全國中小學科展

第55屆--民國104年

打電話--尋找最佳解

有55位同學,每人各得知一則與他人相異訊息。假設通話時,雙方皆能在同一分鐘內把自己所擁有的訊息傳達給對方,並得知對方所擁有的訊息,同一分鐘內,不限定通話的組數,但需兩兩通話,且通話的人不能重複,則至少需要幾分鐘才能使每個人都知道全部的訊息? 我們想要知道上述問題的答案,並推廣問題,所以將55人改成n個人,看能否說明如何配對可以得到最少的分鐘數。

環「徑」變遷

本研究主要探討平面上給定三角形ABC及一點P,所連出三個三角形PAB、PBC、PCA與ABC的外接圓半徑之關聯性。 首先,P為ABC外接圓上異於頂點之點或垂心時,三個連出的三角形的外接圓半徑與ABC的外接圓半徑相等。 接著,延長ABC的三邊分平面為七區,討論三個半徑和的最小值及此時P點的位置,並證明出: 1.非正三角形三徑和的最小值僅會發生在兩區。 2.若ABC為非正三角形的銳角或直角三角形時,在ABC的內、外部各有一點P,使得三徑和最小。 3.若ABC是以A為頂角的等腰三角形,當A114度,使得三徑和有最小值的兩個P點皆在ABC的外部。

電雙層電容器電極碳材性質之探討

本研究主要探討咖啡渣、甘蔗渣、竹幹、竹葉等天然材料,透過簡易的步驟,將其轉成碳材,再製成電雙層電容器,並且比較不同原料所轉成之碳材之物理、化學性質及其電容效能。在與其他文獻提出之碳材合成法與其電容效能作比較,發現以甘蔗渣為前驅物所合成之碳材相當具有研究潛力,碳材具有質輕且組裝成電容器後具有不錯的電性測試結果。

自製人影日晷

本研究的主題是自己製作一個投影日晷,以人為晷針,藉由人影來觀察時間。一開始我們透過網路尋找人影日晷的製作方式,得知投影日晷就是赤道型日晷在地面上的投影的重要觀念(參考資料一)。再來透過網路我們學到橢圓形作圖的方式,一旦決定長短軸的長度,就可以運用這種橢圓作圖法(參考資料二),來畫出橢圓形外圈的時間刻度(一半的橢圓),接著我們將中央氣象局網站宜蘭地區2014 年太陽過中天的仰角資料(參考資料三),套到我們分析的公式,畫出雙腳所站日期位置點,就完成人影日晷的設計。經實際驗證,得到的時間還蠻準的,成果令人滿意。最後我們再進一步討論如何提高人影日晷的準確度,還有在什麼日期及緯度,人影日晷較適用。

有其母不有其子─探討虎尾蘭彩斑遺傳

無性繁殖在農業和園藝上廣泛使用,因此繁殖法可以大量繁殖且保留母株的性狀。在本次研究中,我們以常見的觀葉植物-金邊虎尾蘭(Sansevieria trifasciata var. laurentii)為實驗材料,並以其常用的無性繁殖法(地下莖繁殖、葉插繁殖以及組織培養)進行繁殖,結果顯示當以葉插為實驗組時,子株性狀竟與母株不同,不帶有金邊的性狀(如圖四)。另外也發現,由芽點處長出的子株(定芽)會與母株性狀完全相同。而進行葉錠浮沉實驗、葉肉組織切片觀察以及光合色素色層析實驗之後,我們推論,金邊葉肉組織因為不具有葉綠素,故養分供給不足,再生能力差,而造成葉插繁殖時,金邊斑葉性狀消失的情形。

土石流不流-從清水溪土石流成因踏查、雨量計改良到簡易預警裝置的研究

夏天常見土石流,想研究成因及預警裝置,以減少災害。 我們發現該區具下列特徵:坡度陡,土質主為砂岩,植物以草本及淺根木本為主,離斷層帶五公里內,常有人為施作,雨量集中。 把雨量計的儲水筒改良成儲水、雨量兩用筒,設計兩半圓保麗龍夾磁鐵成浮標置於筒內;指標磁鐵置於筒外,當收集雨水後,指標磁鐵會指在某刻線上,使測雨水方式更簡便精準,頗具創意。 簡易土石流警報裝置,精算調控漏水面積,使儲雨量加調控漏雨量等於警戒雨量,利用常見的臉盆加蜂鳴器及校正過的規律漏水設計,若水位達警戒值時,導電浮板碰觸上緣導絕導板、雙半圓導線即形成通路,使蜂鳴器鳴叫,達到預警效果,其中第三代最優,可推廣到好發土石流區一般家庭使用。

運用聲音判別後車相對速度之行車警告器

根據102年國道事故分析A1類事故肇事原因第2位為「變換車道或方向不當」,市面上車道變換輔助系統有雷達、攝影及雷射等方式,但在大雨時雷達除電磁波能量的衰減及散射作用之外, 亦會引起電磁波互極化干擾等缺點,使用影像及雷射也會受影響。由文獻得知,高速行駛車輛輪胎噪音佔約91.1%,而且車輛高速行駛在雨天的較濕路面時,輪胎噪音是高於行駛在乾燥路面,研判不受雨天影響,因此我們決定運用聲音判別後車相對車速,設計去除風切頻率的收音放大,再檢波取出放大聲音之平均值作為判斷依據,當tn+1時的電壓高於tn時,表示後車快速接近送出警示訊號,反之則表示後車車速較慢送安全訊號,經實際測試效果良好,期盼本研究對降低高速公路A1類事故有貢獻。

穹頂之下--高雄地區三種空氣汙染物時空特徵之探討

本研究採用高雄地區前金、前鎮及美濃測站在97-102年的NOx、SO2和O3濃度進行探討,並進一步分析其季節變化與假日效應,接著利用個案分析討論不同氣象因子對濃度變化的影響,重要結論如下: 1. NOx和SO2逐時濃度大小順序為:前鎮>前金>美濃;而O3的逐時濃度大小順序為:美濃>前金>前鎮。 2. NOx平均濃度最高值皆出現在冬季,SO2平均濃度主要在春季出現最高值,O3平均濃度主要在春秋二季出現最高值。 3. NOx和SO2有假日效應,平均濃度:非假日>假日;而O3的平均濃度並無明顯的假日效應。 4. SO2逐時濃度變化可能受風向變換影響,推測風向一致時,汙染物濃度較低。 5. 逆溫現象使汙染物不易擴散,可能造成高汙染事件。

瘋持電掣―自製顯微電擊系統的輸出電量對組織細胞的影響

自製「顯微電擊系統」以改良整合不適用舊(廢)品為設計原則,由「可調高電壓電源供應器」與「光學穿透反射兩用數位顯微鏡」組成,為本研究最重要電擊測試與觀察設備。另取洋蔥、吊竹草葉下表皮細胞進行測試研析,得知:電擊組織細胞過程,破壞面積隨電擊筆尖徑愈粗而增大,但破壞深度相對變淺,破壞區域深/寬比與輸出電流密度大小呈正比;不同植物細胞對電擊耐受度不同,破壞洋蔥下表皮細胞輸出電量為385V、0.53mA、0.2W,而破壞吊竹草葉下表皮細胞僅200V、0.3mA、0.06W,估算燃燒單位厚度細胞壁所需功率約為0.03W/µm。拖曳電擊筆連續擊破細胞如同切口效果,切割路徑相對於細胞長度及其軸向角度,將直接影響其切口寬度。

以自組LED光電測定儀連續測定觀察結晶紫的褪色反應

本研究自組LED光電測定儀,連接電腦的數據處理,可準確連續偵測結晶紫的褪色反應。研究中先以眼視觀察結晶紫在酸鹼性中之褪色變化,並以自組的LED光電測定儀連續測定褪色反應。除評估LED光電測定儀的應用性及探討影響褪色原因外,也測定褪色反應速率。結果發現,以透光度所反應的電壓以對數換算對濃度的測定符合比爾定律;結晶紫在酸鹼性中的褪色反應屬不可逆反應,中性鹽類及有機物是不會影響結晶紫的褪色反應;反應速率必須在低濃度及極短時間內測定,才能獲得準確結果。自組裝的LED光電測定儀,經結晶紫水溶液褪色研究後,確認它體積小、低成本、光源穩定、可連續測定等特色,可開拓為中小學科學研究的工具,提高研究層次。