全國中小學科展

第56屆--民國105年

生死一「數」間

在生死一「數」間的研究中,假設有x人排成環狀,順時針編號1到x號,從頭開始,以保留→殺掉、保留→殺掉…的方式,找出最後的存活者。首先,我們探討在沒有免死金牌的情況下,總人數x與最後一個存活者F(x)有線型分布之關聯性。第二步,我們尋找擁有免死金牌的人為第y號時,總人數x與最後一個存活者F(x, y)之規律性。第三步,在y的變化下,我們討論F(x, y)與F(x+n, y+2n)之間的關聯性。最後,我們將總人數x固定,尋找最後一個存活者F(x, y)出現的次數及機率,並加以討論與研究。

拼成長方形---五連塊探秘

在五年級接觸了五連塊之後,我們試著找出除了「拼湊」之外的五連塊解法。我們先針對五連塊的規律進行探討,並試著將五連塊數值化後使用數字計算將答案算出來。再透過「座標數值法」進行計算時,雖然覺得計算繁瑣,但可以從數值化的結果清楚看到連塊翻和轉產生的規律。另外「情況數值法」讓我們可以將解答過程放置於電腦程式中運算。我們還發現情塊數值法的每個數字可接受數值是有規律的。最後,我們發現情況數值法不只可以用在五連塊解答的計算上還可以利用在三角形和立方體的答案計算中。

大地的心跳-水平式地震儀製作

因為六上第三單元「大地的奧秘」以及參觀地震博物館的關係,對於地震儀產生濃厚的興趣。我們利用自然科教具、樂高機器人組(Lego Mindstorms EV3)及日常生活中的用品製作自動化地震儀,分別設計重量實驗(3台兩重量最佳)、力道(嚴重力道振幅2.69cm、中等力道1.35cm、輕微力道 0.325cm)、距離實驗(距離45公分振幅2.02cm、距離90公分振幅1.7cm、距離135公分振幅1.58cm)、以及頻率實驗(5級震度下的地震平均振幅0.321667公分、6級震度下的地震平均振幅0.724583公分、7級震度下的地震平均振幅1.430811公分)等實驗檢驗準確性,並分析各組振幅對應地震學原理,發現我們的地震儀可以應用在檢驗地震強度、地震距離、規律震動等情形下,是一臺檢測精密、紀錄數據客觀的地震儀。

食品添加物對P19細胞神經分化之影響

食品安全問題逐漸受到重視,我們想探討食品添加物的影響範圍是否涵蓋神經分化層面。我們以小鼠胚胎幹細胞(P19細胞)作觀察,利用維生素A酸誘導P19細胞分化,用不同濃度的培養液經過多次實驗後建立穩定、生長情形佳的細胞培養平台,並添加生活中幾種常見的食品添加物,如:糖類、茶及味精。先觀察細胞在不同濃度的食品添加物中的生長情形,找出影響顯著的濃度,進一步操作分化實驗,再利用免疫螢光染色法,觀察分化狀況,了解各添加物對類神經細胞分化的影響。結果顯示代糖、茶、味精能促進分化,而黑糖較無明顯差異。我們由細胞培養的過程,建立食品添加物對類神經細胞分化影響的研究平台,往後可依此模式測試更多環境因子及藥物對細胞分化的影響。

許地球一個不渴的未來-太陽能海水淡化裝置

2015年4月,全台發生嚴重的缺水危機,然而台灣四面環海,年降雨量也不少,照理來說應該要比沙漠國家更不缺水才對。沙漠型的國家(如以色列)都採用海水淡化解決缺水問題,台灣呢? 從最先研究的各種海水淡化的方法,如:逆滲透、多極閃化、電透析法、蒸發法等,而我們選擇了成本最低及製作方法最基本的蒸氣法。 創造出最有效率的蒸氣海淡法便成為了我們這次實驗的目的,從利用酒精燈燃燒過濾海水到利用凸透鏡和凹面鏡及微型凸透鏡(利用太陽能反射)等歷經多次實驗,將蒸氣海淡法提升到兼顧低成本及高效率。

ㄋㄟㄋㄟ的溫度準不準?

本研究實驗結果顯示市售的奶瓶測溫貼因為瓶內外溫度差,及本身顯示的度數極少,造成瓶內真實溫度和瓶外貼片顯示溫度有極大的差別,可能對於嬰兒的喝奶溫度造成誤差而使嬰兒受到傷害。實驗中我們也探討了不同材質的奶瓶,測得誤差值的大小有所不同,並最後也推算出修正函數讓貼片顯示的溫度能夠更準確。最後本實驗以14.89%的奶水外側以紅外線感測器來測量外側溫度,發現無論為玻璃或是塑膠材質的奶瓶,其外側中間與內側中間的溫度變化趨勢幾乎一致,且兩者相關係數達到0.92 以上,可用來設計製造出一個更能測得奶瓶內真正溫度的測量儀器。

再度甦醒的大地

本研究以民國105年0206美濃地震引起的台南市大範圍土壤液化為背景,並與民國99年0304桃源地震(原稱甲仙地震)做比較,研究發現新化區的土壤液化區重複發生機率高,而且液化區域、噴砂量和噴砂土樣粒徑範圍隨震度變大(新化PGA=401gal)而增大。研究也發現不同顏色的噴砂是來自不同的地層深度(約2m~5m),甚至噴砂的裂縫也略有方向性(NE-SW),與地震震波傳遞方向近乎垂直。另外,由地震的震測波速圖譜可以知道本次液化深度可達20公尺,也與實際噴砂點符合,噴砂的力量(超額孔隙水壓)也可衝破柏油路和填土層。研究也發現液化的土樣平均粒徑(D50)大小與河流、舊河道或水域有關,約在0.10mm上下,由這些數據和現地的調查、訪問,或許可以發現一些土壤液化的訊息,也可以和已知的土壤液化潛勢圖資做比對。

數珠手環

給定簡單圖G,令V(G)、E(G)分別為G的頂點與邊所形成的集合,|V(G)|與|E(G)|分別代表G的頂點集合與邊集合的元素個數。若u, v∈V(G)且u, v有邊相連,則將此邊記為uv∈E(G)。給定函數f:V(G)∪E(G)→{1,2,3,…,m},其中m=|V(G)|+|E(G)|,若函數f滿足: (1)f為1-1函數; (2)對於每個邊uv∈E(G),f(u)+f(v)+f(uv)恆為定值; 則稱函數f為圖G的一個『邏輯函數』。給定圖G,若G存在一個邏輯函數f,則稱G為一個『邏輯圖』。對於長度為n的圈Cn(n≧3)、路徑圖Pn(n≧2)與星狀圖 Sn(n≧2),我們探討了建構邏輯函數f的策略。

一折不兩斷的義大利麵條 —探討不同條件下義大利麵條的斷裂情況

用手折義大利麵條,並不容易斷成兩段,反而常斷為三段以上。我們建立能控制變因的折麵條機構,模擬手折的情況,探討不同義大利麵條斷裂的情況。 發現砝碼的落下距離越大、兩施力點越近、施力點與支點越遠,麵條容易斷成兩段,當麵條越彎曲,越容易斷裂。圓形麵條越粗,容易斷裂較多段。而寬扁麵條的平均斷裂條數少於圓形麵條。 當麵條受力後,彎曲處會像波一樣傳遞。若是慢慢彎曲麵條,會使麵條在最脆弱處產生第一個斷裂點,接下來會因能量傳遞而在其他點繼續斷裂;若以一定速度彎曲,曲率半徑最小處傳遞後,會在先轉動的施力點另一側發生第一次斷裂點;文獻與實驗都可發現斷裂的麵條會被拉直,產生曲率半徑較小的位置,而繼續斷裂成多斷。

掌上型智慧實驗室

信號產生器及示波器是電機電子群學生實習課程必備的儀器,通常也只有學校的實習工場才會有這樣的設備,在學校沒完成的實習作業,當然也就沒辦法在家裡完成,必需等到下次的實習課程才能儘快利用有限的時間趕上,一但作業的進度落後,很難再有機會趕上來。於是,我們製作及研發了一台【掌上型智慧實驗室】來解決這樣的學習困境,這一台【掌上型智慧實驗室】結合了信號產生器、示波器以及電源供應器,把這三台笨重的機器,濃縮成一小塊電路,並且用手機來取代螢幕顯示,大大的降低重量、成本,只要有它的地方,就能立刻變身為實驗室。