全國中小學科展

第62屆--民國111年

課稅小鎮—稅額最大值走法之最佳解探討

從一個網路小遊戲出發,應用我們學習過的四則運算將題目加以改編。依據其課稅方式,找出不同大小的矩形城鎮、不同的進入與離開地點,稅額最大值之最佳解。首先,我們觀察並歸納行走路徑與稅額關係,提出九大性質並加以說明理由。接著,依據路徑與稅額關係之性質找出最大稅額走法之最佳解。我們將路徑分為三階段,分段求取特定位置稅額之規律,有效降低尋求規律的複雜度。我們也比較了正方形、長方形城鎮、順向、逆向行走之稅額規律差異並分析其原因。最後針對該研究提出未來發展的方向與建議。

偷電不著蝕把鋁?海洋環境因子與防腐

臺灣海洋環境因子與腐蝕速率相關重要性依序應為流速、鹽度、溫度、溶氧量及酸鹼值。流速以台中港數值較大且變動大;溶氧量以基隆港溶氧最低,其餘四港口溶氧量在水深6m內為正常值;海水溫度以高雄港均溫為最高與其緯度位置有關;海水之pH值與腐蝕速率較無關係;海水鹽度以花蓮港變動較大,其它港口變化約為21~32 0/00。金屬腐蝕速率以碳鋼最快且大於銅、鋅、鋁,碳鋼腐蝕速率應為台中港、基隆港>花蓮港、高雄港>金門港。海洋環境的防腐蝕法可利用太陽能板之陰極保護法及考量天候狀況與加裝合適電子元件之線路設計來得到一合適電流不致使造成電解水而生成O2。抗腐蝕實驗中其電解質溶液顏色變化及沉澱物一併考量可為腐蝕速率之另一種新型測量方式。

辣不辣有關係?!辣椒素對於植物的影響

以小米椒、朝天椒、印度魔椒製作的3種辣椒溶液、乙酸乙酯及蒸餾水,在固定的時間,放置在裝有植物的容器內,並用縮時攝影機來記錄植物進行睡眠運動的變化。分析影像後發現: 1. 植物進行睡眠運動的時間會因放置劑量的多寡、種類而有所差別,植物的作息也不再依日運週期來進行。 在正常情況下,植物醒來與睡著的時間跟日出日落僅差距30分鐘,但在實驗期兩者的時間差了2個小時以上。 2. 辣椒素對於含羞草睡眠運動進行時間是有所影響的。 3. 植物在進行睡眠運動時並非安穩的沉睡,而是會有搖擺等動作,這與我們所認知的睡眠運動並不相同。且不管有無放置辣椒溶液,植物進行睡眠運動的期間都會擺動,使用影像對比後,可發現辣椒素對這部分並沒有影響。

清潔溜溜河底撈—探究河流中攔截塑膠垃圾裝置之效能的微型實驗

我們關切河流的塑膠垃圾汙染問題,發現「水流方向和擾流狀態」是影響河流中攔截塑膠垃圾裝置的重要因素,所以進行微型實驗探究其效能。 我們實地探勘了淡水河下游及其能攔截塑膠垃圾的裝置,依據河流曲流設計微型模擬箱,以觀察水流的樣態。首先我們歸納出:「水平面水流的分流」、「垂直面水流的擾流」、「曲流凹岸河道的回流」,並進一步探究不同的攔截塑膠垃圾裝置與水流的關聯性,例如以攔截索改變水流分流、以水管泡泡製造水流的擾流、利用曲流凹岸河道的回流找出較佳攔截位置等。 河流的實驗模型一般大且昂貴,但我們設計出河流的微型模擬箱,能清楚觀察水流的不同樣態,也能找出攔截塑膠垃圾裝置的較佳效能,據此建議河川管理單位參考。

改善疊椅卡住之研究

塑膠椅疊在一起椅腳間有摩擦力,當拉力小於最大靜摩擦力+椅重就拔不開,因此本研究主要探討椅腳加裝魔鬼氈、市售和自製半圓珠對於疊椅拉力的影響。先以魔鬼氈與市售半圓珠做實驗,發現市售半圓珠降低拉力效果比魔鬼氈好,且半圓珠越厚越多,則降低拉力越多。再來以三D列印製作不同厚度半圓珠做實驗,結果發現厚度5.5~6.5mm時,拉力從5.27kg降至2kg以內;厚度大於7mm以上時,拉力更降為1.55kg以內,幾乎不卡了,而且以黏貼在「中」位置(椅腳連接片)效果最好。綜合以上,建議厚度7mm以上黏貼在椅腳連接片位置即可達到不卡效果,更建議廠商直接在椅腳內部設計凸面,開模成一體成型的塑膠椅就能解決卡住問題。

IoT智慧取貨機

現在的超商取貨機制存在著很大的時間成本,一次取貨要是花費數分鐘在找貨,那長久下來會造成大量時間的消耗,因此為了提高領或效率,我們設計了一台裝置來減少取貨的過程之中,因人為造成的時間耗損,並降低領錯貨物的可能性。 而我們也可以依據存放貨物種類及應用方式而改造,製作出適合不同物品的存取裝置,像是用於書籍的存放,讓使用者可以自行借閱或歸還,藉由改造裝置,普及於各種類型貨物的存放,為我們的生活增加便利性。 除了擴大使用方式,增添提領貨物的提示,為貨物增設設定,關於提升整體實用性的部分也有待我們進行更進一步的探討。

尋找木瓜病原菌的天然抑菌劑與抑菌機制

我們在潰爛的木瓜中純化出Lasiodiplodia theobromae與Neofusicoccum parvum兩種真菌,會使木瓜組織產生軟腐之現象,容易造成水果採收及運送時的大量損失。研究結果顯示,兩菌亦會感染其他植物,但部分具濃烈氣味的植物有較高的耐受性且薰衣草氣味可使該二菌種的菌絲與黑色素含量下降,藉以降低致病力。其中,薰衣草氣味中的芳樟醇是抑菌的關鍵成分。此外我們發現無光環境會誘導病原菌的黑色素累積並提升其致病力。綜上所述,未來在木瓜運送與保存上若能透過照光並配合薰蒸微量薰衣 草精油或芳樟醇氣味,應可有效降低病原菌感染機率,以此減少農損。

穿越龍宮寶庫

西湖鄉金獅村龍洞溪附近出露的岩層,可以見到分佈非常密集的海膽化石,該岩層為更新世的頭嵙山層,屬於臺灣較年輕的地層,且位於通霄背斜軸與銅鑼向斜軸之間。根據野外調查發現這些海膽化石層大多介於泥岩層及其上部的粉砂岩層之間,並沿著岩層傾向北偏西78度傾角2度延伸分佈於河谷兩側。 透過分析發現,沉積物淘選度好,搬運距離近,海膽化石全是奇異掘沙錢,其受環境影響而有不同顏色,由露頭處估算,消失在河道上的海膽化石體積至少53.37立方公尺,另貝螺類化石也豐富。 綜合各項證據本研究認為研究區海膽化石密集處,其成因可能是氣溫上升與經風暴海水帶到海底沉積,再經地殼隆起而於陸地上,但因岩層沉積物膠結狀況差,顯示海膽化石未經深埋。

解構奧運會徽探討平面鑲嵌

觀察2020東京奧運會徽,發現圖形是由矩形組成,且矩形可經由三種元件(30°與150°的菱形、60°與120°的菱形、正方形)的各邊中點連線而成,本研究旨在利用這三種元件,探討平面鑲嵌。首先,找出利用元件拼貼一圈的組合個數,進一步向外擴增成正十二邊形,計算面積、對角線的長度,觀察旋轉之幾何變換,藉此得出拼貼成線對稱圖形時對稱軸上元件的擺放情形。接著,探討奧徽鑲嵌背景圖中不同大小正十二邊形的面積關係,並將線段變成曲線,推廣至拼貼成正n邊形的四邊形元件探討,得出如果n為偶數,則圖中的四邊形皆為菱形,且菱形的圈數為n/2-1,種類個數為⌈n/4-1/2⌉。最後,觀察類似奧徽之非平面鑲嵌頂點相接圖,改成用正方形貼接圖形,計算出邊長有1:√2的關係。

排對了會更強-磁鐵排列研究

本研究採用程式推算與實測驗證實的方式,試圖找出能產生最強磁力的磁鐵排列組合。實驗結果所找出的排列方式與海爾貝克陣列(Halback Array)一致。另外,我們嘗試製作「磁力線魔鏡-Ferrocell」來觀察上述實驗的磁力線形狀,探討磁力線與磁力的關係。「磁力線魔鏡」可以方便、清楚的看到磁力線形狀,或許能成為課堂上不錯的教具。最後,我們進行引導磁力線的實驗,利用矽鋼片改變磁力線來增強磁力,觀察各種鋼片與磁鐵的搭配方式對磁力大小有什麼影響。同時也試做了可以開啟、關閉磁力的「磁力開關」,展示改變磁力線的實際應用。