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高級中等學校組

擺撞協奏曲:相位完美節奏—Lato Lato運動機制之研究

本研究探討Lato-Lato與物理機制相關的系統:在一根繩子的兩端各懸掛一顆球,並將繩子的中點固定在一個能夠垂直振動的支點上。當支點以一定的頻率和振幅進行振動時,系統最初表現為規律的單擺運動,但隨著振動條件的改變,球體間逐漸發生碰撞,並開始出現能量累積現象,導致整個擺動幅度顯著增大。本研究從直觀的實驗觀察和嚴謹的數據分析兩個角度入手,通過設計精密的實驗裝置和採集詳細的運動數據,深入探討這一現象背後的機理。我們著重研究了碰撞過程中能量與動量的轉換,以及振動頻率、振幅、繩長與球重等參數如何影響系統的運動狀態。最終,我們提出了調整支點振動相位以實現最佳能量傳遞效率的方案,為未來相關工程應用提供一些新的思路與參考。

「鋸」我所知

我們主要研究鋸琴(伐木鋸)發聲的原理,探討演奏過程中可以用來調整的因素,如施力大小、方式、形狀...等,研究這些不同變因與發出聲音的關係;並討論使用不同引發聲音的工具(塑膠槌和弓弦)與擾動位置對聲音的影響。此外,還有對參考文獻中所描述鋸琴彎曲形狀之J形、S形與甜蜜點的定義加以分析,參考金屬薄片振盪狀態的理論及其拓樸區域模態對聲音的關係,理解演奏時鋸子彎曲形狀和甜蜜點在實驗中的角色,歸納出彈奏鋸琴時可使用的規律。

探討不同環境因子對左手香抑菌成分合成與效能之影響

左手香是熱帶及亞熱帶地區常見的植物,文獻顯示左手香的廣泛應用如抗發炎、鎮痛及 抗菌等功效。本研究以抑菌功效為研究起點,探討主要抑菌成分(百里香酚、香芹酚)在何種環 境下可提升其含量;接著討論此兩種成分對於左手香及環境的影響。結果顯示斑葉左手香內 百里香酚與香芹酚含量較高;兩種抑菌成分對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及腸道沙門氏菌有 抑制效果;不同光照時數、光照強度的實驗中,6小時與9小時搭配高強度光照,百里香酚及 香芹酚含量最高;適度逆境可促進香芹酚合成。最後發現左手香葉片對土壤菌群亦具影響, 顯示其可能干擾微生物生態。本研究結果可為天然抗菌劑開發、醫療及永續農業提供參考, 並促進左手香在多領域的應用潛力。

流體力學的潛力-卡門渦街現象的探究與應用

本實驗主要在一條整流過的水道中放置一可左右擺動的圓柱狀阻流體。當流體流經該阻流體時,其後方會形成卡門渦街,導致阻流體因漩渦剝落所產生的反作用力而左右擺動。由於此現象是受到卡門渦街剝落而強制驅動,透過觀察此 擺動現象,可測得渦街的剝落頻率 。 本研究進一步探討不同黏滯性液體對阻流體擺動頻率的影響。同時,我們也在阻流體前後不同距離處設置第二個圓柱體,以分析其對擺動頻率與擺幅的影響,最後我們運用我們設計的發電機,來尋找我們運用所想要找到的最佳解。

觀光三輪車對鹿港觀光之效益與影響探討

鹿港老街榮登2024年十大熱門景點榜首,但觀光三輪車所引發的交通問題也備受關注。本研究旨在探討三輪車對鹿港觀光的效益與影響,並提出優化方案,以提升城市形象與觀光品質。研究透過訪談三輪車業者、當地居民與遊客,並進行問卷調查,共計232份樣本。結果顯示,曾搭乘者普遍對導覽體驗持正面評價,多數願意再搭乘;未搭乘者則多因交通混亂或行程未涵蓋三輪車而選擇不搭乘。綜合分析指出,應從旅客需求與業者角度出發,改善現行亂象。本研究建議包括設立規範停靠站、導入數位支付與預約系統、提升導覽品質、加強行車管理等,以打造具特色與國際化的鹿港觀光形象。

圓內接多邊形西姆松線的延伸思考

本研究是將三角形的西姆松線推廣至圓內接N邊形的西姆松線,已知三角形的西姆松線有孟氏定理,利用數學歸納法可證得圓內接N邊形的西姆松線也有孟氏定理;若只考慮外接圓上的一點P對圓內接N邊形各邊所在直線作垂足,則各邊截線段比值的連乘積也會等於1;已知三角形外接圓上兩點𝐏、𝐏′的西姆松線之夾角,會等於𝐏、𝐏′兩點所對的圓周角。利用四點共圓、兩層西姆松線的關係可證得:圓內接N邊形圓上兩點𝐏、𝐏′的西姆松線之夾角,會等於𝐏、𝐏′兩點所對的圓周角的(N-2)倍;已知若兩個三角形的外接圓相同,則外接圓上一點𝐏對應兩者的西姆松線之夾角為定值,跟𝐏的位置無關。利用四點共圓、兩層西姆松線的關係可證得:兩個N邊形的外接圓相同時也成立。

三角形內特殊直線變換所構造的軌跡

本研究探討給定三角形經由其三中線、三中垂線、三高、三內角平分線、兩外角平分線及一內角平分線,將線段延伸為直線,分別以其與邊或邊的延長線的交點為旋轉中心同時旋轉,作為新三角形的三個邊,圍出新的三角形時(簡稱為變換)的性質,並關注重心、外心、垂心、內心、旁心的位置。 本研究分析變換一次,尋找新三角形隨旋轉角度變化的性質;及固定某個旋轉角度,進行n次變換時,形成的點列所在的曲線方程式。 結果顯示,變換一次時,根據三線選擇的不同,各自出現陪位重心、心的重疊、Kosnita 點、多心共圓、共圓錐曲線…等性質;而當固定某個旋轉角度,進行n次變換時,則分別有等角螺線或收斂到特定形狀的性質。

BRing harmony to – 以色相分析Briggs Rauscher反應

本研究以錄影方式紀錄BR反應並透過自研程式分析色相值變化以探討澱粉濃度、溫度、硫酸錳(Ⅱ) (𝑀𝑛𝑆𝑂4) 濃度與金屬配位對 Briggs-Rauscher 震盪反應的影響。查閱文獻發現反應系統中澱粉的存在影響三碘離子 (𝐼3−)與澱粉的吸附與反應 (Csepei & Bolla, 2015);而本研究發現,平均週期與澱粉濃度呈非線性關係。實驗過程發現反應時週期先抑後揚,有頻率飄移發生,推測為錳(Ⅱ)與自身放熱所致並進行實驗;將結果與文獻相比顯示,本研究觀察到的震盪模式應屬諧波成分震盪 (harmonic oscillation) (Vukojevic, Soerensen, & Hynne, 1993) 或更複雜的震盪型態。 而在分析過程中,使用FFT頻譜分析與CWT時頻分析結合VMD與HHT嘗試以時域、頻域方法找尋與量化差異;並發現使用延遲時間遷入的相空間重構可以產生顯著的圖樣做非線性化學指紋應用。

單手操作無障礙—鍵盤與滑鼠的整合設計研究

本研究旨在解決肢體障礙或單手使用者在操作電腦時所面臨的不便,設計一款融合鍵盤與滑鼠功能的單手操作裝置。透過自製PCB電路板、客製化鍵帽與鍵軸配置、3D列印人體工學外殼,以及整合滑鼠感測器與QMK韌體技術,實現單手即可同時完成鍵入與游標控制的操作方式。我們的實驗結果顯示,單手使用時相較於傳統鍵鼠組合,本裝置能大幅減少手腕移動的距離與次數,有效提升使用效率並降低疲勞感。產品設計不僅針對身障者,也適用於特定單手使用情境,具備良好的通用性與實用價值。未來將持續優化硬體與軟體,期望推廣至更廣泛的使用族群,實踐科技輔具的社會意義。

AI’S A IS FOR APPLE 基於人工智慧影像辨識之水果品質辨識及分類

本研究開發了一種基於影像辨識的水果品質分類系統,採用最適合同時處理局部及全局資訊的 Swin-Transformer 模型,透過分析水果外觀來判斷其品質,並多次實驗以調整參數、訓練多個模型以辨識不同水果種類與品質。 使用者上傳水果影像後,系統即能識別水果種類和品質,並提供新鮮度建議與食用方式。此系統相較於傳統的檢測方法,具備非破壞式檢測優勢,且降低成本,適用於農業生產與消費市場。 模型測試結果顯示,水果類型分類器準確率為99.0%,蘋果品質分類器為85.04%,橘子品質分類器為97.67%,顯示該系統在分類與品質評估上具有較高的準確性,對水果檢測及提升食品管理有重要意義。