多準和多遠,並測量每一隻跳蛛的身體形值,想找出影響跳躍距離最多的形值項目為何。結果顯示,三種跳蛛的最遠跳躍距離確實存在差異,體型較大的安德遜蠅虎和彼得條斑蠅虎,最遠可跳出體長21~25倍的距離,跳遠能力顯著優於體型較小的拉邁宇跳蛛(體長17.5倍)。另外本次實驗也觀察到,在有充裕空間的情況下,跳蛛並不傾向精準地測量距離並進行跳躍。

大馬小馬走天下

有個經典的騎士巡邏問題 : 騎士用馬步移動,每個格子至多走一次,試圖找出最多步。我們定義2x3的矩形方格圖中走對角線為大馬步,2x2的方格中走對角線為小馬步。依照大馬步、小馬步輪流交錯走,我們發現 : 若指定特殊起始點,在(偶數m) x (偶數n)的矩形中可以走完所有的格子。若騎士能將格子走完,本質上非常類似漢米爾頓路徑。其它無交錯的走法(如連續大馬步或連續小馬步),我們也找出最多步的一般式。本作品的價值在於擴充馬步為大馬步與小馬步,推廣正方形為任意比例的矩形,並用深度優先搜索(Depth First Search,以下簡稱DFS)驗証結果。關鍵論証在於著色法與DFS ,若騎士無法走完,著色法能証明步數的最大值,DFS能讀完圖中所有資訊。結論的一般式紀錄於後。

AI監測技術追蹤蓋斑鬥魚攀葉行為之研究

我們觀察到蓋斑鬥魚會攀爬到漂浮水面的葉片,這獨特行為引起我們的興趣。為探討蓋斑鬥魚攀葉行為,本研究開發「鬥魚攀葉行為AI監測系統」,可準確、穩定地收集攀葉行為歷程,並直接提供研究數據。我們探討了競爭者數量與葉片特徵對蓋斑鬥魚攀葉行為之影響。 研究結果顯示,蓋斑鬥魚間的競爭行為是影響攀葉行為的重要因素。競爭後,弱者會有兩種不同的避敵行為,一是積極攀葉,二是消極側躺在角落不動。此外,當鬥魚攀上吃水較淺的葉片上,需要以側躺姿勢攀附,但這也是一個相對安全的避敵空間。我們曾記錄到一天高達92%的攀葉時間。 本研究找到了蓋斑鬥魚攀葉行為的原因,提出競爭後的弱者避敵模式,也為動物行為監測技術提供了一個可能性。

降脂「原」「因」~咖啡豆或葉中綠原酸及咖啡因對脂肪分解之探究

本研究探討咖啡豆及葉的萃取液抑制胰脂酶分解三酸甘油脂,實驗操縱變因分別為綠原酸與咖啡因濃度、咖啡豆烘焙程度、咖啡葉萃取液浸泡時間及製葉方式。實驗中將胰脂酶水溶液分別置入一系列樣本中,並加入三酸甘油脂,探討胰脂酶於不同作用環境中之活性大小,並進一步探討不同變因在其中之影響程度。實驗結果顯示,咖啡因、綠原酸皆會抑制胰脂酶活性,其中以咖啡因的抑制效果較明顯,綠原酸的抑制效果只在較高濃度時才會展現。咖啡豆的烘焙時間以6分鐘綠咖啡及18~25分鐘淺中深焙,對胰脂酶活性抑制效果明顯,推測與咖啡因濃度有關。另外以微生物發酵製得的咖啡葉萃取液對胰脂酶有顯著促進效果,但以揉捻方式製得的咖啡葉能有效抑制胰脂酶分解。

手助健康~具保濕、抗氧化、防曬多功能「乾洗手液」之開發研究

衛生福利部宣導75 %酒精能預防新冠病毒,但頻繁使用酒精卻易造成手部乾裂,因此本組利用酒精浸製金銀花、烏龍茶葉、桂花、柚子皮等製成酊劑,再混合羅勒籽及奇亞籽所提取的成分,研發具消毒暨護手雙效的酒精性乾洗手液。經過pH計、UV粉及蘋果抗氧化測試顯示,本組所研發之乾洗手液呈弱酸性,與皮膚酸鹼值相仿,且具有抗氧化與抗紫外線(防曬)的功效,比一般市售產品效能更高。此外,本組意外發現果膠混合液能製成風乾膜有效對抗紫外線。總結本組研發之多功能乾洗手液除了具有天然保養之功效,還能讓果皮產生環保效益,極具開發之潛力。

香灰再利用─以廢棄香灰製成屋瓦及人行地磚改善酸雨問題之研究

廢棄香灰處理不易且對環境有危害,廢棄香灰經定性分析後含鹼性物質CaO,佔其成分中50%,因此以廢棄香灰研究製成香灰屋瓦及地磚,探討其能否與酸雨酸鹼中和之可行性,我們進行多次屋瓦逕流酸雨及浸泡酸雨實驗,且台灣地區的下雨型態多為豪雨沖刷屋瓦頻率高,在實驗中觀察到香灰試片與酸雨中和效率和內含香灰比例呈現正相關,結果顯示摻入20%香灰所製成的屋瓦的酸鹼中和能力最適合台灣環境使用,香灰製品相較於傳統屋瓦有製程價格低、高耐用性和酸鹼中和效率高等特性,可作為屋瓦材料或地磚的新發展。製作地磚部分因發現水泥會包覆香灰陶粒,因此採用孔洞較大的陶瓷摻雜香灰進行3D列印,可快速製作不同環境應用之地磚。