全國中小學科展

第61屆--民國110年

運「鐵」成「峰」──鐵磁流體的製備條件研究與磁場下的流變效應

本研究嘗試製作商用規格,並具備相同流變現象的鐵磁流體。我們收集大量鐵磁流體製作的文獻,但普遍未提到具有良好流變性質成品的關鍵因素。為此我們設計了一套標準製作流程及器材,找出成分比例(鐵源、界面活性劑、載液)和合成步驟(攪拌、酸化、洗滌、乾燥)及反應環境(溫度、空氣)對鐵磁流體的影響。使用ImageJ計算尖峰數。利用SEM、EDS與XRD分析,成功製得粒徑<15 nm之奈米粒子。 製程中是否接觸空氣對奈米粒子的磁性產生極大的影響,未通氦氣保護時酸化pH=2.5-3;而通氦氣保護時酸化pH=4時,具有最佳的磁性。然而酸化至pH=6時化學性質最為穩定。混合水與磁流體時觀察液面產生的特殊現象,尚未被文獻提出。我們稱之為一種新形態的「不穩定現象」。

漆步之遙

本作品研究了遊戲Cube中正四面體的滾動特性、色漆位置及最少步數解,並將三角網格轉換為方形網格,同時推廣至整個平面且為方形網格定義坐標。由於遊戲中考慮「回黏」時將較複雜,故作品前半部分先在不回黏的情況下做討論,並為了計算解題之「最短路徑長」,先求出任兩方格間「距離」,再將各方格間距離整理為表格,藉表格中行、列位置關係得出計算最短路徑長之公式。 而作品書後半段說明當考慮回黏時的情況,並因過程中需要求出任兩方格間滾動路徑上會經過A,B,C,D之個數,最後分析正四面體身上帶有色漆時對移動步數之影響。由於上述所有公式統整後非常繁複,故我們另借助Python將之統整並計算出回黏之最短路徑長。

可限制特徵之人臉生成器

本研究旨在發展一套可限制特徵之人臉生成器,能依據目擊者對嫌犯的特徵描述,使用真實人臉照片進行特徵生成,以生成嫌犯臉孔。本研究以生成對抗網路為中心,配合選擇性傳輸單元、編碼器與解碼器結構,發展出五官、毛髮、飾品、整體形象四大類別,共有40個特徵生成編輯種類。搭配友善的圖形使用者介面,讓使用者可將已相關度篩選後之真實人臉資料庫或是另行輸入之照片,因應不同的嫌犯臉孔描繪需求情境,對該圖片臉孔進行指定特徵之生成編輯。此技術除了可輔助刑案目擊者回憶嫌犯臉孔特徵,亦可應用於眼鏡業、醫學美容、美髮業等領域。

結合物聯網與低功無損音樂傳輸的智慧書架音響

本專題設計一個音樂展示書架,結合射頻無線傳輸技術(RFid)感應在音樂CD上的射頻標籤,再透過低功耗藍芽傳輸技術(BLE)來傳輸資料給樹莓派媒體中心,透過資料庫程式去搜尋無損音樂庫中相對應的音樂,最後以高傳真數位類比轉換器(HiFi DAC)還原聲音的類比信號再傳輸至真空管擴大機。以既方便又無損害音質的方式來呈現大家所熟悉的藍芽音響。同時為了讓這項商品能夠應用在商業展示場合與藝術人文空間,我們讓播放音樂就如同向大家展示一張音樂CD一樣,只是將之放置在一個木質書架。且為了讓書架不需要插電或是充電,我們採用低功耗的藍芽傳輸並配合深眠模式,做出僅使用室內光源就能夠使用的智慧書架,更適合安置在一些不希望電線裸露出來的藝文空間。

兩交圓內接三角形最大面積之探討

本文旨在探討兩圓重疊區域內之內接三角形的最大面積,我們從等半徑之兩圓到相異半徑之兩圓,從特殊化(兩圓互過另一圓之圓心)到一般化(不限定是否通過圓心)分別進行分析。隨著兩圓半徑、連心線長等變數的不同,我們觀察到內接最大面積三角形的形狀變化,及其面積的計算方式,最後我們推導出一般化的結果。

噓寒問暖,發熱衣解密

透過紡織品形成空氣層,達到減緩人體熱能散失是禦寒保暖的策略之一。市售發熱衣為本校學童內搭衣主流,以聚酯纖維、聚丙烯腈、嫘縈及彈性纖維為主材質。其中以聚酯纖維為主要材質的發熱衣較容易達到比純棉內衣更好的保暖效果。在流汗及微風(蒲福風級表)的情境中,發熱衣蓄熱保暖的效果均劣於純棉內衣。而市售發熱衣所標榜發熱技術,其效果甚微。穿著發熱衣時仍需配合當日天氣與活動搭配防風或排汗衣物,才能達到保暖蓄熱的最佳效果。

藍到非晒不可─光雕顯影術,以投影機為例

藍晒的基本原理是檸檬酸鐵銨加赤血鹽的水溶液,日照後形成普魯士藍的沉澱。本實驗則透過穩定可控的光源─單槍投影機,來做為主要的光源,除了可避免天氣因素的影響外,也可投射出各種圖案,我們透過操作感光液的比例、照射時間的長短、投影的顏色,試圖找出光雕投影的最佳模式,此外,也嘗試找出適合藍晒的定色液,以延續產品的壽命。由於開放場域的環境光可能影響結果,我們設計了”迷你電影院”以提升成功率。 結果發現,以比例5:4(赤血鹽溶液:檸檬酸鐵銨溶液)的感光液表現最好,投影的時間則是50分鐘就可以讓感光液充分反應顯色,而利用顏色的操作便可同時完成深淺不同的藍色,最後,以食用醋做為定色液的效果最好,作品既顯色又耐洗。

從空中看地面—用算樹實驗探討行道樹遮陽效果

本研究運用多元的科技方法研究行道樹之規劃。先利用實際測量了解有無樹蔭對地表溫度之差異,再以NDVI數據資料探討六都種樹情形。算樹實驗過程以小型空拍機拍攝市區常見的樹種行道樹,運用ImageJ及IC_Measure程式軟體分析、計算樹冠、樹冠幅、樹冠幅蔭等面積,探討樹蔭大小和遮陽的關聯性,發現樟樹能提供較多樹蔭達降溫效果,是栽種行道樹的最佳選擇。最後自製道具實際模擬,得到最佳植樹高度公式為LH+Wtanθ(單位:m),其中W:要遮住的路寬、LH:樹木枝下高、θ:當地12點太陽仰角,藉「算樹實驗」可配合各地區的太陽仰角角度,計算不同時段的樹蔭面積,系統化規劃各地最適宜植樹高度,如在北回歸線位置6m寬的道路旁建議最低樹高約為12m。

「聲」「氣」勃勃─聲波滅火之原理探究與裝置改良分析

我們利用西卡紙製作不同孔徑與筒長的聚音筒裝置以控制聲波前進的方向並提高音量,並以筆電及軟體(VB_generator)控制輸出聲音的頻率及音量找出較適合的輸出功率(30%),接下來利用分貝計測量各種孔徑與筒長的聚音筒在不同頻率與距離時的音量,且找到間歇性的噴射氣流與音量振盪之關聯性,得知聲波滅火可能與噴射氣流及聲波為疏密波有關。 從研究三到五的結果發現孔徑4cm的聚音筒效果最佳,而筒長越長出現最強噴射氣流的頻率越低,筒長25cm時為40Hz、筒長20cm時為45Hz且為本實驗中最強的噴射氣流。 製作新型聲波滅火裝置,研究後發現喇叭直徑越小,產生最大噴射氣流的頻率隨之變大;距離3cm且頻率在230Hz時擺角為最大值29.2˚,根據新型聲波滅火裝置的滅火效果測試,頻率為220和230Hz的聲波將蠟燭熄滅的距離最遠為36cm。

指間世界「圓弧」「曲」

角柱與角錐側面都是由長方形或三角形組合而成,這些形狀的邊都是直的,我們想把直線摺痕改成曲線摺痕,探討能摺的條件與摺出的樣貌。我們依序在平面紙上研究無摺痕、一條曲線摺痕、兩條曲線摺痕、多條直線與曲線摺痕能摺的條件,發現曲面在彎摺處若找不到直線,則此曲面無法摺出來,封閉曲線不能摺成曲面,混合直線與曲線摺痕,摺痕間形成的曲面,只能是凸曲面或凹曲面,不能凹、凸曲面並存。我們把在平面紙上能摺的基本圖形連續組合繪製在圓柱與圓錐上,找出在什麼情況下能摺,其中能摺的作品若滿足3條件,則能「定型」摺出正n邊形的圖樣。我們可依此設計製作,創作出更多不同的形體應用在生活中。