全國中小學科展

第63屆--民國112年

圖形上蛀點之不得不切割片數與不得不切割片數最小及最大之探討

本作品研究「將一塊正三角形的布,沿著圖形上節點即蛀點作切割,延伸至邊長為正整數的正三角形與正方形,且不管蛀蟲咬在哪一蛀點上,並分別切割成數個邊長為正整數的小正三角形與小正方形。發現原正三角形與原正方形在圖形上的所有蛀點,除去對稱性後,留下必要蛀點,並導出它的一般式。利用質因數分解找出邊長為合數的情況下,它的不得不切割片數最小,同時呈現必要蛀點在圖形上之分布。再者,利用邊長為某兩正整數(兩正整數皆大於一且可相等)切割後的相似圖形,找出邊長為兩數相乘的不得不切割片數最大與這兩數之關係,結果發現正三角形最上方第一個蛀點與正方形最左上方第一個蛀點的不得不切割片數必為此圖形的不得不切割片數最大。」

Hand-catch視訊鏡頭魔法

研究者發現Covid-19疫情爆發導致網課興盛但難以專注,故本研究目的撰寫手部追蹤程式,當做出特定手勢會出現多媒體提示以增加師生互動提升學生注意力。 本研究實驗對象透過準實驗法進行實驗,分為有影像追蹤程式的實驗組,與無使用的對照組,並於實驗後利用問卷施測滿意度。 分析結果得知,經本研究設計的Hand-catch視訊鏡頭魔法的方法,精簡和鮮活組施測後的分數與進步幅度皆高於無特效組有顯著差異,且精簡和鮮活組幅度接近,顯示本研究可提高學習表現。在實施後我們對實驗組採李克量表5點計分法問卷,量尺分數高於4分,且顯示實施特效的滿意度約85%。 未來可幫助身心障礙者,藉由手勢與適當音效及文字進行一些簡單的溝通,作為後續研究。

碳為柑止-生物碳吸附力及螢光應用

以泰源肚臍柑皮作為材料,將其烘乾製成粉狀後高溫鍛燒製成生物碳。檢測Zeta電位可知生物碳表面帶負電,分別對吸附亞甲藍、結晶紫、甲基橙等有機染料的效果探討,發現生物碳對表面具有不同電性之染料有明顯差異,且在混合染料實驗中可知生物碳對表面帶正電的亞甲藍及結晶紫有很好的吸附效果,反之對表面具負電的甲基橙則無,推測靜電力為主要吸附原因。 從上述生物碳表面電極以及染料吸附實驗結果,設計使用生物碳吸附水楊酸實驗,且結果證實生物碳可吸附水楊酸,再進一步探討生物碳在不同濃度水楊酸溶液環境下對吸附比率的關係。 同時為了探討生物碳重複使用的效果也使用酒精作為脫附劑進行了脫附實驗,結果證實重複吸、脫附三次的生物碳,吸附率皆達70%以上。

不同轉動座標系統效應對流體中不同質量顆粒分布狀態研究

本實驗以單轉動系統設計,探討轉動座標系對流體中顆粒大小分布狀態的相對關係。不同質量顆粒與流體分子摩擦碰撞而產生的顆粒分布狀態,以及加上不同旋轉系統對顆粒的相互碰撞而造成分布狀態改變的相互關係與作用。 在一個持續且穩定轉速的旋轉座標系統中,流體中的顆粒會因向心力而沿著圓形曲線軌道形成圓周運動,而若將旋轉系統停止,流體的運動將逐漸趨於靜止,而流體中的顆粒則會產生螺旋軌跡運動慢慢向中心聚攏。 本研究應用旋轉系統的不同與液體性質的差異,發現當我們將液體停止旋轉時,其中的顆粒會產生螺旋軌跡運動慢慢向中心聚攏,進而在圓心形成一個圓,而不同的變因對它從旋轉到聚攏所花費的時間與其軌跡和分布面積都不盡相同。

結合熱感應的寵物訓練機

在多數有毛小孩陪伴的家庭,訓練寵物大小便的問題至為重要,足以影響主人的生活品質。本研究的寵物訓練機以操作制約為理論基礎,透過監測寵物可否在正確位置如廁,再以語音及食物獎勵,強化在正確位置如廁的行為,讓主人可以在機器的輔助下,順利完成寵物的訓練。為辨識排泄物是否在正確的位置,採用熱影像攝影機辨識環境熱源,擷取前後兩張熱影像的差,找出有降溫特性的物體,藉以確定寵物排泄物的位置,準確率將大幅提高。當寵物成功在正確位置如廁時,訓練機立刻啟動獎勵,以樹莓派啟用語音獎勵及藍芽控制零食桶給予獎勵,寵物便可以不用主人親自訓練,便可以達到訓練寵物在正確位置排便的目標。

最硬?最IN!北竿硬地馬拉松地圖全攻略

利用手機app、三角函數及Google map做「北竿硬地馬拉松」賽道長度與坡度的測量,並利用Excel將高度與坡度數據做成折線圖,串接成影片讓跑者可以在遠距離就做到北竿硬地馬拉松的賽前準備。透過Google表單統計跑者對於「事先預知賽道高度與坡度」等訊息對比賽是否有幫助,以及跑者對北竿硬地馬拉松「最硬(最難)賽道」、「最IN(最喜歡)賽道」、「最有印象啦啦隊」前三名的排序。

爺爺的老家-「竹管厝」

今年的大事,「土耳其大地震許多高樓都倒塌了,壓死不少人。」我們很天真的提出:「如果大家都住在竹管厝,就不會有被壓的事情。」 我們在老師的指導下研究這個問題:「爺爺的老家-竹管厝」。首先測試竹片的彈力,用竹片彎曲打彈珠,撞擊軌道上的小鐵珠;接著用竹片彎曲打木球,都能把鐵珠和木球打得遠。竹片彎曲彈開時,可以產生很大的彈力。 我們也利用市售的竹筷子吊重物,測量出竹筷子能吊很重的金屬墊片,知道竹筷子的抗壓力很強。最後在老師的指導下,用竹桿模仿安南區的竹管厝蓋起房子來;並用簡易的方法,玩起「模仿竹管厝」在風吹雨打和天搖地動下,完整無缺的結果,我們成功了!

三角形面積分割及推廣研究

「莫比烏斯環」是由德國數學家莫比烏斯和約翰.李斯丁在1858年發現的。將一般的紙環剪斷後,將其中一邊翻轉一次(翻轉180度)再黏合,會形成一種單面單邊體。本研究將從莫比烏斯環的結構及特性出發,並測試不同翻轉次數,以及不同的裁切方式所產生的影響。最後嘗試找出翻轉及裁切兩種變因不同時的規律,進一步推論在其他翻轉次數或是裁切方式所產生的結果。

「冷窗洞避」---涼感百葉窗吸熱管簾之阻熱及散熱探討

炎熱的夏天,因熱浪來襲導致中暑身亡的案例層出不窮。2022年台灣兒童事故案件中,車內及屋內反鎖案件暴增4.1倍;美國每年平均有38個15歲以下兒童死於車內反鎖!長時間處於密閉的車內可能使弱勢族群造成中暑、缺氧窒息或生命威脅。因此,我們決定先從窗簾著手改善,因為窗簾是陽光從窗戶射入的第一個屏障,本研究為解決室內的高溫環境,以「管狀窗簾」為填充容器,添加六種涼感物質,探討其阻熱及散熱效果。研究結果為:碳化矽管簾的阻熱效果最好,而奈米銀管簾具最佳的散熱效果。未來,希望能應用於日常生活中,例如:車輛隔熱材料、建築的隔熱材料、熱保溫杯具、冷凍食品包裝、電子產品散熱材料等,以達到節能減碳目標。

光學自動追日加熱器

本組發現了菲涅爾透鏡有短焦距的效果,因此可達到良好的聚焦加熱,又太陽因地球自轉,有了這幾點動機,所以本組決定採用myRIO做為控制器再搭配Wi-Fi遠端的無線監控、步進馬達的驅動、菲涅爾透鏡的短焦距,以達到聚焦加熱完成自動追日加熱的系統。 本組作品可Wi-Fi無線監控,分為手動聚焦加熱、自動聚焦加熱。但因晝夜長短不同、四季不同,所以本組利用四顆光敏電阻(CDS)進行光源方向感測,做出16種狀態的真值表,讓實際值與設定值進行比較判斷並且二值化,形成一個閉迴路控制;使用myRIO控制器和LabView可圖形化程式設計、虛擬儀表的人機介面做搭配,可透過人機介面可無線監控,最後再由菲涅爾透鏡的短焦距進行聚焦加熱,達成較佳的加熱效率。