全國中小學科展

第58屆--民國107年

「筷」炙人口~黑心筷大解碼

本研究源自於自然老師上課時,介紹筷子的生產過程會加入二氧化硫,讓黃色的碘液顏色消失,進而引發我們的好奇心,就進行一系列有關筷子的研究。研究結果發現: 一、自製透光度檢測器,透光度越大,溶在水中二氧化硫含量越多。 二、以段狀切割筷子比削表面筷子的水溶液透光度大,表示段狀切割筷子水溶液含有較多的二氧化硫。 三、筷子中二氧化硫,來自於筷子中的維管束。 四、溫度越高,水溶液溶入較多的二氧化硫;溫度越低,水溶液溶入較少的二氧化硫。 五、浸泡筷子時間越長,透光度就越大,表示二氧化硫含量越多。 六、更換浸泡的筷子水,能降低二氧化硫濃度。 七、筷子重量越重,透光度越大,二氧化硫含量越多。 八、筷子水對植物生長會造成影響。

風兒圓舞曲---風力環轉動之研究

本研究在探討影響風力環轉動的因素有哪些,我們發現影響因素有:(1)風力環紙盤內翻摺紙面方向、數量、角度和形狀、翻摺線與圓心距離、紙盤外形。(2)出風管口與紙面的距離。(3)竹籤插入紙盤的深度。要製作一個轉動效果好的風力環,紙盤外形以圓形為主,其紙面要向內翻摺,紙面翻摺線與圓心要有角度。紙面翻摺形狀以直角三角形B的旋轉效果佳,其翻摺線與圓心距離為1.7 cm的轉速最快。出風管口與紙面的距離為1.5 cm及竹籤插入紙盤的深度為3.5 cm者,能讓風力環的旋轉的穩定性更好。透過彩繪可以將風力環變得更美麗,也能做為趣味競賽的活動呢!

Poker Traveler

台上魔術師的表演總是會讓人驚嘆不已,「天啊!」「怎麼可能?」「他怎麼做到的?」,這些驚呼聲代表了這些魔術手法的奇妙之處,然而,我們了解,任何魔術其實都只是障眼法,背後必定有其對應的原理存在,尤其越是看似公平公正或是不可能完成的遊戲,背後隠藏的原理常是超乎想像的單純。 在一次的土法煉鋼中,發現它們也是有規律的,我們試著了解這些牌的流向及收斂位置, 進而利用代數證明推導出老師所使用的手法,接著好奇心強大的我們又想到:如果27張分三堆呢?33張?39張?可想而知接下來就是一連串的研究與觀察結果

混出美麗新視界

本研究主要透過光的三原色(紅色、綠色、藍色)來分析顏料顏色。首先將紅、綠及藍三色發光二極體的光經過障礙物,觀察到光的三原色及顏料三原色(洋紅色、青色、黃色)的混合現象與關聯,藉此建立以光的三原色來分析顏料顏色的技術,並做為原色示範教學。其次,以混色色卡為樣品,量測紅、綠、藍光之反射功率,並利用光的三原色比重將顏料顏色用數值表示,也就是量化。最後,從顏料三原色量到的紅、綠、藍光之反射率,可模擬出不同比例顏色混合下的紅、綠、藍原色比重,與實驗相符,以此方法可以獲得某一顏料顏色的洋紅色、青色、黃色原色組成比例。基於此研究,我們提出顏色混合比例分析儀的構想,並驗證便宜的光敏電阻可做為此構想的量測工具。

公平分配遊戲

兩堆數目不一樣的糖果公平分配,每次移動時,都從數量多的那一堆拿出當下少數量那堆的個數,將其放到數量少的那堆,反覆進行此動作,最後兩堆糖果數目會相等嗎?移動了幾次才會相等?研究結果發現: 一、成功情行 (一) A+B=4n是成功的先決條件。 (二)當A+B≠2k,A+B=n×4(n為奇數)時,必定只有一組數對(3n,n)能成功。 (n為偶數)時,(A,B)必須符合(qa,qb)→q(a,b)才能成功。 二、移動次數 (一)A+B=2k A、B同為奇數,數對(2k -p,p)次數為k-1次。 A、B同為偶數 1、數對(2k -2m,2m)次數為k-1-m次。 2、數對(2k -2p,2p)次數為k-2次。 3、數對(2k -2p,2p)次數為k-3次。 (二)A+B≠2k,A+B=n×4 (n為奇數)時,次數為1次。 (n為偶數)時,(A,B)必須符合(qa,qb)→q(a,b),次數與(a,b)相同。

智慧翻轉,創造「棋機」~人工智慧黑白棋App研發

本研究以MIT App Inventer 2積木程式實作黑白棋App。其中AI棋手程式的估值函數參數有位價值、翻轉數和行動力。位價值是由預編的位置價值表查找,翻轉數是核算該棋步的翻子數量,行動力是前瞻一步時我方與敵方的合法棋步數差值。App下棋操作介面的設計,具有人與人、人與AI程式及AI與AI對弈等三種執行模式。其提供完整的棋步紀錄、合法棋步的提示及回溯上一步等功能,方便學習者使用。以內建的AI棋手程式對戰作實驗,用勝率來評估人工智慧程度及優劣,並可藉以不斷的調校權值以達最佳智能。結果可知:具有棋局遊戲開局、盤中、終局三階段走法有不同加權者的AI智能較高。未來還可將遊戲樹等相關AI走法搜尋演算法加入實作。

您喝的水多「氯」了嗎

利用光敏電阻在沉澱反應中沉澱物遮蔽光量而使電阻值提高的特性,設計簡單、成本低、較精確、操作方便等優點儀器,取代課程中以肉眼觀測的方式探討溫度對反應速率的影響。在相同溫度下重複施測,「光敏電阻」的5個反應速率觀測值離散幅度明顯小於「肉眼觀測」的離散幅度。「肉眼觀測」在反應時間極短的沉澱反應,會因人為操作因素使實驗數據誤差過大而失去分析價值,而「光敏電阻」因測得時間為完全反應所需時間,其時間較長,可減少人為操作而造成誤差。 將光敏電阻儀器應用於製作氯離子濃度和光敏電阻值R的檢測函數和圖形,應用於日常生活中不同煮沸時間自來水中剩餘氯離子濃度、各種不同類型水中氯離子濃度、各種不同類型砂石氯離子濃度。

沙阱內的秘辛--探討蟻獅幼蟲建造沙阱策略與捕食間關係

本研究探討蟻獅幼蟲(統稱蟻獅)的生態行為,包括牠步行方式、建造沙阱過程與捕食間的關係。結果一:步行特色(1)在沙地上蟻獅每分鐘平均0.86±0.08cm向後走,沙地外每分鐘平均以35±2.42cm快速行走。(2)都會出現180°大迴轉後,改以反方向走。(3)會走出類正多邊形,最後形成『類等角螺線』的路徑。結果二:(1)頭部能向後側仰達90°,證實拋沙的構造是在頭部。(2)頭部的面積大小為0.01cm2〜0.04cm2,可以承載0.0004g〜0.0018g的沙量。(3)蟻獅建造沙阱,最大射程為0.565cm~2.88cm,因深度加深而縮短;最大高度0.357cm~2.43cm,因深度加深而增加。結果三:直徑與深度與體長大小沒有關係,但是與當時埋伏的半徑、深度有關。結果四:捕食的速度,頭部同方向掉落獵物 > 頭部前方掉落的獵物。

流動「生」力-平面溝紋對氣流升力及渦流形成探討

蜻蜓飛行時翅脈造成空氣渦流提高翅膀升力。以鋁片製作仿生溝紋扇葉,改變溝紋斜面長及高度進行風洞試驗。相同風速下,將垂直式溝紋扇葉進行溝紋高度、數量、高度差、間距等物理量改變的風洞測試;藉空氣渦流、扇葉上空氣曲流觀察與升力變化比較,找出較佳組合條件,並比較不同風速下的差異。實驗發現,垂直式溝紋升力較傾斜式佳,渦流造成扇葉上氣流曲度增加。相同風速下,若渦流形狀較圓,則上層氣流曲度大,扇葉所受升力也較大。相同扇葉在氣流速快時,渦流較扁長,上層氣流曲度小,升力較大;依附壁效應推測,可能風速快形成曲流的向心力較大。風速每秒2.65m,三溝紋扇葉高度依序為8,6,4cm;間距依序為6、4cm有最佳升力效果。

乾坤再造~不一樣的皂化

學到了水溶液酸鹼值,我們調查市售清潔用品,結果包裝未標示酸鹼值訊息,測量後發現酸鹼質都不同,只有一種品牌沐浴乳標示其pH值為5.5,肥皂的部分都沒有標示pH值。本研究利用三種製皂的方法在過程中加入酸液(檸檬汁)、調整鹼液,嘗試降低肥皂的pH值。同時,我們也探討自製的肥皂與油反應後的乳化程度及抗菌力是否有所差異。結果發現:(1)加入酸液比調整鹼液的方法更可以使肥皂pH值降低;(2)再生法加酸液製成的肥皂乳化程度最強,冷製法及熱製法製作的肥皂乳化程度較弱;(3)抗菌效果以熱製法調整鹼液為2:1且不加酸的肥皂最明顯,冷製法加入酸液的肥皂抗菌效果最差。(4)市售肥皂可以透過再生法,於重製時加入酸液,使肥皂pH值降低。