全國中小學科展

第61屆--民國110年

公正無私-海盜分金幣的最佳平分解

本作品從海盜分金幣的題目著手,探討金幣以m、m+1、m+2、……、n排列時,哪裡是使金幣均分的最佳分割位置。我們從文獻探討,第58屆中小學科學展覽國中組數學科第一名作品中出發,另外發展出以圖形化來找尋最佳分割位置的方式,完成了兩人、三人分金幣的最佳分割位置,並獲得更為簡潔、具推廣性的做法及結論。 此外,我們更從研究結果中獲得了一些令人訝異但尚未經證明的發現,期望能於未來有更多的深入研究。

圓內接正多邊形的線段定和

托勒密定理可以證明在正多邊形的外接圓上任取一點,此點到遠頂點的距離和與到最近兩頂點的距離和之比值為定值。為了方便討論,不妨設此動點固定在正多邊形之外接圓的某一弧上,則不論奇偶性,我們發現圓內接正多邊形的線段定和之特性。同時發現:奇數邊數正多邊形,當邊數2n+3以上時,會滿足此動點到奇頂點的距離2n+1次方和與到偶頂點的距離2n+1次方和相等。無獨有偶,偶數邊數正多邊形,當邊數2n+2以上時,會滿足此動點到奇頂點的距離2n次方和與到偶頂點的距離2n次方和相等。

池塘的秘密—水體的有氧運動—水中溶氧量與奈米氣泡研究

本研究旨在探討埤塘水質的含氧量,其是否超出定溫下的飽和溶氧量,觀察各個不同的水域溶氧量的差別,可大致看出該水域的生態形式。藉由模擬埤塘水,來避免一般水質的其他物質影響測定,我們推測埤塘裡的藻類是以奈米氣泡的形式來釋放過多的氧氣,使其達到過飽和,因此我們以超音波震盪產生奈米氣泡,改變不同的作用時間。發現當溶氧量到一定的程度以上,再繼續通入氧氣並震動所溶入的氧氣含量不會再顯著上升,而是在一定的區間內上下停滯,即奈米氣泡溶液達到該溫度下,最大的奈米氣泡含量,模擬結果顯示,若埤塘並沒有流動,是可以產生奈米氣泡來增加其氧氣含量,與後來進行的實地測試相符。而水中生產者越多,水體較為靜止,可測出較高含氧量。

報紙房地產廣告數量與社會意涵分析—以2020年自由時報為例

本研究以2020年自由時報房地產廣告為範圍,探討房地產廣告數量、出現版面、頻率與內容的社會意涵分析,以數量統計與內容分析為方法。研究顯示房地產廣告數量、版面,居商業廣告之冠,出現頻率以週五、六、日最高;假日、農曆七月及新冠肺炎疫情嚴峻或趨緩,皆會影響廣告數量;房地產廣告內容常將有房產視為人生勝利組,男性被塑造成認真專業,女性則熱衷享樂,女體更是廣告中為吸引目光而被凝視的客體,隱含階級、性別不平等;廣告對家的樣貌以異性戀為訴求,也許反映對非異性戀家庭的視而不見與擔心其成為鄰居的恐懼;廣告透露家庭成員權力的不對等,事業有成的爸爸位階最高;最後,廣告出現歐美國家地名、白種女性,透露仰望優越他者的社會意涵。

追光者

看到校園屋頂的太陽能板,只能朝著單一方向接收陽光,但太陽會依據時間而改變移動路徑。若太陽能板能隨著日照路徑移動,則能增加日照時間與發電效果。本次研究是利用雲端試算表計算太陽角度與方位,再利用物聯網開發板操控馬達與液壓機構,調整太陽能板裝置的角度與方位,以達到自動追日的效果。過程利用問題解決模式進行研究,經過蒐集資料與不斷測試修正,歷經五代的實驗裝置,已製作出太陽能板自動追日裝置,並可實際操作。不同於使用光敏電阻偵測光源而移動裝置,本次研究裝置是不受環境光源影響,可精確對準太陽位置。因時間和成本有限,目前只能以小型太陽板測試,期待日後能製作出大型太陽能板追蹤裝置並增加綠能發電的效率。

微薇旋風自飄揚-大花紫薇多型性種子飛行模式之探究

大花紫薇果實有4-7個蒴室,6蒴室果實最常見,種子具多種形態,依種子與翅膀比例分成1:0、1:1、1:2、1:3與1:4五種類型,發現翅的比例越長種子較小、較薄、重量較輕,翅的寬度則相近。種子飛行模式具規律性,分成二個時期:墜落期與旋轉期,墜落期越短,越早發生轉折點,代表越早開始旋轉緩降,滯空時間也較長。在種子散佈方面,發現1:2、1:3與1:4種子因翅的旋轉而有緩降現象,散佈較為集中。在發芽率中發現1:0種子多不發芽,翅越長的種子其發芽率越高,最高可達高達96%。由此推測翅長越長的種子可散佈的距離較遠,也較易發芽,而種子較重且無翅的種子,其種皮較厚可等待更久的時間再發芽,可降低種內競爭壓力。

釉色-千年釉彩工藝應用于間接燈光照明色溫及演色性之研究

一般將螢光粉覆蓋於LED上,受光激發而產生各色光,直接照明的光轉換效率高,缺點是極刺眼。本實驗研究LED的間接照明,利用已發展千年的釉藥調製技術和材料,以塞格式、一維二元...常見調釉藥比例的方式,結合現代科技分析方法,應用於LED以產生漂亮又不刺眼的間接燈光,亦具有高藝術價值及實用性。 研究結果成功依需求自製低色溫(暖色系)或高色溫(冷色系)的「反射式」高演色性熒光釉,避免接觸高溫晶片而使螢光粉劣化,得到間接燈光的最佳化曲線。陶瓷耐高溫、易散熱而且釉藥能保持 長時間不會退色、千年不壞。釉藥學千年來多應用於瓷器上,近年部分用於LED的螢光粉。本實驗堅持傳統用於瓷器藝術,又援以新科技LED,使其兼具現代實用需求及工藝美學。

膜力--探討圓形石頭或彈珠在不同高度落水時產生的現象

我們利用三種不同質量與體積的球體(484g的龜甲石、108g的大彈珠、24g的中彈珠),自離水面129公分高處分別自由落體降入水中,觀察水面所形成的水膜與水面下所形成的錐形體關係。發現不同球體有各自不同的成膜高度,且高度越高其所造成的空氣甜筒體積越大。研究中發現空氣甜筒的體積遠大於球體本身所排開的水體積,推測在球體迅速落水膜的時候帶入大量的空氣。我們試著建立空氣甜筒所形成的模型為球體下降的過程中,推測球體下方運動較為快速,造成的壓力較小,所以造成外界較大的大氣壓力帶進更多的空氣,形成空氣柱。同時因為越往下方移動,水壓越高,因此造成水面下的錐形體,且錐形體內的空氣壓力小於外界大氣壓力,因此擠壓濺起的水體向內產生水膜。

山林間的璀璨珍寶 —— 黃鳳蝶

(一)黃鳳蝶是完全變態的昆蟲。其為溫帶性蝶種,馬祖的黃鳳蝶族群為一年多世代,以芹菜、茴香、胡蘿蔔、日本前胡等繖形科植物為寄主。 (二)黃鳳蝶是中型鳳蝶,軀體是黃色,腹部有黑色細縱線。翅膀底色也是黃色,上有黑色條紋及斑點,後翅末端有長尾突,後翅臀區有紅斑與藍斑,雌蟲體型與重量比雄蟲略大一些。 (三)幼蟲的成長速度與氣溫有明顯的關聯,在26.34°C時,最適合的幼蟲生長;氣溫越低,幼蟲的生長速度越緩慢;在28.66°C時,也會使成長速度略微變慢一些。 (四)蛹期的成長速度與氣溫有明顯的關聯,氣溫越低,幼蟲的生長速度越緩慢,當日期在11月15日之後,溫度低於19°C,蛹期竟然長達125天,以蛹的型態度過寒冷的冬天。

無人機的消防應用

科技的日新月異,人們除了在日常娛樂拍攝中結合了空拍機,在各個職業領域為了便利與效率也運用上了空拍機,傳統空拍機的空中攝影技術也逐漸結合各項感測器、機械結構來達到職業上的需求。本專題使用單晶片Arduino nano、MEGA Mini Pro、ESP-32和飛行控制器Pixhawk為主要控制板打造一台空拍機,並結合熱成像與各感測模組達到消防救援的功效。