第54屆--民國103年

此份報告主要是探討一個最優化問題，即是給定特定的移動方式，求出至少要多少操作，才能夠把棋子從某一種分布狀態調整成另外一種。而經過許多例子的嘗試，發現因為原本的問題不帶有數學的式子於其中，故沒辦法用上任何已知的工具進行解題，所以引入座標系以及排列矩陣，讓其含有許多數學式，能夠幫助問題具體化。接著給出好的上界以及得知最大值達成時滿足的條件後，便是開始進行一連串的構造，而這我採取「先猜後調」的策略，簡言之，就是先放置一種看似不錯的分布狀態，再利用討論出來的一些工具，對此狀態進行調整，同時用簡單之圖論方法觀察內部的數學結構，以獲得最優的構造之一。

本研究中，我們先做出了二氧化氮的檢量線，用以對照其他變因下的實驗數據，再分別研究碳化與否、顆粒大小、修飾上不同官能基及靜置時間長短對吸附效果的影響。 經實驗結果可知試劑之吸收度在通入10 mL以下的二氧化氮時皆保持穩定的線性成長，並且可以知道碳化後咖啡渣的吸附效果較未碳化者佳；而顆粒越小者及總重量越重者之吸附能力也較好；吸附量也會隨著靜置時間的增長而增加。經過酸鹼修飾後，無碳化咖啡渣可以吸附更多二氧化氮，而碳化者吸附效果反而較差。 未來可以將咖啡渣修飾其他不同的官能基、加熱探討是否有更好的效果，也能深入研究咖啡渣吸附二氧化氮的應用，例如將使用過的咖啡渣作為吸收汽機車排氣管所產生二氧化氮的裝置。

在一間昏昏暗暗又照射不到任何陽光的工具室，一定需要有足夠亮度才能照亮整個工具室，目前傳統日光燈耗電特別的恐怖，而工具室會有很多箱子推疊在一起，所以光源也會被阻擋，如果把傳統日光燈的燈管改成LED日光燈，可以把耗電量降到相當的低，但現行的LED日光燈光源具方向性，而如何解決光源被箱子阻擋住的問題，可以把LED日光燈的燈管加上一個馬達來讓燈管可以360度調整角度，這樣就可以避免箱子的後方沒有光源，也可以順利地找到想要找的小零件、工具。

本研究旨在探討「水滴的帶電程度」，利用攝影機拍攝水滴受靜電棒作用後的現象，搭配Tracker電腦軟體，觀察「各種水滴」受「不同靜電力」的影響所產生「偏移」、「裂解」、「單位水滴質量的電量負載(q/m)」...等結果有何差異。研究結果發現：(一)水滴的確會帶電，並可繞轉或吸附靜電棒；(二)水滴受靜電作用後會在針尖發生裂解，裂解後的小水滴極限質量為0.00085(克)；(三)從水滴的軌跡可得知(加)速度，透過x-t、v-t與a-t圖，可推知水滴裂解瞬間的(加)速度、重力與靜電力間的關係，進而估算「q/m」，分析水滴的帶電程度；(四)改變水滴的類型並重複實驗可知：鹽水的偏移量、帶電量、荷質比最大，而酒精最小；因此，帶電離子與氫鍵可能影響水滴的帶電程度。

密碼鎖由K個旋鈕組成，旋鈕上有 種不同號碼，若旋鈕中僅有1個錯誤仍能打開此鎖，問最少嘗試多少組號碼能保證打開鎖？此問題等同於在 元K維超立方中找一組點集，點集中的點各自向其K維度畫出延伸線，若NK所有點都至少被1條延伸線所涵蓋，求重複涵蓋的次數總和要最少。 50屆全國中小學科展中討論過NN+1的情形，我們繼續分析NK，K=1+N+N2+⋯NE-1個旋鈕的情況，發現任意正整數N、E，我們能構造出最小控制集，且所有延伸線間涵蓋的點都不重複，稱為完美控制，而保證打開鎖的最小次數是ND ，D=K-E。

一、在奧運中有一種叫撐竿跳的比賽項目，賽中撐竿跳的選手一次跳得比一次高，我發現撐竿跳有些技巧，我想幫助選手跳得更高。 二、從觀看撐竿跳的過程中找出模擬撐竿跳的方法，並製作模擬裝置，也提出許多操縱變因，如竿子的長短、粗細、助跑速度……等，我在實驗中的這段時間，瞭解撐竿的歷史，也發現撐竿跳是一種有趣的運動。 三、我嘗試設計不同方法後，最後利用斜坡來模擬撐竿跳時的跑道，竿子綁上螺帽代表人在撐竿時所出的力道，撐竿輔助車（三角木塊車）代表人插竿的角度和動作，支架的位置高低代表助跑的速度，進行不同變因的撐竿跳實驗。 四、在實驗結束後，我集結所有可以幫助選手跳更高的方法，希望幫助他們撐竿跳高，跳更高。

本創作最初發想在於思考如何節省熱水器之水量與瓦斯費，若可在極短時間內將水加熱，就可節省相當多的水費及瓦斯費。我們想到發動柴油引擎須以預熱塞加熱，而且在2秒內即可加熱到四百度，因此嘗試將其引進到本創作之中。 「熱在其中」應用柴油引擎之預熱塞，可讓冷水在5秒內以180瓦功率變成溫水，而以540瓦功率變熱水。本創作可於外出旅遊時，接上汽車電瓶充當飲水機或熱水機，可享受泡麵或洗熱水的樂趣；在家亦可接110V電源使用，連續使用2小時僅消耗一度電，所以本創作是一創新節能的發明，對環保綠能與生活便利應有相當程度的貢獻。 本產品最主要優點在於費用低、材料取得容易，使產品的可接受度提高。我們期待此創作可對環保節能做出極大的貢獻。

本研究從地質組成之調查與實驗操作，探討礁溪溫泉之形成，了解礁溪溫泉區地底的原始溫泉，是順著四稜砂岩的節理和斷層湧出沖積扇，形成平地溫泉。 再經由得子口溪調查和測量活動中發現，得子口溪中、下游，因地底砂石、泥沙等沉積物的孔隙較大，溪水會滲到地底下再流到地勢較低的礁溪溫泉區內。經測量，最大的下滲量為0.338 m3/s，下滲率為0.2594mm/s。 再透過分析2013年礁溪監測井之資料，了解礁溪溫泉泉溫的特性後，設置「礁溪溫泉」模擬裝置，以進行抽取溫泉井之泉水實驗，藉此了解大量抽取溫泉是否會造成礁溪溫泉區泉溫下降。 最後，分析2009年~2013年，礁溪溫泉區監測井之資料，以驗證上述「礁溪溫泉」模擬裝置抽水實驗的實驗結果，分析結果發現，礁溪溫泉區監測井，自2012年起，泉溫均有下降的情形。

休旅車的後車窗傾斜角度大，常有雨刷的配備，但是在我們的想法裡，玻璃傾斜角度大，水滴容易受地心引力影響往下滑落，所以應該是傾斜角度小的一般房車才需要後雨刷。 我們自製器材來探討玻璃傾斜角度與雨滴大小的關係，還有風力大小、玻璃塗料對雨滴滑落的影響，並設計問卷了解開車者對後雨刷的使用習慣。 研究後發現，所謂的防撥水玻璃塗料不是減少水的附著力，而是增加水的內聚力與附著力，形成完整水珠待夠重時以不留水痕的方式滑落，但在細雨時，水滴不夠重無法滑落，需要雨刷幫忙。 實驗得知，風小時，在不同傾斜角度的後車窗均可量到風力，但是風力大對傾斜角度大的後車窗沒有帶動雨滴下滑的作用，結論是當風大，雨滴小時才需要用到後雨刷。

四月底，一隻隻如黑煙般飛來飛去的小蟲，忙碌的在杜鵑花叢上交配產卵，牠們是我們校園裏最常見的葉蜂──杜鵑三節葉蜂。當牠們大量出現時，正是四年級進行昆蟲單元的時候。我們看到許多同學飼養失敗，引發對杜鵑三節葉蜂的興趣，從研究中克服了幼蟲結繭失敗的問題，找出杜鵑三節葉蜂的飼養方法。我們經由實際飼養，不但了解了牠們的生活史、觀察到許多有趣的習性、找出牠們雌雄成蟲間的辨識方法，並比較牠們在有性生殖與孤雌生殖之間的差異。 透過持續的校園葉蜂數量調查，我們發現葉蜂偏好冷涼的環境，每年6月至隔年3月，杜鵑三節葉蜂並沒有消失，只是數量變少而已。