全國中小學科展

第61屆--民國110年

水中搖搖搖-探討節拍器在水面上的同步現象

我們的實驗是為了瞭解我們設計的變因對於節拍器同步時間的影響。我們的變因有:節拍器的放置環境、是否放在泡棉板子上、改變節拍器的頻率、距離、水量和水深。從我們的實驗結果得知,節拍器放在桌面上比在水面上更快達成同步;在桌面上的同步所需時間:直接放在桌面上<同一泡棉板子<不同泡棉板子;在水面上的同步所需時間:同一泡棉板子<不同泡棉板子;節拍器的頻率愈高、節拍器之間的距離愈短、水量愈少、水深愈深,都愈快達成同步。 當節拍器頻率為120bpm時,我們使用不同的水盆,並改變水的深度,發現節拍器只有在紅色方形水盆中,水深為5公分時,在水面上比在桌面上更快達成同步,所以我們推測是因為駐波而產生的現象。

肝臟「IN」了沒?以人工智慧評估肝纖維化

嚴重的肝纖維化將導致臺灣十大死因之一的肝硬化,因此肝纖維化的程度評估對肝病的診治及研究極其重要。肝臟病理切片利用特殊染色如馬森三色染色法(Masson’s trichrome stain),可以清楚呈現不同程度而不等量的膠原纖維。臨床上最常使用Ishak fibrosis score評估肝臟切片纖維化的程度,可分類為7級,從0級的正常肝臟、輕微纖維化的1級至最嚴重的6級(肝硬化),然而病理醫師常因缺乏第二意見而有診斷不一致的問題。本研究將肝纖維化的檢體照片依照Ishak Score分級,訓練Google開發的Teachable Machine (GTM)人工智慧深度學習軟體。再以獨立照片反覆測試人工智慧模型,檢驗病理醫師與模型判讀的差異,加以調整改善。期望本模型可以輔助臨床診斷,在醫療資源相對匱乏的地區,也能簡便地做出即時精確的診斷。

原來社交距離可以這樣排

因應疫情,為了知道社交距離在矩形裡可以怎麼排最多人,我們先從面積小的矩形範圍去排,試過正方形排列、三角形排列等方法,試著從中找出最密排列的規律,接著再慢慢的把矩形加長加寬,使面積加大,試著用不同的排列方式去堆疊,最後可以依照條件去計算任意矩形,使用推移法、補隙法等,得到優化緊密度的方法。

正多面體表面移動及一刀斬所形成的截面

此研究探討螞蟻在各正多面體按特定行進規則進行表面行走之最短路徑,以及按照特定的截面規則將正多面體(柏拉圖立體)一刀斬後分割成二部份,觀察其所形成的可能截面變化,並利用Geogebra等電腦軟體模擬繪製,藉此協助我們計算正多面體分割成的截面周長與面積,進而推導出其公式及觀察截面大小之變化關係。

正n邊形上不連續頂點所構成內接多邊形之研究

從正n邊形的頂點、各邊中點的選取定義出「正n邊形上不連續頂點所構成內接k多邊形」。 一、k的範圍限制 [(n+1)/2]≤k≤n 二、數量遞迴關係式 T_n (k)=T_(n-2) (k-1)+T_(n-1) (k-1) 三、數量總和 T_n=∑_[(n+1)/2]^n▒〖n⋅k!/((n-k)!(2k-n)!)⋅1/k〗且T_n=((1+√5)/2)^n+((1-√5)/2)^n,n≥5 四、種類 R_n (n)=1_ ,R_n (n-1)=1_ ,R_n (n-2)=[(n-2)/2]_ , R_n (n-3)=[(n-4)/2]+[(n-7)/2]+[(n-10)/2]+⋅⋅⋅+[(n-3m-1)/2] 五、種類公式:取(n-k,2k-n)=d且d的因數為d_1,d_2,⋅⋅⋅,d_w, φ(d_i)表示不大於d_i且與d_i互質的正整數個數 (1) k為奇數 R_n (k)= 1/2k ( ∑_(i=1)^w▒〖φ(d_i)〗 (k/d_i )!/((n-k)/d_i )!((2k-n)/d_i )!+k∙((k-1)/2)!/[(n-k)/2]![(2k-n)/2]!) (2) k為偶數,n-k,2k-n為奇數 R_n (k)= 1/2k ( ∑_(i=1)^w▒〖φ(d_i)〗 (k/d_i )!/((n-k)/d_i )!((2k-n)/d_i )!+k∙((k-2)/2)!/((n-k-1)/2)!((2k-n-1)/2)!) (3) k為偶數,n-k,2k-n為偶數: R_n (k)=1/2k (∑_(i=1)^w▒〖φ(d_i)〗 (k/d_i )!/((n-k)/d_i )!((2k-n)/d_i )!+k/2 (((k-2)/2)!/((n-k-2)/2)!((2k-n)/2)!+((k-2)/2)!/((n-k)/2)!((2k-n-2)/2)!+(k/2)!/((n-k)/2)!((2k-n)/2)!)) 六、T_n、R_n可能是新發現的數列。 七、正n邊形上m等分點不連續頂點所構成內接 邊形 遞迴關係式 T_((n-2,m)) (k-1)+m⋅T_((n-1,m)) (k-1)=T_((n,m)) (k) 數量總和 T_((n,m))=∑_[(n+1)/2]^n▒〖n⋅k!/((n-k)!(2k-n)!)⋅1/k〗⋅m^(2k-n) 八、正n邊形上m等分點不連續頂點所構成內接多邊形,皆可由aa拼板、ab拼板、bb拼板組合而成,並找到各拼板的種類個數。

找回消失的正N邊形

本篇作品旨在探討已知平面上 個點,分別落在正 邊形的各邊上,能否藉由這 個點找出正 邊形?而找出的正 邊形是否唯一呢?我們利用數學繪圖軟體Geogebra結合國中所學的幾何尺規作圖觀念作圖,從正三角形開始探討,進而延伸到正方形、正五邊形、…、正八邊形,最後探討至正 邊形。 作圖探討後我們發現當邊數較小的時候,可以透過平行或是邊長相等的概念畫出正多邊形;但邊數較大的時候,就需要透過圓內接多邊形的性質才能畫出正多邊形。我們透過圖形也發現平面上只要給定 個點,即可畫出正 邊形,且除了正三角形畫出來的不只一個,其餘的正多邊形都只能畫出唯一一個,最後我們利用三角形的全等及圓內接多邊形的性質證明之。

池面上的拉花-探討南方圓豉甲(Dineutus australis)的習性及動物行為

南方圓豉甲屬於完全變態類的水中昆蟲,為肉食性,主要是靠嗅覺來找到獵物,視覺與振動的感官並不明顯。雄蟲前足跗節特化呈牙刷形吸盤,藉由吸盤的特性使交配順利進行。游泳模式有:(1)直線略帶S型衝刺。(2)點動前進。(3)繞圈旋轉(順時針及逆時針都有)。(4)展翅及繞圈旋轉。豉甲蟲發現(嗅覺偵測到)食物時,會啟動繞圈模式,透過繞圈產生漣漪,其它豉甲蟲偵測到水面波紋後又被啟動,因此水面的波紋很多,擾動了微環境的氣流,使得更多豉甲蟲嗅到食物的氣味,進而群策找到食物,是互相合作的覓食策略。豉甲蟲與水黽會互相競爭食餌但會驅離水黽。豉甲主要是在水面上巡游覓食,而仰泳椿、溪蝦的生活區位是在水面下,因此覓食區域不重疊,所以互不影響。

頂心三角形誕生的奇蹟

在第59屆科展作品(中華民國第 屆中小學科學展覽會換心手術)有給定了一個新的名詞(頂心三角形):平面上給定△ABC及一點D,分別以A、B、C三頂點為圓心,¯DA、¯DB、¯DC為半徑畫圓,三圓交於三點E、F、G,再以三交點E、F、G為頂點作△EFG,則新△EFG稱為△ABC在D點的頂心三角形,本篇作品主要探討原三角形與其頂心三角形邊長與面積比例關係及頂心線相關性質。

黑水虻之藥不藥由你-添加達滅芬及抗生素模擬黑水虻食料作為藥物殘留之研究

隨著養身觀念提升,不少小農採自給自足的方式耕作經營,利用黑水虻處理自家廚餘→再將幼蟲餵食雞鴨→雞鴨再供人類食用。如此簡短的食物鏈,若餵給黑水虻幼蟲的食料中含有農藥或抗生素等,殘留於蟲體內,再使用含有有害物質的黑水虻幼蟲,餵食雞鴨,再由人類將餵食黑水虻幼蟲的雞鴨吃下肚,是否會造成食安的問題? 由研究結果顯示,經由黑水虻幼蟲處理過的生廚餘及有機質,達滅芬會殘留在虻糞、蘇力菌會造成黑水虻幼蟲死亡、四環黴素會殘留在蟲體內,對於要使用黑水虻處理相關廢棄物時,應妥善依不同餵養料先進行不同處理方式,勿讓可能存在的有害物質進入食物鏈,希望未來能應用在各種農業方面上,達到綠色環保的效益又能免於陷入食安問題之窘境。

幾何配數歸,碰出新滋味

本研究主要在探討正多邊形翻摺時,其摺邊與邊所圍成三角形周長的規律。原題目如下:「給一正方形ABCD、將A摺至(CD) ̅上任一點E,翻摺過去的(AB) ̅與原(BC) ̅交於F。試證△CEF的周長為正方形邊長的兩倍。」 本研究先以軟體觀察數值,發現其規律在奇數邊形與偶數邊形時不同。正奇數邊形折點左右兩三角形相加值與多邊形邊長的比值為定值,其值與多邊形內角三角函數值有關;正偶數邊形折點右邊的三角形周長為邊長2倍,且摺點、原多邊形頂點與線邊交點的角度也與偶數的邊數有關。除此之外,也找到了正多邊形翻摺後所形成之各三角形周長在適當配組後,其和有定值的不變性規律,及推廣摺到任意邊上,其三角形周長和或差為定值的規律。