全國中小學科展

第53屆--民國102年

"城市殺手"直下型地震

本研究主要是研究城市直下型地震抗震的方法,並利用自製振動台來測試建築制震器的抗震能力,結果顯示黏滯阻尼器、斜撐式制震器效能較佳,類彈簧式、制震壁式則成效較差,同時亦發現軟弱地層厚度越高,到達共振情形越明顯,對P波、 S波震波實驗結果得知,S波對建築物傷害更甚,岩層實驗結果可知火成岩(安山岩)抗震能力較佳,大理岩則略差,軟弱地層則對震波有放大效果,得知只要建築物在岩盤上,安全性較佳。

多個三角形的重心連線性質探討

給定任意△ABC及P點,連¯PA 、¯PB 、¯PC,再分別作△PAB、△PBC、△PAC的重心連成P點重心三角形,由此展開研究,推廣至任意n邊形的P點重心n邊形,觀察原n邊形與P點重心n邊形的關聯,發現在平面上移動P點,P點重心n邊形皆全等;接著嘗試透過尺規作圖反推作出原n邊形,探討其存在性及唯一性;進一步地推廣到空間中,作出正四、六、八、十二、二十面體的P點重心多面體,跟隨P點移動時為全等多面體。之後,重複疊作P點重心三、四、五邊形,可得△AkBkCk、四邊形AkBkCkDk、五邊形AkBkCkDkEk(k=1~n),分別作重心G1、G2…Gk,發現P與G1、G2…Gk共線,又當n→∞時,limGn=P。推廣至相異三角形的P點重心三角形,發現會有重複疊作P點重心三角形的延伸性質。

覓光的蘆薈-光誘導蘆薈氣孔開閉之研究

本實驗設計以校園中能夠隨手獲取的校園植物作為材料,我們研究與觀察植物的葉片,赫然發現許多葉片的表皮細胞上有明顯的氣孔構造,而氣孔是由兩個保衛細胞所構成,功能是協助植物體內的氣體交換與水分的蒸散作用。我們感到相當疑惑的是-氣孔的開閉是受到哪些因素所影響的呢? 因此,我們選用製作樣本容易與氣孔開閉明顯的蘆薈作為主要實驗的對象,分別設計照光組與避光組來進行比較、測試不同光波對氣孔開閉的影響與不同光波的刺激對於植物生理有何變化。而我們意外地發現綠光與藍光對蘆薈的氣孔開閉與生長的影響最為顯著!

轎車頂上的露水洩露了天機

本研究是觀察記錄99年11月至102年2月的天氣變化,並以這些天氣資料找出影響露水形成的天氣條件。發現露水形成的要素是:氣溫接近當時的露點溫度、水汽含量也要高,以及能讓露水凝結的凝結核;因此當太陽下山時,可以觀察當時的氣溫與露點溫度之差,以及雲量多寡,來判斷隔天容不容易有露水出現。在空曠處、微風、植生的有無也是影響露水出現的因素之一。若要判斷隔天早上會不會有露水出現,可以測量晚上十點的露點溫度,若與氣溫相差在4℃內,相對濕度又大於75%,則隔天早上四、五點可能就會出現露水。從有露水出現的天氣狀況統計圖可以發現,有露水的日子,當天早上的天氣幾乎是晴天,所以我們認為有露水出現當天的早晨,晴朗的狀況較多(88%)。

讓高原植物與沙漠植物共處的利器

本研究利用熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Module)、溫控器、壓克力材料、回收電腦風扇與電源供應器,製作植物生長箱,以冷端面選擇非洲堇與食蟲植物,熱端則以仙人掌、空氣鳳梨栽種。實驗與設計得到下列論點:一、晶片無噪音、耗電量少,且冷熱面皆可以運用。二、壓克力隔熱效果不佳,但透光性好,成本低。三、可經由散熱膏塗抹於晶片方式,可增加晶片效率。四、風扇與對流設置點、濕度控制,有助於植物生長五、冷端放置高山型或寒帶植物,生長情況良好。六、晶片的EER=25/0.01985=1259.46(Kcal/H)/KW,每月電費34.015元。

我真的抓得住你-腳踏車剎車動能能量的轉換

本研究利用腳踏車剎車時的能量,設計製作轉換成電能的裝置,創造一台發電儲電的環保腳踏車。經過多次的改良,我們完成了有效的方法,將腳踏車剎車時的動能轉換成電能,也能輔助剎車系統的剎車效率,達到「綠色能源」、「節能減碳」的目標。現在大家追求節能減碳,能夠一邊騎一邊發電、充電的腳踏車裝置越來越多,但是我們發現市面上這種可以一邊騎一邊發電的腳踏車裝置,其能量主要是我們多費力造成的。而我們的作品是利用腳踏車剎車時本來的動能因摩擦變成熱能所應浪費的能量來進行發電,這樣不但不會比較費力,而且是把本來會浪費的能量收集起來使用或儲存,達到真正節能的效果。我們最後成品『電輪3代』發電盤與摩擦盤合而為一,模組化的型式更有實用價值。

大樓結構聽診器?-利用震波來監控大樓結構改變之方法

本科展計畫是想發展出新的監控大樓結構改變之方法,目前階段是先用模擬建築物來觀測,我們將模擬建築物置入水浴槽中,將水浴槽模擬震源發震,來檢測模擬建築在各事件及各樓層之波形,將得之波形數值化,並用數學相關係數來分析結果。結果可分為三部分:一、同一事件中,樓層越高,其波形振幅有被放大之效應,且在各事件中各樓層間的相關係數幾乎是很高度相關。二、由各樓層中破壞前與破壞後事件互相比較時,皆顯示為很低度相關,因而反向推論,當前後事件波形改變,可能建築物的結構已改變。三、是否能用各樓層破壞前與破壞後波形振幅有放大效應,來判斷破裂面所在位置,是未來延伸方向。

我是電動車我不充電

本實驗運用法拉第電磁感應原理(Electromagnetic induction),設計無線感應電動模型車。利用電源供應器、訊號產生器、訊號放大器等工具,輸入特定頻率的電壓、電流產生方形波後,可成功使模型車高速前進。第一代模型車因車體線圈匝數多、車體重、軌道線圈纏繞技術欠佳、圓形軌道不平整,雖成功展示了無線充電技術的實用性,但跟我們玩四驅車時車速相差太多,於是著手改良第二代機,希望再提高傳電效率、減少車體重量及避免能源消耗。實驗結果發現系統條件改變時,僅在某一狀態出現電感電容共振現象,因此不宜盲目增加線圈數量。本研究建議,將來設計此類感電系統時,不論微型化或大型應用上,均應注意最佳共振效率的表現,以免造成材料或能源浪費。

孟氏定理與西瓦定理在多邊形中的推廣

本文主要在探討幾何中的兩個重要結果—三角形中的『孟氏定理』與『西瓦定理』推廣到平面上任意的『凸 邊形』與『凹 邊形』的相對應結果,甚至於我可以將『凸凹 邊形』換成『 條直線』,我發現亦可以得到類似的結果。在完成平面上的圖形推廣之後,我也試著思考其在立體空間中是否也有類似的推論,很幸運地也發現有類似平面多邊形的結果,目前已完成空間中任意『 個頂點多面體』的『孟氏共面定理』,此外,我也證明了空間中任意四面體的『西瓦共點定理』,同時以實例驗證空間中的『西瓦共點定理』在四角錐中的形式。

平鋪圖形填數遊戲研究:鏡射交換,「翻」陳出新

相較多邊形邊上的填數遊戲,本研究討論更複雜的平鋪圖形填數遊戲。我們發現所有填數遊戲都具備「互補性」,無論是數字填入內部或者是填入邊上,所以解答數量必定「對稱」。此外,填數遊戲都可用共通策略來處理:(1)以代數分析重複處的數字;(2)應用互補性,尋找一半原型即可(不需窮舉);(3)計算原型的排列組合;(4)完成解之尋找。我們的三個填數遊戲,正三角形有576個解、正方形有6112個解、正六邊形部分,雖沒有求出所有解,但我們用Excel VBA程式設計介面,可供求解之用。最後,我們將單一正方形填數推廣到「複製後進行無限平鋪」,我們發現其中內部數字規律之必然性,包含配對、奇偶性、等差、交叉交換等,最後證明兩類共12個無限平鋪圖形。