全國中小學科展

第60屆--民國109年

超不單純的群體旋轉

本研究利用頂點圖探討三維空間中的正多面體及四維空間中的正多胞體圖形有幾種,並推廣至n維空間。四維空間中的正多胞體是用三維正多面體的圖形所堆疊出來,因此我們透過三維空間中的正多面體頂點圖探討四維空間中的正多胞體有幾種,進而推廣至n維空間。本研究透過遞迴式及數學歸納法探討n維空間中正多胞體(單純形、超方形、正軸形)之點、線、面的一般化結果。本研究利用代數及幾何的方式探討二維平面及三維立體圖形的對稱旋轉方式,再利用頂點圖去探討四維空間中正多胞體的對稱旋轉方式有幾種,並推廣至n維使其一般化。

不能說的”蜜”密—可見光與近紫外線光譜分析蜂蜜品質

蜂蜜真偽及其品質優劣在市面上引發不少問題,本研究以12件國內外市售蜂蜜為材料,進行蜂蜜飲用口感品評、7項物化分析實驗且與CNS品質規範進行比較,再將其結果利用可見光與紫外線光譜儀測定進行相關性探討,找出3個光譜範圍和3個特定波長可鑑別蜜種、產地和品質。最後將各樣本光譜吸收度作迴歸分析,發現同蜜種的R2值可達0.85以上,表示本研究光譜檢測法對於蜜種判別有不錯的準確率。此外,光譜資料與花粉計數實驗比對,可用光譜儀在272 nm黃酮類化合物吸收峰來對應花粉含量,用於判斷蜂蜜相關營養成分含量多寡。本研究綜觀蜂蜜口感評鑑、物化實驗結果與光譜分析得知:可將光譜分析用於鑑定蜂蜜蜜種、產地,並結合傳統檢驗以確認蜂蜜品質優劣。

當果膠遇見牛奶

文旦柚皮果膠量、稠度(Consistency)、保濕度、減緩水果熟成為五種果皮最優。柚膠加砂糖可提升各項效果,50ml柚膠加20g糖保濕度最好、減緩水果熟成為不塗膠的1/6,50ml柚膠加10 g糖在高溫70°C烘30分鐘時糖度為33(Brix)黏著度最大,接近市售膠水。果膠可提升土壤的肥沃度、保肥度、保濕度、含水量。設計三種施肥法以粉(奶)水法適合植物生長,相較澆水生長率,生長最優的最佳比例:粉水法0.8g/50ml淺根綠豆苗莖高度長高約6.3%、重量多重約5.5%,深根小白菜葉長快速度約2.3倍。粉奶法5%5ml淺根綠豆苗莖高度長高約20.7%、重量多重約26.3%,深根小白菜葉長快速度約4.6倍。種子以5%5ml埋奶膠法發芽最快速,發芽後以5%5ml粉奶法可縮短收成期。本研究結果值得推廣。

「隱」人入勝——探討中型金蛛與長圓金蛛之隱帶生態功能

金蛛屬(Argiope),是圓蛛科的一個屬。不論長圓或是中型金蛛其隱帶的長度與體長成正相關。研究中隱帶的長度與環境溫度、照度和風力的數值相關性不高。而在複式顯微鏡下發現隱帶的構造有疏密之分,為了解有隱帶的蛛網在承受風力以及獵物衝擊時的振動模式,以釣魚線及蠶絲製作仿生金蛛網,發現具有隱帶的蛛網其振動幅度較小。收集金蛛隱帶,檢測隱帶反射光後的光譜分布,結果發現疏隱帶的反射光譜,強度最大皆為黃橘光。仿生網受獵物撞擊及風吹的震動幅度:無隱帶>直線型隱帶>十字形密隱帶>疏隱帶。研究顯示疏隱帶為穩固效果最好的,仿生隱帶支撐仿生網可減少振幅。而蠶絲仿生網的振動幅度較釣魚線小,穩固性較佳。

西蒙思對戰遊戲攻略

西蒙思對戰遊戲是兩人輪流在凸多邊形頂點畫一條線連接兩點,當某一方自己畫的線形成三角形時就輸了。本研究主要探討在不同點數遊戲中,雙方適用的致勝策略。發現到: 1.n點時,雙方最多可畫直線總數為n×(n-1)÷2。 2.4點時,若先者成功使用同點連線法則必勝;後者須阻擋先者同點連線法才能平手。 3.5點的適用策略為沙漏法和梯形法;6點(含)以上適用的策略為沙漏法、梯形法、無限法和外圍連線法。這些策略為等價圖形,可互相轉化,均具有「畫出偶數頂點的封閉圖形」和「連接異奇偶點」等共同特徵。本研究並討論了上述策略的適用理由。 4.找出N點以「連接異奇偶點」策略可連出供玩家選擇的直線數計算公式。 5.建議雙方對戰時的最佳策略與互動調整原則。

電來水走──探討電場作用時水珠的電濕潤現象

本研究透過自製電路板及實驗裝置,結合程式碼控制電場,探討不同電濕潤的裝置、水量及電場與水珠運動速度的關係,並探究使水珠運動速率最大化的條件。 研究發現水珠運動方向與所加電場方向相同,且增強電場、增加水量、減小電極間距、降低疏水材料的表面粗糙程度、先行分離水珠內部正負離子以及在3200μm以下增加電極寬度,皆使水珠運動速率變快。 透過探討影響水珠移動速率的變因,可提升電濕潤顯示器單位時間內的幀數(張數),亦即流暢度,並期盼將此研究結果應用於各式表面的自我清潔系統中。

乾坤大挪移─數字華容道解題策略與數序關係之探究

本次研究重點於探討數字華容道玩家的共同困境、兩種解題策略適用性、數序相反對數與有無解的關係。綜合研究發現概要如下: 一、受試者無法解出每一列的最後一個數字排列。 二、四格解法適用性:3×3的數字華容道分為四個顏色的範圍,該範圍內的四格,只要使目標數字至特定位置(左半邊B、C,或右半邊C、B),就能解。 三、六格解法適用性:在目標六格範圍內移動,使每列最後的數字滑塊與前一個數字滑塊相鄰,即有解。 四、由3×3解題與六格解法過程中,初探一對數序相反無解。 五、由2×2數字華容道題型進行奇偶關係與有無解之證明,類推3×3、4×4數字華容道題型,皆符合奇數相反對數無解,偶數對數相反有解。

久久崇陽 - 利用重力原理研發無電力追日系統

目的:利用重力原理改變太陽能板傾斜角度進行動態追日,以提高產電效率。 實驗設計:本研究以節約與廢物利用為主要考量。利用槓桿原理,找出太陽能板最佳的槓桿支撐位置,測試在不同角度所需的重量;室內模擬測量出台北夏至與冬至10-14時太陽仰角的照度和電壓值;以水做為重力控制改變太陽能板角度,並配合三段排水的方式來校正中午時段的些微角度偏移。以統計方法驗證實驗組與對照組的差異。 結果:戶外實測結果顯示照度值(12pm, 1053 vs. 993)與電壓值(平均值,42.94 vs. 40.78),再計算相關係數(0.9285 vs. 0.8997),發現追日組均優於固定組。 結論:本追日系統創新地以重力調整不同時間太陽能板的傾斜角度,並能使太陽能板自動回復至初始位置,此裝置能成功有效提升太陽能發電效率。

觸而及「發」-自製不插電桌球發球機治具之成效探討

本組以環保題材設計雙輪桌球發球機。第一代純手工發球機至利用3D及雷切機輔助,製作出五代發球機,設計過程我們發現桌球質量很輕,3V玩具馬達即可帶動並調整發射管角度可射出各位置的球,實驗中我們發現,發射輪間距以35-37mm最佳、輪上套橡皮筋以10mm寬堆疊2-3條最佳,此外左右輪要獨立馬達配合可變電阻可發出旋轉球。利用電流大小(切換電池或變壓器)可模擬不同速球及殺球的速度,而送球轉盤設計成一個洞,配合100Ω可變電阻可控制1:90TT馬達,達合適的送球速度,送球轉盤與底座距離以球半徑最佳,不會卡球。最後此機元件當成治具可利用紙板及環保材質替代,作出發球機節省很多時間且準確,適合桌球愛好者使用。

「層」次「分」明—濃度與色素吸附力關係之探討

本實驗藉由濾紙色層分析法,以水性黑色顏料為混合物,探討各種沖提液在不同濃度下對色素吸附力的影響,並得知鹽類是鑑別展開距離的關鍵溶質。我們也發現,以氯化鈉為沖提液,「低、中、高濃度」都有其各自的區間,並有不同斜率。斜率的改變,是由於正、負離子互相吸引程度不同,而導致靜電力的消長。只要找到濃度區間交界點並做分段,就可得到極佳的線性關係,並且可以應用於未知濃度的檢測。 最後我們發展出解釋模型,根據「水合離子」的性質、條件,可說明沖提液中的離子在本層析實驗中的關鍵作用;也能完整解釋離子種類、濃度、帶電量多寡所造成的影響。