全國中小學科展

第55屆--民國104年

拿破崙定理對多邊形之推廣

本研究藉由GeoGebra軟體,觀察拿破崙定理是否可推廣到邊數更多的多邊形,發現到一個多邊形以拿破崙定理的作法可得到正多邊形時,該多邊形所具備的條件及作法。以作圖與觀察作為出發點,逐步提出猜想、推測並試驗,提出了「初始多邊形」的作圖法。最後證明了定理推廣至五邊形及六邊形的情況,推測此證明方法也可以分別用來證明其他奇數邊及偶數邊的n邊形。

酸鹼反應誘發之中空微球釋放一氧化氮用於克服細菌抗藥性問題之研究

 抗藥性細菌的感染是日漸普遍的問題,常造成臨床上治療的困難。一氧化氮帶有不配對的電子,為具有高氧化活性的分子。本實驗希望直接藉由一氧化氮的氧化力殺死細菌,克服細菌抗藥性問題。人體組織受到細菌感染後,發炎組織環境呈現弱酸性。藉由此項特性,我們設計一能區分發炎與健康組織的酸鹼反應中空微球系統,以有效治療抗藥性細菌感染的問題。我們利用微流道系統製備以PLGA為球殼的中空微球結構;中空微球內部裝載DETA NONOate。經實驗發現,此一載體系統處於發炎酸性環境下,DETA NONOate會與氫離子反應產生一氧化氮撐破球殼並釋出,有效殺死抗藥性細菌;而在健康中性環境下,一氧化氮無法有效釋出,因此可以減低一氧化氮對健康組織的傷害及克服抗藥性問題。

遠控氣壓式窗戶控制機構

本研究藉由智慧型手機,結合藍芽通訊協定與PLC可程式控制器遠端連結,再利用工廠內常見的空壓機與儲氣筒當動力源,達到遠端控制窗戶為受控體。 為考慮業界的成本考量,設計之機構動作必須要符合預期功能的前提下,本團隊利用成本較低的有桿式氣壓缸代替市面上較昂貴的螺桿式馬達,並合成一組自動開窗機構,來使窗戶作動,利用PLC可程式控制器進一步設計定時與行程控制之功能,如圖1。

防曬乳對水中生物的影響

本研究選用了分別以奧克立林、桂皮酸鹽、氧化鋅為主成分的六款市售防曬乳,因有一種以氧化鋅為主成分的防曬乳不溶於水,故購買氧化鋅原料來與另一種可溶於水的防曬乳做較完整的對比。透過序列稀釋法配置成10000ppm、1000ppm、100ppm、10ppm、1ppm、0.1ppm、0.01ppm等七種不同濃度的水溶液,在48小時內觀察水蚤在這些溶液中的存活情形,初步結果顯示三種成分中以奧克立林的致死率最高,氧化鋅次之,桂皮酸鹽最低。除此之外,水溫的高低與光照的有無也對這些成分的致死率有些影響。

三角形和圓內接四邊形的一個性質

從原始的題目「圓內接四邊形的外心會是其內、外平分圓的連心線之中點」出發,我們發現若為雙心四邊形,則其外心也是其內心和外平分圓圓心的中點,且此三點會和雙心四邊形的兩對角線交點共線,而外平分四邊形的兩對角線交點正好是雙心四邊形的內心。無獨有偶,三角形的外心也是其內心和外平分三角形外心的中點,且此三點會和外平分三角形的重心共線。 若考慮內切圓的切點多邊形,我們發現:三角形的外平分三角形和內切圓切點三角形會相似,且其面積是其外平分三角形面積與內切圓切點三角形面積的等比中項。無獨有偶,雙心四邊形外平分四邊形和內切圓切點四邊形亦會相似,且其面積也是其外平分四邊形面積與內切圓切點四邊形面積的等比中項。

方方正正

原始問題:設P為正方形ABCD內部一點,且P到A、B、C的距離分別為1、2、3,試求正方形的面積。利用三角函數的和差角公式即可解出此題,我們想了解的是:若到三頂點的距離改變,正方形是否仍存在?我們先將問題簡化,將最短距離設為1,則距離變數將只剩下二個,再考慮只有兩種距離的情況,我們簡化問題至一個變數,利用平面旋轉變換,及Geogebra作圖猜測結果,成功利用作圖完成存在性證明。將此作法再推廣至三種距離的情況,並思考其他相關的四邊形:菱形、矩形、平行四邊形,發現皆能用旋轉伸縮變換處理。

通風球發電機之效能最佳化分析

二年前學長姐突發奇想把廢棄吊扇和鐵皮屋頂上的通風球(排熱風扇)結合,製作出一個風力發電機。所產生的電能足夠讓30顆LED燈發亮,接上手機充電器也可順利充電。 吊扇發電機轉動時的波形分析,若沒有穩定的轉動速率,就不可能會有穩定的感應電壓波形,數據量測就不準確。而我們的通風球風力發電機正好解決了這個最大困難。 我們的通風球發電機,因為16組線圈結構是固定的,所以改變不同的磁鐵組合,根據不同實驗設計所得的波形輸出,得到了一些具教學意義的結論。 未來期盼有更佳品質的磁鐵材料,來強化通風球的效能輸出。目前正進行著通風球串並聯及線圈組件串並聯的實驗,也積極尋找結構更大的廢棄吊扇,來最佳化通風球的效能。

「油」什麼差別?

探討不同濃度含氟樹脂對不同針織物(擦拭紙、尼龍布、不織布及碳纖維布)疏水疏油及油水分離的影響。根據實驗結果,含氟樹脂的添加能使不同針織表面具有超疏水疏油性及油水分離特性。針對以上結果,可以歸納以下幾項重點:氟比例的增加對於尼龍布液滴接觸角沒有顯著的影響,但當氟比例高到1%以上,其水接觸角皆大於160度以上。尼龍布具有次微米級的纖維,需添加較高比例的氟,才能達到疏水效果。相較於擦拭紙與不織布針織表面,尼龍布不僅分離速率快,亦可達到油水分離性能佳的優勢。因此,水的接觸角越高,油的接觸角越低,水與油的接觸角差異越大,此油水分離膜的效果越佳!而碳纖維厚度越厚雖然有利於疏水性能提升,卻使得分離速率慢且由水分離性能效率低。

「磷」汙水處理有一套

參觀汙水處理廠後,引發我們利用備長炭、石頭、蚵殼等有孔洞的物質為濾材,希望在汙水來源地現地處理,降低汙水中的含磷量,提高透光度,改變汙水酸鹼值。 實驗中我們發現粒徑小的蚵殼效果較好,先利用黑糖水模擬汙水,使用自製濁度計、自製過濾器、自製測磷儀器以檢測汙水處理成效,再實地採水樣檢測去汙效果,實驗結果顯著。結論如下: 一、蚵殼主要成分為碳酸鈣,呈多層次結構,透過震盪可重複吸附含磷量。 二、在粒徑最小、200℃烘烤蚵殼,磷的吸附率達93%,水質趨於弱鹼性及中性。研究發現蚵殼為現地處理的有效濾材。 三、以蚵殼過濾實地採集水樣,酸鹼值轉為微鹼,透光度提高,建議蚵殼淨化汙水,pH值須在5.9以上的環境。

神啊!請給我一條回家的路-霧鎖金門成因及霧消散之研究

利用中央氣象局提供近1年中的氣候資料分析,金門的「霧季」是在二月至五月。起霧日的平均氣溫、露點溫度、相對濕度,都比該月份的平均值高,風速則比平均值低,起霧日的風向為南風至西南風。分析起霧日前後的變化,發現露點溫度、相對濕度,都在起霧日最高,風速則在起霧日最小,起霧日前風向會從東北風轉為西南風,起霧日過後又轉為偏東風至東北風。 在模擬機場地形的實驗中發現,使周邊水溫降低,以及空氣溫度升高時,能夠加快霧的消散速度,風速的增強更是霧氣能夠消散的最快方法。希望透過驅散霧氣的研究,盡量降低濃霧對金門機場的影響,讓大家都有一條安心回家的路!