全國中小學科展

第53屆--民國102年

圓柱積木的遊戲設計概念及其解的尋找

本研究從圓柱積木遊戲的「位置數、盤數、洞數、柱高、柱數」數量開始,第一部份反思遊戲的設計概念。在盤數的關係中採用代數的觀點探討;在洞數、柱高與柱數的關係中,根據遊戲規則找出關係式,最後得到給定位置數時,盤數與洞數就能被決定,而柱高僅有有限種選擇,柱數則跟隨著柱高改變。第二部份則尋找位置數為6的圓柱積木可行解:首先利用洞數與盤數的關係列出洞數解,並定義何謂相同解;再利用二元記錄法,畫圖找出所有的空間解(也就是實際可行解),並在附錄中揭錄詳細的排法。透過這些一般性方法,往後我們也能藉此尋找更多洞數的圓柱積木遊戲可行解。

天造地設-探討黃槿刺子節蜱的造癭秘密

在校園中採集黃槿(Hibiscus tiliaceus)葉片上的蟲癭(insect-induced gall),進行解剖觀察蟲癭內部結構,發現有許多白色蠕動的小蟲寄生,經查資料確認為黃槿刺子節蜱(Aculodes hisbisci)。有蟲癭寄生葉片較無蟲癭寄生葉片小,蟲癭數量會隨時間增加,有蟲癭的黃槿葉片質量較重保水性佳不易凋謝。葉柄維管束切片發現,相同生長時間,無蟲癭寄生者維管束分化快、木質多且環狀排列在外圍。經由葉肉蟲癭切片染色得知癭最內層為韌皮部,由葉下表皮增生包圍,由韌皮部增生營養層,可提供葡萄糖供應至內部纖維,蟲體藉羽爪攀附粗長的內部纖維取食。一個蟲癭橫徑越大,內部蟲體越多,癭橫徑最大可達0.6cm,其內部的黃槿刺子節蜱可多達400隻,但蟲癭隔間內黃槿刺子節蜱數愈多,內部的突變纖維密集度愈低。

水流倒退嚕---研究水的附壁現象

本研究主要設計多種實驗方法,了解水流通過曲面時,影響附壁力大小的各種變因,藉以了解在日常生活中倒水或實驗室中使用燒杯、量筒等,為何只要一個角度不對,水就會不聽話的沿杯壁流下。我們利用高度差造成不同的出口壓力,自製水流量控制器精準的提供穩定水流,才能在不同流量速率,使用下列方法來研究附壁力: 一、測量水流流出杯口的水平射程。二、傾斜容器測量開始有附壁流與全部附壁流的臨界角。三、測量水流沿圓柱流動的水平位移。四、自製儀器來測量水流的黏滯力和附壁力的大小。使用上述方法所得的結論大致相符,增加實驗結果的可信性,我們歸納出常用容器的附壁作用程度和容器杯口的形狀關係,體會到小小的設計卻有很深的科學原理隱含其中。

光、影中的「蟹」「GO」

本實驗主要探討淡水河華中橋至忠孝橋附近河段,光、影對無齒螳臂蟹的影響。透過調查發現,無齒螳臂蟹主棲息在河岸邊坡,接近自行車道,人為干擾大,對光影的警覺心高。此外,河岸公園多設置路燈,橋樑多有光線投射,因此我們自行設計「太空船照射法」、「旋轉馬達飛影法」等裝置進行實驗,了解無齒螳臂蟹對不同光、影變化的干擾會有何反應。結果發現,無齒螳臂蟹喜在暗處活動,據此建議夜間河岸邊光源須避免太明亮。此外,螳臂蟹對搖動光線較敏感,其中以藍紫光、紫外線光較明顯,所以,未來如要在橋樑投射燈光,建議光源固定且避免閃爍。最後,螳臂蟹對光影速度、形狀、大小等會有選擇性反應,建議河岸邊的長草盡量不割除,減少光影人為的干擾。

超級大蛤命,探索文蛤趣!

本研究以文獻探討及實驗觀察法了解文蛤體型、舉起重物能力及出入水行為,探討不同保存條件對文蛤的影響。研究發現文蛤殼寬、高、長有規律,體重與體型大小有關。文蛤被重物壓著也能打開雙殼,舉起體重十幾倍至三十倍的重物,正面舉重能力比反面強。文蛤入水管也會噴水,反面朝上時入水管噴水次數特別多。文蛤不同部位互敲聲音不同,以B區(圖13)互敲較容易分辨死活。文蛤聲音在死亡過程中逐漸產生變化,發臭前可聽出聲音漸低,死文蛤頻譜圖低頻區信噪比變大,而且可能有些高頻聲音會消失。文蛤在死亡前體重會減輕,有些會出現重覆開合的行為。低溫有利文蛤保存,若有水,有沒有換水也有不同影響。

飛塵霧擾-凝結核對霧形成之影響探討

水為地球上重要的角色之一,藉由蒸發、凝結、降雨等過程,影響了能量循環及平衡。雲霧的生成似乎無跡可尋,但當飛機經過,後面常拖著一條凝結尾,有時維持有時稍縱即逝,本研究想探討雲霧的形成受到那些因素影響。已知水氣達飽和是形成雲霧的必要條件,本研究藉由實驗,利用空氣膨脹冷卻效應,使環境達到飽和,並改變其中壓力、濕度、粒子種類,藉由雷射光強度變化作為雲霧生成多寡依據,探討這些變因是否影響雲霧形成。研究發現硫酸銨為最佳之凝結核,此亦為環境中常見之懸浮微粒。亦得知,凝結核之種類與雲霧維持時間無關;且在絕熱膨脹降溫形成雲霧時,同時發生的加熱作用,為抑制雲霧產生的反饋機制,得知,雲霧形成過程較直觀現象更為複雜。

草地上的馬蛛絲跡—探討長疣馬蛛結網及捕食行為模式

本研究探討生活在草原的長疣馬蛛,觀察牠如何結網以及網型構造,並探討網的功能。在觀察及實驗後得到以下結論:長疣馬蛛偏好在強光環境下結網,且對高溫有好的耐受性。長疣馬蛛視力差,但可以結出用來感應捕食的多層漏斗狀網,結網的方式相當特殊,可分為「探測期」、「底層網期」、「平面網期」、「皿狀網期」、「漏斗網期」五個階段,且不同層網的感應偵測上與敏感度與捕食成功率均不相同。我們也進一步探討了長疣馬蛛的捕食行為模式長疣馬蛛的捕食行為可分為「被動感應模式」、「偵查模式」、「攻擊獵物模式」、「後續處理模式」、「返回」五個階段。其可以利用最頂層的平面網捕食獵物,且獵物的捕食受到獵物大小與置入的方式影響。

礫灘的石頭

「阿塱壹古道」是台灣僅存的最後一段自然原始海岸,我們想研究這裏的海灘上圓扁的石頭的形狀和階梯般的層次的關係。我們選了五個採樣點(避開河口和懸崖),並設計出礫石測量器,共測量了300顆礫石,得到結論:一、礫石有由北向南逐漸變小、變扁的趨勢,再由當地風向、海浪及「沿岸流」方向的資料等證據,顯示礫灘的石頭的確有由北向南搬運的可能。二、北側區外海岸的礫灘似乎僅低平台的礫石,高平台的礫石粒徑明顯變小,不符合「礫石由北向南搬運,石頭北大南小」,故推測可能僅部分較小的礫石可以由北向南搬運。三、沿著海岸由北向南移動的主要是低平台較小的礫石,而分布於高平台的較大礫石,可能大部分都是「被附近河川搬運到海灘的礫石」。

實驗探討離子在磁場中的受力

在一個壓克力製的長方形盒中放入兩層濃度不同的食鹽水,將一隻尖端磨平的針頭水平置放在盒中,針頭出水口恰沒入上層濃度較小的食鹽水中,針頭以橡皮管和滴定管相連,滴定管灌滿染料水溶液,打開活栓瞬間,染料在食鹽水中形成漩渦偶極子,由漩渦偶極子移動距離隨時間的變化,可求得染料作用於食鹽水的慣性力。等位線與電場實驗的電場形成盤放入兩層濃度不同的食鹽水,用兩片平行金屬板做電極,在食鹽水面上放一磁鐵,磁鐵下方滴入數滴染料,食鹽水中的離子受電力、勞侖茲力及黏滯力作用亦形成漩渦偶極子,由漩渦偶極子移動的距離隨時間的變化可求得勞侖茲力。

Game Theory之商業競爭

「賽局理論」其實就是一種科學、理性行為在一個會相互影響的狀況,在一些比賽中是可以應用的。因為要贏得比賽,必須要有實際上的能力(速度、金錢等等...)、技術(這方面就可以運用賽局理論)還有重要的....運氣!例如:統一集團7-11與全家便利商店,為了營業額和吸引消費者上門,在於商品部份的價錢與優惠和一些促銷方案計畫,如何讓店家可以創造出更高的業額與價值,同時間也滿足消費者的需求。而「賽局理論」就很清楚得剖析了生活上這些類似的問題,能藉此理論找到最好的方法,又兼顧著個人的最大利益的同時並創造雙贏。在生活中我們常常面臨各式各樣的賽局,只是我們都沒有發現,小至與人互相擋到要往左還是右邊讓的問題,大到國際談判、軍事競賽和登入月球…等問題,若能進一步收入研究了解賽局理論,必能藉此為我們找尋到最佳的解決模式。