全國中小學科展

臺灣

環保(科技)海綿真環保?

科技海綿(又稱環保海綿)能在不使用清潔劑情況下去除污漬,被認為是環保用品。但在使用過程中會逐漸變小後消失,令人疑問的是:它真的溶解了嗎?是否會對我們和環境造成影響? 為此針對以下幾點探討: 一、探討其去污原理,並以顯微鏡觀察其纖維結構。 二、觀察使用後水體,確認使用後是否會釋放出塑膠微粒。 三、使用三聚氰胺檢測劑,測試使用後的水是否含三聚氰胺。 四、以使用過水種植綠豆與水蘊草,觀察生長情形,評估對生物的影響。 五、檢測市售牙齒美白橡皮擦,使用後是否釋放三聚氰胺或塑膠微粒,提醒消費者注意 安全。 透過實驗,期能探討科技海綿是否真的「環保」,並進一步了解其對生態環境的影響。

芭樂新時尚~新型水果套袋之研發

現有的塑膠與紙套袋對環境造成負擔,因此利用海藻酸鈉與乳酸鈣的交聯作用,在低成本紗布上成膜,以製作新型態的水果套袋。研究結果: 1.製程為先沾海藻酸鈉糊液,再沾乳酸鈣水溶液。 2.不同基底材料會影響套袋的縮小率、耐受性與透氣性。套袋要具透氣性需減少乳酸鈣反應時間,想增加吸水性則要在海藻酸鈉浸泡時間久一點。 3.實地應用於芭樂園採收率達96%,只加醋酸的細紗布套袋效果最佳,具有厚度低(0.24mm)、水分散失快(6小時內降低92%的水分),透氣性佳(水氣穿透率91%)等特性,在製作時須注意總面積有51%的縮小率。 4.未來發展:設計防果蠅、防螞蟻、防曬功能,以及多型態的套袋設計(如三角立體設計、觀察口設計等),讓其更適合實際應用。

力量放大術—帕斯卡液壓裝置的研究與應用

本研究以協助弱勢的特教班學生為目標,特教生常因肌肉發育不良導致施力困難,生活自理能力受限,在缺乏訓練輔具的情況下只能靠夾夾子、握筆、剪紙等動作來訓練肌肉,且效果有限。我們經資料整理與實訪評估後設計出一組液壓機,透過改變針筒容量及數量、使用不同液體等科學實驗檢測,製作出簡易好操作的裝置,讓特教生們進行慣用手指肌肉的訓練,以PASCO力量感測器測量並分析訓練後的手指力量以及施力穩定度的變化,發現使用本裝置訓練能達到顯著提升手指肌力的顯著效果,長期使用能增加肌力與肌耐力。本裝置能以不同的組裝方式、元件、改變施力位置來改裝,製造不同形式的訓練輔具,並兼具多功能用途、價格低廉、取材與製作方便等發展優勢。

好色之徒—塗色方法研究

本研究以排列組合的矩形表格塗色問題為出發點:「k種顏色,m × n的矩形棋盤方格,將上的每一格塗一個顏色,要求任意相鄰兩格顏色不能相同,共有幾種塗色方法?」首先,從1 × n、2 × n表格開始研究,接著往上延伸至3 × n。面臨複雜度的增加時,我們提出新的分類方式,考量各種情況,推導出遞迴關係式後,再以矩陣對角化的方式推導出3 × n塗色公式的一般式。在研究4 × n表格的塗色公式時,我們提出以「行」為單位的分類法來推導其塗色方法數公式,再以矩陣的形式呈現。後續透過觀察原有矩形表格分類,延伸探討頭尾相接的環形表格,推導出1 × n 和2 × n的環形表格塗色方法數公式。

伸縮毛毛蟲-如何將正方形與正三角形的規律圖形面積平分

將正方形的邊長從1,2,3,4…依序增加,在面積最大的正方形左上角,加上一個長方形,使其寬等於最大正方形邊長的一半,將最左上角的點連接最小正方形右下的點,形成對角線,問長方形的長為多少時,此對角線能將圖形平分。在此,我們得到一些結論及一般化的證明。 接著,我們把正方形改成正三角形,將三角形的個數依序增加,而邊長依序是1,2,3,4…,在面積最大的三角形旁加上一個梯形,梯形的高為正三角形高的一半,接著畫出斜對角線,我們想問梯形的底為多少時,此對角線能將圖形平分。這個問題,我們也得到一些結論。

智慧助力-自適應電動手推車系統

本研究針對傳統手推車於上坡、下坡及搬運重物時操作費力的問題,設計一套具智慧感測與動力輔助功能的自適應電動手推車系統。整合雙霍爾感測器偵測輪胎轉速與方向、陀螺儀辨識傾斜角度,以及壓力感測器判斷推拉意圖,可依環境與操作情境自動調節馬達輸出功率。我們建構13項輔助邏輯規則,簡化系統運算並提升反應效率。 實測推動34.5公斤負載上坡時,未啟動系統需7686克重(約75.3N)推力,啟動後降為1167克重(約11.4N),省力幅度達84.8%邀請100位使用者操作問卷,88%認為前推較省力,95%在上坡感受到輔助效果,75%認為下坡時系統阻力可防止滑動。 實驗結果證實本系統具備良好穩定性與實用性,未來可應用於物流推車、長照輔具或電動輪椅,提升操作便利與安全性。

次方總和公式的拓展

本研究以推導Sm(n)=(n∑k=1)km 一般自然數m次方總和的遞迴關係為起點,並進一步將其轉化為巴斯卡三角矩陣中的線性方程組。透過使用消去演算法,發現Sm(n)的多項式係數不論m皆由白努利數列控制。接著證明白努利數bk的重要規律,推廣次方總和公式在非正整數的意義。再用次方總和公式來加總任何解析函數(平行加總泰勒級數),整理得Euler-Maclaurin 求和公式,然而此無窮級數通常會發散,透過數種技巧估計餘式項上界獲得最佳近似部分和,用以求巴爾賽問題(Basel Problem)的近似解至小數點後18位。

解密K-探討CuSO4+NaI的平衡常數

本實驗想要研究CuSO4與NaI混合反應之平衡常數,首先,藉由CuSO4與NaI不同比例混合後的反應現象,了解反應進行的狀況。接著,分別嘗試測量平衡方程式:2Cu²⁺ + 5I⁻ = 2 CuI(白色) + I₃⁻ 特定物質的莫耳數,以便求出達平衡時,各物質的平衡濃度,解此求出平衡常數。 先後採用(1) CuI沉澱重量,(2)利用I₃⁻與NaOH的自身氧化還原反應,(3) Cu²⁺與 Na2S2O3和I₃⁻與Na2S2O3的氧化還原反應,求出平衡濃度與平衡常數。 前兩個方法,均遭遇困難,目前使用第三種方法順利求得平衡常數約為2×106。

四邊形內接三角形的面積

本研究從一道科學班入學考題出發,突破傳統代數解法限制,提出創新的幾何作法,並系統性推廣至更廣泛的圖形。透過將內接三角形分為【點邊邊】,與【邊邊邊】的兩種類型。結合使用 GeoGebra 進行作圖與輔助推理。使用正弦定理、餘弦定理與相似形等幾何原理進行推導。探討其內接三角形與周圍多邊形的面積關係。從長方形開始,逐步推廣與觀察,歸納出面積公式的形式,並進一步應用至其他凸多邊形,建立更普遍性的面積關係公式與解題策略。

「益」生好友–烏趖趖(oo-sô-sô)的茭白筍

從文獻及農友經驗得知,菰黑穗菌有助 茭白筍成長;但茭白筍含大量孢子時會被遺棄,因此本研究以新鮮和乾燥茭白筍調製汁液,探討烏趖趖(oo--sô-sô)的茭白筍汁能否促進種子發芽及蔬菜成長為主題,結果發現: 1.茭白筍汁可促進小白菜、香菜和高麗菜等種子發芽;秋冬轉作促進小番茄、馬鈴薯、甜菜根的生長,提高甜菜根、馬鈴薯和蘿蔔1至1.6倍產量;春天轉作促進甘薯葉、空心 菜、韭菜、芋頭和木瓜的生長及產量。 2.乾燥茭白筍的汁液有助鼠尾草、甘薯葉和空心菜的生長。 3.實驗組根莖葉剖面皆無黑點,且小番茄甜度較高。 本研究結果能提供農友再利用茭白筍及季節轉作的參考,降低化學肥料依賴與環境負擔,增加作物產量,具環保與促進循環農業之應用價值。