全國中小學科展

第59屆--民國108年

星空地圖-自製渾天儀(立體星座儀)

星座盤是常見用來觀測星星的工具,它適用在觀察者面對北邊(南邊)的天空,但是平面星座盤上的星座圖案,與我們直接望向立體星空所看到的圖案會產生一些形狀上的差距,如果我們用它比對東方或西方天空中的星座,則變形的問題更大。為了改善星座盤的問題,我們藉由古代中國渾天儀(渾象)的概念,結合現代西方的天球儀,加上透明天空模型(上面標示有經度、緯度線,用來模擬星座盤的方位、仰角網線圖),使它整合成為立體星座儀(新式渾天儀)。只要給定觀測地點的緯度,透過日期盤、時間盤刻度的對齊,就可以知道星星的方位角、仰角,而這原本是需要經過複雜的數學運算才能得到的,所以我們的作品也可以說是簡單好用的手工天文計算機。

「蜘」來「織「趣」-大姬蛛不規則網之拓撲探究

學校最常見的蜘蛛就是肩斑銀腹蛛、簷下姬鬼蛛及大姬蛛,肩斑銀腹蛛多棲息在植物上,簷下姬鬼蛛多棲息在欄杆上,而大姬蛛多棲息於陰暗處,有護卵行為。大姬蛛的網為不規則網,主要分為牽引絲、主網結構及次級結構。大姬蛛的網形分別為三角體、吊帶型及星型,主網形狀分為12種拓撲形狀,且大姬蛛網的牽引絲越長,網面積越大;立體主網面積越大,平面主網面積也越大;平面主網劃分角越大,區域內的牽引絲越少;短牽引絲的附著角度平均大於長牽引絲附著角度平均;具有支架的蜘蛛網,牽引絲數量與離地高度平均大於沒有支架的蛛網。仿生大姬蛛網吊帶型的振動幅度為0.06公分,三角體的振動幅度為0.02公分,顯示三角體面對風力的作用下,其結構較為穩固。不論是吊帶型及三角體仿生蛛網,其主網部分的振動幅度皆為最大,而連接點及牽引絲為蜘蛛網的周圍架構,其晃動幅度小。

低頭「響」起-智慧正姿訓練矯正頭帶

本研究主要為設計一套能主動偵測如低頭等姿勢不良之穿戴式裝置,並利用行動裝置紀錄姿勢不良次數及頻率,以及自動產生圖表方便分析閱讀。 本研究的作品具體積小並有鬆緊裝置,不需要量身訂做,人人皆可使用,在姿勢不良時,以能產生簡單、有效的警示為主要考量。而當使用者姿勢不良時,能即時以燈號或聲響提醒使用者修正姿勢,並且籍由Arduino單晶片及藍牙協定的概念將訊號傳送手機,再將資料經由手機上傳至雲端,使用者可從數據資料判斷穿戴頭帶者自己的姿勢不良傾斜之時間長短、角度與次數,進而協助使用者矯正姿勢,保持健康的體態,促進健康。

結合SLAM及YOLO建構AR空間記憶眼鏡

本研究結合SLAM即時定位與地圖構建及YOLO即時物體偵測,實現環境物品辨識、定位、導航的AR記憶眼鏡。透過SLAM平面偵測建構空間中平面資訊,作為AR物件座標及物理資訊的依據參考,再經過機械學習訓練後的YOLO模型達到辨識物品,結合兩者建立空間與物品的依存關係。以VR眼鏡結合手機模擬AR眼鏡,採用iOS系統及Swift語言設計程式功能及介面,實現走動過程持續即時辨識空間與物品,可運用音量鈕選定要尋找物品,再透過眼鏡畫面方向及距離的指示,導航到該物品位置。本作品還可運用在工作場合,做到紀錄與提醒環境的變化,如航警可疑物盤查、公司財務貨物盤點等,成為幫助人腦記憶的輔助裝置。

二次曲線上蝴蝶形的探究

從蝴蝶定理(Butterfly theorem)的圖形進行發想,在前人作品發想出研究方向,除了在圓與正方形以外,在其他圖形上討論蝴蝶形的其他性質是否有不同的發現?我們在圓、橢圓、拋物線與雙曲線之重疊圖形上作出對稱與非對稱蝴蝶形,對其面積、邊長、角度進行計算與歸納,再推廣到在拋物線上另找任意兩點做蝴蝶形;在研究過程中,我們也發現了圖形上一些特殊的性質,進行一連串的研究。且以普通高級中學課程綱要中數學科課程綱要內容為我們推論工具,希望能讓多數高中程度的學生均能了解我們的發現。

從”食”招來~二氧化碳的擇”粉”條件

本研究透過發糕來研究泡打粉產生的二氧化碳在麵糊內,如何影響發糕體積膨脹及裂痕情況,並找出各種麵粉膨發的最佳條件。透過實驗得到二氧化碳的最佳擇”粉”條件如下︰ 一、低筋麵粉︰糖60公克、水65公克溶解放涼,加100公克低筋麵粉與4%泡打粉攪拌6分鐘,麵糊完成後立即入鍋蒸20分。 二、中筋麵粉︰糖60公克、水65公克溶解放涼,加100公克中筋麵粉與4%泡打粉攪拌6分鐘,麵糊完成後靜置60分鐘再入鍋蒸20分。 三、高筋麵粉︰糖60公克、水75公克溶解,熱糖水加100公克高筋麵粉,攪拌9分鐘(倒數1分鐘加4%泡打粉),麵糊完成後立即入鍋蒸20分。 只要找到各種麵粉和二氧化碳的最佳配合條件,大家都可以做出”膨”而且”發”的發糕。

全球平均海平面的年際變化(1993-2017)

本研究探討年際氣候震盪對全球平均海平面的影響,故將衛星測高儀數據剔除長期趨勢與季節波動後,與數個氣候指數進行互相關及同調性頻譜分析,其結果為:(i) 海平面與 ENSO 在半年到十年的尺度下,有高度相關,相關的原因可能與降雨區的變化有關。(ii) 與 PDO、AMO 的相關性集中在二年到十年,AMO 相關性最高是在其比海平面早發生 8 個月的時間。海水的熱含量變化可能是主因。(iii) 與 AO 有弱相關,相關性最高是在 AO 比海平面早發生 15 個月的時間,推估可能是衛星測量資料空間範圍沒涵蓋北極海造成。(vi) 與 AAO 似乎有弱相關,但是無法確定。最後本研究將上述五個指數以最小平方法擬合海平面年際變化,得到各指數的相對強度貢獻比例,有助於了解在未來全球暖化下的海平面變化。

pH4.6的秘密

泰雅族人用豬肉、鹽、小米製成既酸又鹹的醃肉。巧妙應用了食物保存原理、發酵原理、蛋白質變性的化學反應,也創造了泰雅族特有的飲食文化。經過實驗研究,我們發現: 1.泰雅原住民為了要保存食物,而發展出醃肉的製作方法。 2.製作醃肉,小米和鹽巴缺一不可,加6%的鹽;和小米的比例3:1為最佳比例。 3.只要含有澱粉的米飯,先以沸水煮過,都可以製作醃肉。 4.鹽的比例會影響發酵的速度,比例高發酵慢,但卻可以讓醃肉的存放時間越久。 5.環境溫度越高,發酵的速度就會越快。 6.醃肉pH值必須降至4.6以下,才可以讓大部分的細菌無法生長。 這項研究,不僅可以延續部落的價值,還可以應用於災難求生,甚至創造商品化的經濟,更是值得研究的課程。

正n邊行內接正四邊形之探討

本篇將探討在正n邊形中的內接正四邊形,即此正四邊形的四個頂點分別位於正n邊形的四個不同邊上。我們將正n邊形依邊長數分為n=4k、4k+1、4k+2、4k+3,透過電腦繪圖、尺規作圖法及公式驗證,得到以下結論:正n(n=4k)邊形有無限多個共中心內接正四邊形,而其餘正n邊形中,皆只有一個(本篇中圖形經過旋轉對稱後,大小、位置相同者為全等,則視為 "同一個")內接正四邊形,且在n=4k+2時,內接正四邊形必和正n邊形共中心;n=4k+1或4k+3時,內接正四邊形必不和正n邊形共中心,但內接正四邊形之中心必在正n邊形的一對稱軸上。最後我們提供一個能在所有的正n邊形畫出內接正四邊形的尺規作圖法。

「麥」出減塑新「吸」望

今年七月開始政府規定業者不得提供內用一次性的塑膠吸管。目前市售的一次性吸管種類皆有其缺點。我們從吸管單字straw獲得靈感,嘗試使用麥麩粉來製作一次性吸管。 本研究運用熱壓方式來塑型,實驗過程中發現熱壓方式無法穩定吸管結構,進一步在麥麩粉裡分別添加四種天然黏膠進行測試,實驗結果酪蛋白膠在延展性與塑型方面表現最佳。成功塑型後,我們製作了多種不同成分的麥麩吸管進行實用性測試,結果為添加蜂蠟的細顆粒酪蛋白膠麥麩吸管在耐熱、耐酸鹼與防水性的表現上最佳。 我們把自製的麥麩吸管運用到其他一次小型塑膠管用途上例如棉花棒,也能表現良好。實驗結果證實自製的麥麩吸管在土壤中三個月內能完全生物降解完畢,有效達到友善環境的目的。