全國中小學科展

第55屆--民國104年

墨名奇妙-石墨懸濁液沉澱現象的探討

我們藉由紅光雷射通過石墨懸濁液的透光率變化,探討沉澱過程中濃度和時間的關係。我們首先測量紅光雷射通過不同配製濃度石墨懸濁液的透光率,建立「透光率-標定濃度」對照表。接著,我們測定雷射長時間(12小時以上)通過石墨懸濁液的透光率變化,發現其濃度變化率隨沉澱遽減,並在標定濃度0.04~0.06kg/m3達近似穩定態。理論部分,我們藉由史托克定律建立不考慮擴散效應的沉澱模型,與實驗結果對照,分析擴散效應對於沉澱的影響。我們推斷3微米以上的粒子擴散效應不明顯,而0.6微米以下粒子的擴散與重力造成的運動達成近似平衡。同時我們比較了石墨粉末在食鹽水中沉澱的特徵,探討介質對粒子沉澱的影響。

從平分問題到動態穩定

本文探究由一人獨自進行的遊戲,探討最後是否能將兩堆石頭移動形成數量相等的狀態,稱之為「穩定狀態」。探索過程中,我們利用數對(x, y)來表示兩堆石頭分別有x, y顆的情況,利用輾轉相除法的形式來記錄移動過程,而因為遊戲進行中,兩堆石頭的總數不變,因而以此總數進行分類觀察,我們發現並非任意數對(x, y)皆能形成穩定狀態。 藉由列表觀察後,我們猜測當x+y=2k時,任意數對(x, y)皆能形成穩定狀態,我們用二進位制驗證,並進一步得到定理1: 定理1:數對(2k-p×2m, p×2m))形成穩定狀態所需的次數為k-1-m次。 另外,因為數對(qa, qb)和(a, b)的移動方式類似,得知定理3及4如下: 定理3:數對(q2k-pq×2m, pq×2m)形成穩定狀態所需的次數為k-1-m次。 定理4:若x+y=q×2k , q≠1, 且x, y的最大公因數為r×2m,q≠r時(x,y)無法形成穩定狀態。 由以上定理1、3、4,可歸納為定理5如下: 定理5:若x+y=q2k(q為奇數), 且x, y的最大公因數為r×2m,則 1.q=r時,數對(x, y)形成穩定狀態的次數為k-1-m次。 2.q≠r時,數對(x, y)無法形成穩定狀態。

氣韻”聲”動-亥姆赫茲共振的探討與應用

為了能簡單利用聲能,所以利用亥姆赫茲共振的方式,對原理及應用進行探討,目的是用來找出共振空腔的頻率,並找出旋轉器的共振範圍,使其轉動而產生電流。 亥姆赫茲共振原理驗證: 1、有無瓶頸不影響公式頻率,但將無瓶頸空腔當作極短瓶頸去計算,真實頻率與公式頻率相近,但會影響公式趨勢的變化。 2、瓶頸越長、截面積越小及空腔體積越大其頻率越低,但材質與空腔外型會影響公式頻率的準確率。 亥姆赫茲共振應用: 1、空腔頻率越低,材質越硬,外型越流線越利於轉速,且共振不只在單一頻率,在一定範圍都可轉動,材質越硬,驅動頻率範圍越大。 2、聲量分貝越大,轉速越快,但線圈來不及磁化,電流反而越小。 3、裝置可吸收一定的環境聲能。

阿嬤的手可別再抖了~降低手抖的研究

本科展利用震動材料,嘗試做出一個震動手持裝置,期待手抖症狀的人配戴後能降低手抖,使配戴者有穩定的雙手重拾更好的生活。 我們測試不同型式和轉速的馬達、改變電壓、增加馬達、增加重物,嘗試找出可能減少或干擾手抖的方法;發現重物抑制震動的效果不佳,也發現震動馬達會干擾原來的震動。實驗後期我們做出並比較幾款穿戴式的減震裝備,並選出一款最佳手持裝置供親人實際感受。 工作7個多月,仍然無法做出完全降低手抖的裝置,因此截稿送件後仍然繼續重組各種零件,期待能組合或創作出更好的減震手持裝置。 震動感測模組已經設計完成製作與測試,期待可以組合減震裝備與感測模組,以便完成智慧型的減震手持裝置。

智慧水電梯系統

本科展以傳統電梯為架構,提出一套電梯配重的改良系統,將電梯原固定配重之配重箱,改良為可調節重量之配重箱,以減少電梯電能消耗。我們於電梯的頂樓與地下室分別配置一個水箱,分為上下兩個水箱,當電梯空載時,電梯箱本身重量等於可調節重量之配重箱,如此可使電梯在靜止狀態時,達到馬達最小功率消耗。然而,當有乘客進入電梯箱時,即破壞載重箱與配重箱的平衡,此時,系統會依據目前電梯配重箱配重所在樓層位置,決定由上下水箱,作為配重水之填充或排放之容器,並將適量的配重水輸送至電梯配重箱,或反向將多餘配重水自電梯配重箱排出至下水箱中,以調整配重箱重量,達到載重箱與配重箱的平衡,即可達到電梯運行功率消耗最小化之節能目的。

回波反兆―由調頻連續波回波頻率圖找尋地震震前兆與電離層間的關係

以2007~2015年規模大於5.5的地震,配合國家通訊傳播委員會電離層觀測站的電離層圖與頻率特性圖找出電子濃度異常時段,觀察地震規模、地震深度與震前10日之間的關係,並觀察造成電子濃度異常的震前天數、震源與測站間距離、地震的規模與地震深度的相互關聯。 影響 到電離層的旺盛期位於震前3~5天,震前一天為寧靜期 ,與規模大小無明顯關係。 台灣東部太平洋海域小規模地震較不易影響到電離層,推測地震規模小釋放出的電子也少,可能被海水 吸收 。地震前兆電子釋放所在位置 的岩質剛性越大 ,較容易影響到電離層 。 震源離測站距越遠,若要能影響電層 E層,則地震的規模就需要越大。地震前兆影響電離層 E層範圍半徑 R與地震規模 M的關係模型 為: R=100.65M

旋轉乾坤

羊蹄甲的果莢有漂亮的螺旋引起我們的興趣。 我們除了收集各式各樣螺旋果莢進行分析,也將果莢浸水切片成各種不同紋路的方向,再利用烘箱進行實驗,我們得到的螺旋主因是:果莢中的纖維紋路方向是斜直線,果莢乾燥時紋路相互靠近產生密合的力,及纖維變短產生收縮的力,此兩組力量同時作用造成螺旋,並利用彈性膠帶模擬纖維的力反覆實驗來印證。 我們也利用鋁箔紙(兩面材質不同)模擬果莢外型進行實驗,探討果莢彎曲度、腰身等對螺旋的影響。 最後,我們設計出與常見單螺旋樓梯不同的『DNA雙螺旋樓梯』,它類似兩條單行道,上下行走不會相遇錯身。我們還設計出『螺旋週期表』,比起平面週期表,更強調每一原子接連不斷的循環特性。

時來運[轉]-以3x3盤面結構分析化簡轉珠遊戲並尋求最短步數

近年來流行的轉珠遊戲大同小異[1],其玩法是可以從任一顆珠子來移動,所以能自由移動的方式相當多,找出最短移動路徑也相對的複雜。起初先從數字拼圖開始[2]研究起,若起手之珠子看成是空格的話,移動珠子等同於數字拼圖的數字移動至空格處,別於數字拼圖的固定位置擺放,轉珠遊戲以這個架構延伸變化。本篇試著在3X3的盤面中,放上三種不同顏色的珠子,找出其最佳移動路徑與其規律性。

Stochastic Resonance在視網膜上的作用及雜訊對視覺訊號的影響

在日常生活雜訊通常被視為干擾,大多數的狀況下我們嘗試減少雜訊以利訊號的接收,但在一些特定的非線性系統中,加入適當強度的雜訊反而會增強訊號的接收,這個現象我們稱之為Stochastic Resonance(以下簡稱SR)。本研究以投影機將訊號及雜訊投影在視網膜上,並加入不同強度的雜訊於訊號中,利用MEA(多電極陣列系統)紀錄視網膜產生的電生理訊號,觀察不同強度的雜訊對視覺訊號接收的影響。實驗結果顯示在加入一定程度的雜訊中,訊號的品質確實顯著增強。未來將著手在背景中加入雜訊,模仿自然中雜訊的來源,觀察大自然中雜訊對生物的獵食、躲避天敵是有利或弊。

熱情如火的熱傳導

問卷調查結果:有近八成的老師或學生都認為細鐵絲可以傳熱比較快、比較遠,且持續加熱,熱量會不停的往更遠地方傳遞。但,我們利用創發的「熱傳導檢測儀」實驗證明:一、加熱同樣的時間長,粗鐵絲熱傳導速度較快,熱傳遞的距離也較遠;二、不管鐵絲的粗細,不管加熱多久,熱傳遞的距離是有限度的:三、離火源同一位置的鐵絲溫度也是有限度,不會因持續加溫而再增溫。