全國中小學科展

臺灣

非牛頓流體在力學的測試與應用

科展以非牛頓流體為主題,想要瞭解不同澱粉漿加PVA膠水混合,以硼砂或碳酸鈉進行交聯作用形成聚合物,在靜止或運動中受碰撞或衝擊時,在力學測試的變化與效應,進行實驗設計。 實驗設計與結果說明: 1.玉米粉、地瓜粉及糯米粉混合PVA膠水,以硼砂或碳酸鈉進行交聯作用,彈珠在不同高度落下可緩衝58.6%~70.0%位能;彈珠自40㎝軌道滑落,可緩衝88.0%~95.3%動能;彈珠自240㎝高度落下,以撞痕深度計算可緩衝70.0%~85.0%位能。 2.非牛頓流體為彈性物質,無法取代剛性物質作為結構垂直柱體,以(糯米粉漿+PVA膠水)+硼砂或碳酸鈉製成緩衝器,可考慮取代剛性物體作為鋼斜撐物質。 實驗結果說明,澱粉漿+PVA膠水+碳酸鈉有較佳的垂直與水平緩衝效果,並可考慮作為結構鋼斜撐的緩衝器及防撞器。

綠意重構:葉綠素鐵對降解亞甲藍的友好新策略

現今有機污染物遍布,在處理有機物的文獻中,FeIII-TAML催化劑配製不易且Fenton反應需在酸性環境下才有較佳的效果。有鑒於此,本研究以葉綠素鐵(將葉綠素a中心的鎂離子取代為鐵離子)取代FeIII-TAML作為催化劑,探討是否能與之有相近的降解效果。本研究探討葉綠素a在不同環境下的穩定性,並評估葉綠素鐵對降解亞甲藍的影響。結果顯示,葉綠素a在暗室中較易保存。50ppm亞甲藍液3mL在反應條件為1000ppm雙氧水3mL、pH=10.3緩衝溶液8mL中,加入葉綠素鐵1mL,9小時後,去除率高達96.6%。本研究證實葉綠素鐵作為降解有機染料之催化劑的可行性,並提供處理鹼性廢水的新策略。

分角曲線之探討

本研究探討給定平面任意三點A,B,O,滿足∠OPB=∠APO的點P軌跡為何?有什麼性質?我們主要運用複數解析求出曲線方程式,再運用其對觀察到的曲線性質進行證明,我們亦在作品中給出一些幾何解釋。之後我們更進一步更改兩角度之間的關係(如成倍數關係、差為定值等),得到了豐碩的成果。最終還發現此軌跡與其他曲線間的關聯,並說明了背後的幾何本質。

以線蟲模式探討代糖調控宿主與腸道菌相交互作用機制

代糖是一種低熱量的甜味替代品,雖在過去被認為對人體無害,近年研究卻發現代糖會引起腸道菌相失衡,有害宿主健康,但其機制仍不明。秀麗隱桿線蟲的腸道上皮細胞與人類相似,且腸道共生菌易觀察,適合探討宿主與腸道菌相間的交互作用。本研究以代糖乙醯磺胺酸鉀(acesulfame potassium, AceK)餵食線蟲,發現AceK在腸道共生菌滅活狀況下,能夠藉由減少腸道粒線體自噬作用、上調抗氧化基因sod-3並增加線蟲體內的H2O2濃度,使線蟲壽命延長;但在腸道共生菌的交互作用下,上述效果皆減弱,AceK反倒促使線蟲腸道菌量增加,因此干擾宿主利用H2O2控制腸道菌量的能力,導致線蟲提早死亡。本研究發現AceK會使腸道菌量失衡,並進一步探討過量的腸道共生菌與宿主競爭AceK並影響宿主生理功能之機制。

Banana「波~內納」-運用非破壞性電阻抗法檢測超音波催化效果之研究

本研究探討以電阻抗作為非破壞性檢測指標,評估芭蕉與香蕉的成熟度,並分析超音波對澱粉酶活性催化之影響。傳統品質分析多為破壞性,本實驗以LCR儀測量水果在不同成熟階段的等效電路的並聯電阻(RP)、並聯電容(CP)、串聯電阻(RS)及總阻抗(ZAB),比較在有無超音波發射下的變化。實驗結果顯示,隨成熟度提升,RP 與ZAB值穩定上升,超音波實驗組百分比上升幅度較大,推測其加速澱粉酶催化作用,促進成熟;芭蕉因果皮較薄,反應更顯著。本研究顯示超音波具催熟效果,電阻抗可作為成熟度評估依據,具智慧農業應用與自動化品質監控之潛力。團隊亦設計超音波催熟箱,供業界與家庭參考。

方圓之間—魔錶3探秘

本研究找出魯比克鐘最少步數解法,發現立柱影響連動範圍、鐘面組合數和同步轉解法: 一、立柱具有唯一性:用於考慮鐘面重疊範圍時,2<=n<=8用鐘面集合的交、差集計算;以阿達瑪矩陣積得到全部鐘面連動範圍。 二、對稱性是決定影響唯一圖的關鍵,考慮「雙重對稱」特性,得到5種唯一立柱組合。 三、組合數與起始狀態數:無對稱軸時,鐘面有n個的組合,組合數為4n個,起始狀態數有4n-1。有1個對稱軸,對稱軸上有a個鐘,共有n個鐘的鐘面組合,組合數為(4n+2n+a)/2個,起始狀態數有(4n+2n+a)/2-1個。 四、鐘面同步轉在考慮立柱唯一性與鐘面對稱性,彼此獨立的鐘面僅有14個,同一指向0的最少步數一定是7步。

舞動熱流-探討熱量在流體中的傳播

本研究探討熱區與冷區在水中造成的對流與擴散現象,並以水蒸氣柱模擬氣旋中心熱氣流及颱風眼內部結構。結果顯示,熱區擴散速度隨溫差顯著上升,冷區則變化較小,呈現不同的對流型態。進一步量測蒸氣柱風速與垂直溫濕度分布,發現風速於一定高度出現「零風點」,其高度與蒸氣柱直徑呈比值約為7。此區為熱對流動能轉弱之處,對應氣旋眼牆的無風層。最後導入外圍切線風,成功建立具對稱性之旋轉風場,重現類似颱風眼牆的氣流結構,為理解熱帶氣旋的垂直環流提供可驗證的實驗依據。

危機蟲蟲—基於 Inception v3 的害蟲影像辨識與數據優化研究

本研究針對農業害蟲辨識數據集的優化進行探討,旨在提高深度學習模型的辨識準確度。隨著科技進步,人工智慧在害蟲識別中愈發重要,但現有數據集面臨數據品質不良、樣本偏差和錯誤標註等問題,影響模型的可靠性。研究主要分為三個部分:首先分析現有數據集,探討樣本數對分類準確度的影響;其次優化數據集,通過刪除拼接和錯誤圖片、重複圖片等,提升數據質量;最後實際應用模型,開發一套害蟲辨識系統。實驗結果顯示,增加樣本數和改善數據質量顯著提升了模型的準確率,並且開發的介面可協助用戶即時識別害蟲。整體而言,本研究不僅提高了農作物的病蟲 害防治效率,還為未來的害蟲識別技術提供了有價值的參考。

移動式多功能非接觸救星-以人臉追蹤守護長者為例

本研究透過探討發現高齡化族群在肢體靈活度逐漸下降的問題,且在人們的生活中是不可或缺的需求就是「照護」,卻沒有非接觸式的工具能幫助到高齡化族群及協助照護者,如果將這樣工具放置在桌面、輪椅及病床,加上人臉追蹤鏡頭及人體工學的尺度,搭配自動調整符合每個人適合的角度並且隨時守護長者,因此我們設計出能隨時可以守護的「非接觸救星」。在研究中設計非接觸救星左右及仰角、人臉追蹤、LED燈光及外加功能等實驗,為最終設計之參考依據。透過研究之結果未來依照現階段科技及智能互連應用進行創意發想,並且時現在更多不同辨識下之情境進行守護及通知照護者,讓高齡化社會所面臨之問題可以得到更完善的解決。

旋轉多邊形

我們先定義「旋轉多邊形」,再透過拼組六形積木分析出「旋轉多邊形」的性質為1.偶數個能密鋪的凸多邊形;2.所有頂點相連的2內角和為720°/K,K為拼組數量;3.若拼組數量是4個,則會組成平行四邊形的洞;若拼組數量是6個以上,則會組成等距放射狀的洞。若僅用六形積木組成「旋轉多邊形」,則能組成30種不同的樣貌。若將相同的「旋轉多邊形」彼此相拼,則只有四種結構才能無限擴拼,其中以4個正方形和6個正三角形這2種所組成的「旋轉多邊形」為拉脹結構,當轉動到有最大洞時,其長、寬會等比例分別放大1.5 倍和 √3倍。