全國中小學科展

第53屆--民國102年

小男孩別來亂-聖嬰來了!

本報告主要是利用中央氣象局網站所提供的颱風資料,探討聖嬰現象與颱風強度、降雨量、路徑和侵台機率的關係。我們將年代細分成聖嬰年、微聖嬰年、正常年、微反聖嬰年以及反聖嬰年。其研究不同於前人研究的方法,也澄清了幾個重要迷思,分述如下:1.颱風的生成個數並不全然和聖嬰現象沒有關係。2.不管是聖嬰年、反聖嬰年或正常年,颱風的單一平均降雨量都有增加的趨勢。3.聖嬰年的颱風生成位置的分布範圍較廣,反聖嬰年則較窄。4.聖嬰現象若有跨到颱風季就會影響生成個數。5.反聖嬰年時,形成秋颱的機率較其他年高。6.在微聖嬰年時要多提防豪雨的來臨。7.近年的颱風路徑有偏北的趨勢,但其變化並不是非常的明顯。未來可繼續觀察颱風路徑的變化。

高雄地區市區與郊區熱島效應之比較

本研究主要根據2011年1月與7月每小時的氣溫資料庫數據,比較高雄市屬於市區的鳳山、前金、復興(前鎮)以及屬於郊區的橋頭、大寮、林園之間的溫差,並探討這些差異可能來自哪些因素,特別是人為經濟活動如上下班的交通車流與建築空調排放的廢熱造成的升溫。另一方面,研究小組亦進行位在市區的本校校門口與位在郊區的另一校校門口的氣溫實測。資料庫數據分析結果顯示,溫差直接受測站所在位置物理環境狀況影響,郊區測站會高於市區測站,但透過分析平常日與假日溫差變化形態的差異,仍可發現冬季時的平常日有明顯的人為經濟活動的週期性高溫循環,冬季夜晚市區測站氣溫大多較郊區高溫,這些結果符合熱島效應的現象,實測部分本校與郊區學校之間則無明顯差異。

A.S.R.自動感測雨量控制系統

汽車擋風玻璃的清晰度影響駕駛行車的安全性,下雨天時,雨刷扮演著很重要的角色,但雨量時多時少,擋風玻璃上的雨刷卻無法適時的改變刮水速度。雨刷控制皆採用段位速度控制,無法適時有效的因應雨量多寡來做速度變化控制。本研究將傳統控制方式改以自動控制模式,駕駛者只要將雨刷段位設定於Auto檔位時,即可因應雨量多寡而自動操控雨刷擺動速度。雨水量大小能改變浮木高度並操控可變電阻位移量,藉此改變流進雨刷馬達電流而達到馬達轉速控制。測試結果與數據顯示,進水量與浮木上升高度呈線性關係,而電阻值的改變與馬達轉速亦呈線性變化,能完全發揮雨刷自動操控的主要功能。本設計名為:自動感測雨量控制系統(Auto Sensor Rainfall Control System,簡稱A.S.R.)。

絲絲入扣─可發光高分子奈米纖維之探討

過量紫外線易引發皮膚病變。因此我們希望能找出較簡單的方法,使我們的材料不僅能吸收紫外光,更能轉換成可見光。我們以可發光高分子奈米纖維為素材並嘗試兩種方法。第一種方法為利用可發光之PFO/PFBT高分子混合PMMA製造發光纖維。並藉由添加特殊基團(BT)修飾高分子,使纖維可因能量轉移由放出藍光改為黃光。第二種方法為用聚乳酸混合聚集誘導發光特性(AIE)分子,並比較各配方。最後以HPS(AIE分子)與PLA 120 mg/mL溶於二氯甲烷:二甲基甲醯胺(7:3)製出的纖維最佳,且其能達到預期之光能轉換效果。總之,我們結合高分子聚合物、奈米科技與發光材料,製造可吸收紫外線之發光奈米纖維。未來可運用於面膜、有機分子檢測與抗紫外線衣物等方面,拓展可發光高分子奈米纖維的可能。

正s邊形滾動路徑與面積暨階梯問題之通式探究

從2002年TRML思考賽試題出發,研究正三角形與正方形繞轉 矩形外圍的旋轉弧度、內部任意點P的移動路徑總長、橫掃區域面積等問題,再將其延伸成正s邊形去繞轉矩形外圍,發現m,n,s彼此間都有連帶的關係,成功地寫出一般化通式。之後改成繞轉mxn矩形內圍,只研究正三角形與正方形,觀察其與繞轉矩形外圍的差異性,發現在頂角處需做細部分解,修改通式、歸納分類。最後,設計了創新的『階梯問題』,設計攀爬t階層樓梯與(x+y)階層樓梯,在其過程中於頂角處需整合外轉與內轉的通式,於直線部分需仔細思索其少轉的數量,才得以寫出完備的通式。

西北太平洋颱風增強與海洋渦漩關係之長期變化

西北太平洋是最多颱風生成的海域,而不同的海洋與大氣狀況,則是影響颱風強度的主要因素。本實驗透過分析1993-2011年,7-10月在120-170°E,10-19°N與19-26°N兩海域間增強的category1-5颱風,將颱風強度與其行經路徑的海表面溫度、海溫26℃等深線、海面高度差異、上層海水熱含量和海面下100公尺海水平均溫度等不同參數做比較,觀察颱風經過的海洋狀況對其增強的影響。比較後發現,長期以來西北太平洋北部海域(19-26°N)的海洋熱力條件有變暖的趨勢,但個案平均強度卻減小。因此我們以颱風個案的垂直風切代表大氣條件,希望觀察颱風強度與風切間的關係。結果顯示,北部海域颱風的增強受風切影響較大,且強度越大颱風的增強與海洋渦漩關連越大;而南部海域颱風的增強則受海洋熱力條件影響較大。

桿與輪的華爾滋-桿擺運動的探討

「桿擺」 是我們這學期才接觸到的一種新奇、充滿挑戰「桿擺」 是我們這學期才接觸到的一種新奇、充滿挑戰「桿擺」 是我們這學期才接觸到的一種新奇、充滿挑戰「桿擺」 是我們這學期才接觸到的一種新奇、充滿挑戰「桿擺」 是我們這學期才接觸到的一種新奇、充滿挑戰「桿擺」 是我們這學期才接觸到的一種新奇、充滿挑戰。也是一種結構看似簡單,但 也是一種結構看似簡單,但 也是一種結構看似簡單,但其實機制頗為複雜的裝置 。它不同於自由運動的單擺以及彈簧振子 ,但卻有一些和它們共通的特質。在實驗中我們確認了桿擺運動的本質 —是一種藉由摩擦力能量所引發的受迫振動, 而其週期運動的形成則由接觸面 摩擦力所產生的「振源 —阻尼」間的轉換、平衡機制所控。我們也試圖 進一步 探究 它的物理特性 ,發現它的擺動週期和滾輪轉速 、滾輪距離 、接觸面摩擦力 、橫桿重量之間有 著密切關聯 。而影響其擺動幅度的變因則有 :橫桿的釋放位置 、接觸面摩擦力 、橫桿長度 、橫桿重量 以及 橫桿 重心的分布情形 。此外 ,我們也發現 :利用 重阻尼桿擺 能迅速回復到平衡位置的特性 ,它也可以成為一種 「重心探測裝置」 ,廣泛應用在球棒 、球桿 、釣竿等製造流程上 。

以H-Alpha日珥望遠鏡探討太陽極大期的日珥

以 H-Alpha日珥望遠鏡可看到:色球層、黑子、日珥、暗條、耀斑。當暗條走到日面邊緣即可見到日珥噴發,可證明暗條就是在太陽盤面上的日珥。太陽的南北極區域暗條出現機率會較少,在太陽的緯度10~45度之間暗條出現機率較高。自製的「H-Alpha日珥望遠鏡日冕儀」模擬「人造日全食」,粉紅色多層外圈是否和日冕或是太陽風吹拂有關呢?這個有趣的現象值得深入探討。磁力線如同橡皮筋具有彈性一般,當磁力線收縮回彈時,可造成能量轉換。我們利用「液態磁力實驗瓶」的實驗,提出『 擴張的磁力線』可引起環狀日珥的噴發。以『 收縮磁力線的完成態』模擬並解釋『寧靜日珥』的生成。以『 收縮磁力線的進行態』模擬並解釋『耀斑』之形成。

新型萬用太陽能環保除蟲器

本研究設計出一具有創新結構的新型萬用除蟲器,此一除蟲器設置有一可旋轉之柱狀物,柱狀物上設置有複數根鐵絲(擊殺器),當除蟲器上之吸入風扇旋轉時,設置於上之柱狀物也跟著旋轉,柱狀物上之複數根鐵絲亦被帶動旋轉,當除蟲器運作時,被除蟲器之吸入風扇吸入之害蟲,同時將被此旋轉之擊殺器擊殺,而達到消除害蟲的效果。本設計之電力來源由太陽能板提供,並配合電瓶的使用讓此除蟲器可以置於戶外智慧型運作。智慧型運作模式為配合害蟲之生物習性,當夜晚來臨及未下雨時,此智慧型除蟲器將籍由白天所收集之太陽能電力開始運作並將害蟲吸入除蟲器並以旋轉之細鐵絲將之擊殺。由於戶外果蠅等白天出沒之害蟲亦是造成農作物損失的元兇,因此本除蟲器利用果蠅等白天出沒之生物特性,利用正中午時太陽能板所產生的的多餘電力來驅動除蟲器,將被吸入除蟲器之白天出沒害蟲以擊殺器擊殺。因此本新型萬物環保除蟲器可以全方位應用於白天及夜晚出沒之害蟲防治

莫利之交-莫利定理在平面與立體的延伸探討

在將莫利定理一般化的過程中,本研究發現在不同條件下,圖形有不同的規律。如平面圖形中除三角形外,其他多邊形的莫利圖形不一定是正多邊形,但有「自我相似」的特殊關係。另外四邊形中更有許多組「對偶關係」。本研究接著將圖形坐標化,並引入「線性變換」的概念,試圖解釋並發現新的自我相似或對偶性質。立體方面則發現許多和平面圖型相似之處,例如正多面體的莫利圖形皆為其「對偶多面體」,有很強的對偶性質。而其中正四面體對應正四面體,也是一個自我相似的例子。其他不規則圖形與其莫利圖形間,沒有明顯規律,針對此,平面部分導出了算交點坐標的公式,立體則建立判斷焦點存在與位置的方法。