全國中小學科展

第63屆--民國112年

康達效應快現身〜我「照」你!

本研究以紋影攝影裝置為實驗工具,拍攝氣流流經物體時其軌跡變化,過程中我們清晰的看見康達效應,證明氣流流經曲面時會改變原行進方向。且發現風源須與圓柱體維持適當距離,方可產生最明顯的康達效應。此外,當氣流流經柱體,其側面夾角小於120°時,所產生的康達效應最不明顯;夾角大於135°時較明顯;流經圓柱體時最明顯,其中當底部直徑大小與氣流範圍相當,康達效應尤其顯著。另外,氣流流經適當曲率的水滴形物體,可順流通過之;而流經不適當曲率的水滴形物體則會產生紊流,不過利用導流板便可改善此問題。最後,我們運用本研究結果,在冷氣機出風口設計了S型曲面導流板,優化氣流流動方式,達到較佳冷房效果。

石灰岩的華麗轉身-不同化石密集層特性與鐘乳石形成之探討

本研究主要是針對牛山-龜重溪河床生物碎屑石灰岩層、六甲地區-水流東扇貝石灰岩層、高雄田寮區-大崗山生物碎屑石灰岩層與花蓮秀姑巒溪口-紅色生物碎屑石灰岩層四個不同化石密集層所形成的石灰岩層進行野外調查,並採集現場標本進行後續實驗。首先是透過鹽酸溶蝕來確認四個位置的碳酸鈣含量比例,發現大崗山與牛山石灰岩的含量非常高,而由文獻知道透過鎂含量可以判斷古環境氣溫的高低與海水鹽度的變化狀況,所以進一步由成分分析儀器來定量出四個位置的鎂元素含量,並推測出四個地區古環境氣候造成生物大量死亡的原因。題目中的石灰岩的華麗轉身指的就是鐘乳石,所以報告最後嘗試探討天然鐘乳石的形成機制與製作出紅色-類鐘乳石的樣品。

本氏液大改造

參考本氏液、斐林試劑的組成,利用氨水、乙二胺、乙醇胺、乳酸鈉、柳酸鈉取代 本氏液中的檸檬酸鈉,來檢驗還原醣。我們發現當以氨或胺類為配位基和硫酸銅所形成的溶液,在和還原醣反應後較不易形成氧化亞銅沉澱。若改以乳酸鈉和柳酸鈉為配位基則可以更快的形成氧化亞銅沉澱。另外我們也自製還原醣檢測試液可比市售本氏液和斐林試液更快的和還原醣反應,提高檢測的效率。

移探究竟―關於數列前移的探討

本研究針對2022IMO的第一題進行探討,即將兩種相同數量,不同材質的球排成一列,選中其中一個位置的球並將該球與其旁邊相同材質的球移至最左,找到特定的球數與選球方式,使得無論如何排列,皆能在移動後使最左的n顆球皆為相同材質。我們發現只要數列在進行操作時格數持續減少,即可達成條件。因此,我們先找到無法在進行操作時使格數持續減少的情況後,再證明其他情況皆可使格數持續減少,就可以求得解。在發現此規律後,我們針對原題進行推廣,例如將球的種類數推廣至m種、各類球的數量不同、多排數列並列……等情況。

一價銠金屬催化芳香基硼酯與炔類化合物進行不對稱串聯合環反應

本實驗我們使用芳香基硼酯a與炔類化合物b作為起始物,以銠金屬錯合物作為催化劑,碳酸鈉作為鹼性添加劑,且使用二噁烷與水為溶劑,在80℃下進行不對稱合環反應後,分析產物的產率及光學選擇性,以探討芳香基硼酯、炔類化合物上的取代基以及銠金屬錯合物上的配基等變因對反應的影響。 實驗發現,當使用氯取代的芳香基硼酯與二苯基乙炔為起始物時,催化反 應有最佳的產率(93.3%),且使用掌性配基與銠金屬形成的錯合物進行催化時,所得之產物具有光學選擇性。

突「破」「三」次元

本研究主要推廣拿破崙定理,原本想探討以其他多邊形的邊長為基底,向內、外作正三角形,再分別將其內、外所有正三角形中心連線後,所形成的n邊形與原n邊形之間,是否如拿破崙定理般有「任意三角形的外拿破崙三角形與內拿破崙三角形的面積之差等於原三角形的面積」之結論?透過作圖觀察發現,外仿拿破崙n邊形及内仿拿破崙n邊形與原n邊形之面積關係,會因錯位、角度的不同而有兩種不同的結果。因此我們將錯位分為五種情況探討,再分別將此不同情形實際運用於三、四、五、六邊形,只需得知原n邊形中的一夾角和内仿拿破崙n邊形中任一點對應此角是否有錯位,便可推論出整個圖形的外仿拿破崙n邊形、内仿拿破崙n邊形及原n邊形之間的面積關係。

是在「秋」什麼!─探討秋老虎特性及與其他天氣狀況之關係

本研究探討秋老虎發生與各天氣現象的關係和臺灣秋老虎形成原因。我們首先參考各國對秋老虎現象的描述和民間資料,自行規定出秋老虎的定量定義,並且歸納出臺灣北中南東四地區在2013年至2021年之間所有曾發生秋老虎的時段,並分析秋老虎前後降雨量、溫度、氣壓等因子與秋老虎各項性質的關係,及觀察秋老虎發生初期之地面天氣圖以歸納出秋老虎發生之原因。 研究結果顯示:2014、2017年為秋老虎發生總天數之高峰年。在秋老虎發生前通常會短暫下雨,而秋老虎發生期間則維持乾燥。秋老虎發生期間相較於整體秋天趨勢通常為高溫高壓之狀態。最後,秋老虎發生原因主要為高壓、低壓、颱風所造成,而此三種天氣因子也可能同時存在相互干擾。

「攀繩猴」—山區救難運具的可行性

我們在生活科技課學到powertech競賽中各種仿生獸的設計與實作,因此發想藉由powertech材料包發展出一種可以攀繩的機械獸—「攀繩猴」。除了探討攀繩的材料種類及繩張力對於其運動的影響外,並且嘗試以各種變因,例如仿生獸的重心配置、攀繩猴的臂展長度、齒輪箱的變速齒比等,測試分析我們設計出來的攀繩猴。接著調整上述變因,來測試攀繩猴的競速、爬坡及負重能力。最後我們希望能攀繩猴在實際擔任救災運具時,能在模擬的惡劣狀況下,發揮其所具有的救災潛能。

「保水力」水得,解植物的「渴」--探討茶菌膜應用於土壤保水劑之成效

在全球面臨極端氣候影響的背景下,提高用水效率和選擇環境友善的土壤添加物已成重要議題。我們進行了一系列實驗,旨在找出具有最佳含水量和保水力的茶菌膜種類,並將其混入原生土壤中,種植空心菜以進行評估。研究結果顯示,在培養了四週的綠茶菌膜細目1.5×2mm的土壤中,保水力表現較佳。與市售的保水劑聚丙烯酸相比,添加了2%的乾燥綠茶菌膜細目的土壤種植空心菜效果更好,同時對土壤健康和環境保護更友善。這項研究結果提供了一種潛在的環境友善的土壤保水解決方案,可幫助果農在全球極端氣候變遷下提高用水效率並減少對化學保水劑的依賴。

回首向來蕭瑟處—一筆畫迴圈圖形

本研究主要探討「一筆畫迴圈圖形」的種類數。圓上n個點平均分布,任選一點為起始點,經過圓上每一點恰一次,最後回到起始點,所構成的一筆畫圖形稱作迴圈圖形。我們的研究目的是若給定任意正整數 n≥3,算出這些點共能作出多少種不同構的一筆畫迴圈圖形數 g(n)。 我們將迴圈圖形分成了對稱和不對稱兩種,對稱圖形又根據n為奇數或偶數分別進行研究。首先,我們計算了圓上點的排列組合數和不同構的對稱迴圈圖形數,依此可以得到不同構的不對稱迴圈圖形數。將兩者相加後即可得到 g(n)。詳細探究過程將呈現在本研究中。