全國中小學科展

第54屆--民國103年

白色雪衣下的秘密-光的反射、折射與漫射

看見生物體表顏色,認為生物就是那種膚色或是有該色澤的毛髮,青蛙有綠色的皮膚、棕熊有棕色毛髮。北極熊乍看之下是白色的就有白色的皮膚或是白色的毛髮。但實際上毛是透明無色的而資料顯示北極熊皮膚是黑色。與常識有所矛盾。經由玻璃、塑膠片、釣魚線的實驗發現,這是因為光的緣故─光照射於細小物件上時,產生了漫射。讓原來黑色的皮膚被掩蓋,透明的毛髮也無法表現出來,而呈現出白色的北極熊。 實驗過程中,我們製作一個仿北極熊皮毛的模型(黑色底色、透明的毛髮),置於暗箱中做觀察。發現透明的釣魚線,在光照射下呈現白色,同時也掩蓋了釣魚線下方黑色的黏土。證實了北極熊的體色是因為光漫射的緣故,視覺上看起來呈現白色。

百元語音辨識系統

探討在低成本下,完成非特定人語音辨識的可行性,讓一般廉價的小家電,擁有精準的語音辨識能力。 為使成本降低,必須要設計一個ROM、RAM使用很少、反應速度很快、辨識能力高的語音辨識系統,整理作品重點如下: 一. 音節簡化:發音去掉聲音調後,再將同類聲音進行整併,整理出133 個音節→資料量是繁體13060 字數的1/100 二. 資料庫化簡:使用整數的指數取代符點運算→資料量為傳統的語音特徵的1/20 三. 語音辨識演算法:使用梅爾倒頻譜係數、隱藏馬可夫模型 四. 處理器:用16 位元的整數運算,可在低價的處理器上執行 五. 訓練用的語音:向中華民國計算語言學學會(MAT)購買純語音的資料庫 完成麵包板上的百元語音辨識系統:

切切私語-探討平行四邊形體頂點至對邊等分點切割的變化

本研究以平面為基礎,往內做N層切割,往外再向立方體推展,探討四邊形、體進行連線切割後,所剩餘四邊形為何種形式四邊形,且剩餘四邊形、體的面積、體積與原四邊形、體的比值來進行研究。結果發現正方形切割後,所剩餘四邊形仍為正方形;平行四邊形切割後所剩餘四邊形為平行四邊形,且剩餘四邊形面積為原四邊形的(n-m)2/n2+m2,長方形、菱形與平行四邊形結果一樣,並發現以此切割法也可以用來反證勾股定律。往內做N層切割所得內外面積比為[(n-m)2/(n2+m2)]N,往外向立方體推展求得體積比為1-(n+k)/2n+2k3/3n(n+k)2。

改良型殘障人士專用滑鼠

瑞典的眼控團隊使用眼控視頻遊戲的發明者發明的眼球追蹤器(eye-tracking)。該技術是使用感應器追蹤使用者的眼睛,讓滑鼠跟著眼睛瞳位方向移動,便能向下或向上滾動、選擇、打開和關閉電腦上的專案。針對重度癱瘓肢體障礙者,或是身上沒有身體部位可操作開關的患者,此產品是一個很關鍵的輔具,能讓使用者使用眼球動作完全操作電腦。而日本近畿大學宣佈開發出了全球首創的呼氣滑鼠。將一根管子銜在口中,通過呼吸氣來控制電腦。使用者通過呼吸氣的時間長短和強弱的不同就可實現移動游標和按鍵功能。 本研究是基於改善行動不便者為考慮,期望開發出適用於不同種類殘障人士都可使用的電腦操縱輔具,幫助殘障人士使用電腦,間接提升生活的品質。

玩顏色調溫度

面對地球暖化及夏天的炎熱,除了開冷氣,有沒有其他方式可以降溫呢?我們以三個研究過程來了解顏色與溫度上升間的關係,首先我們以紅外線溫度計實測學校球場和跑道,得知相同材質但不同顏色的地面,在陽光曝曬下溫度確實有差異。緊接著我們進行以紅外線溫度計量測各種常見顏色及同色系不同明亮度的紙張,得知顏色色相及明亮度與溫度變化有顯著的相關性。最後我們以各種顏色及同色系不同明亮度的紙張密封保麗龍盒頂部,模擬觀測太陽曝曬下室內溫度的變化,並自製氣體溫度計用於量測密閉空間中的溫度變化,得知密閉保麗龍盒內部溫度變化與其頂部密封紙張的色彩色相及明亮度均呈現顯著的相關性。

車床刀具研磨附件設計製作

針對現行課程標準,車床實習只有三節課,刀具使用捨棄式車刀成本太高,研磨車刀又耗費太多的時間,光練習就佔掉全部的實習時間,更不用說其他切削技能的學習。我們就利用現有的砂輪機設計製作一個車刀研磨附件裝置,可以研磨大部分各式的高速鋼及碳化物車刀,縮短同學們磨車刀的時間,又不失車刀研磨的基本技巧與概念,增加其他技能的學習時間。

汽車遮陽防雨作用傘之研究

全球氣候暖化的問題日趨嚴重,車子如果停在太陽底下曝曬一段時間後,溫度就會升高造成車內悶熱現象讓人難以忍受,車內的塑膠零件及裝潢也容易褪色或變形。 本研究主要針對車上之自動遮陽裝置適時應用,發揮其遮陽之效果,減少車內悶熱現象,另一為開車門時可以適時防雨之裝置,以達雙效之作用,對降溫研究結果,以遮陽簾高達10度左右,是四者中最高者,但尚需考量防雨因素及其捲繞性特質,綜合分析結果,以輕帆布最佳吻合上述之條件;對機構設計之動態檢測結果,皆可以使馬達能順利驅動蝸桿及蝸輪,達到遇其的伸展作用目的,並應用無線控制器,邁向人生化科技,故本次研究結果,皆可以達到此次研究實體汽車遮陽防雨作用傘的任務。

過定點分割N邊形所形成之直角三角形內切圓半徑和之研究

本研究討論「過一定點P,對一凸N邊形的各邊做垂線,可得N個垂足。利用P點、N個垂足點及N邊形的N個頂點所形成的2N個直角三角形,對應2N個內切圓及半徑,此時若依序每次間隔一個三角形取其內切圓半徑(參考下圖),共可將2N個內切圓分為兩組內切圓半徑和」,經過研究討論發現以下結果: (一) 定義適當區域為:由垂直此凸多邊形各邊的垂線所共同圍出的封閉區域,當圖形為正三角形時,適當區域為正六邊形,較原圖形大,其餘的圖形所形成的適當區域必在原圖形內部。 (二) 兩組相間隔的直角三角形之內切圓半徑之和相等的限制條件 圖形類型 限制條件 正2N邊形 P點在任意位置 正2N+1邊形 P點落在適當區域內 等角且非正N邊形 P點落在適當區域內

獨「數」E格E型棋盤最少步數的探討

單人棋戲,看似簡單,卻包含先人古老的智慧,蘊含無窮變化,雖然沒有對手和您同時競賽,但盤中乾坤卻是充滿想像空間,會讓人一上手就欲罷不能。 自製E型棋的玩法是:在E型棋盤中,每個橫排放入數量相等的棋子,每次只能移動1顆棋子,移動至指定空格即算一步,最後棋子要上下交換排列,並找到最少步數。 本次研究想透過數學中的歸納與分析,其中「棋子的步數」是否有特定的規律性,以及「棋子的走法」是否也隱藏著有趣的數學道理,我們不斷嘗試各種走法,雖然過程複雜繁瑣,但最後都得到排列的規律性,也有了肯定的結論。

春暖花開-探究紙花的開花現象

本研究以紙花的開花現象快慢為主,利用生活中常見的紙張,結合課堂中學到的紙花,將各種不同材質的紙摺成紙花,比較紙張材質之延展性下,給予不同能量的控制,如:紙張材質(孔隙數多寡)、紙張面積大小、紙花底部吸水面積、紙花底部摺線。除此之外,亦比擬氣溫,由相同流體性質的水來進行實驗,透過實驗結果推測紙花克服摺疊後所產生的力矩在水中開花與何者關係較密切。研究結果顯示對於紙張質料本身最直接造成紙花開花現象的快慢差異,採用教學常用之蠟光色紙為實驗器材。另外,透過溫度比擬實驗得知,當平均溫度到達30至40度之間,將會造成紙花開花現象速度加快,可推知在溫室效應下,當氣溫上升,此時紙花開花現象也會隨之增快。