全國中小學科展

第65屆--民國114年

日跡月軌星羅布-自製天體觀測儀與其應用

國小自然課以量角器搭配窺管觀測月亮,利用竿影間接觀測太陽,描繪天體在天空的軌跡,使用星座盤認識夜晚星空,但觀測器與竿影測量精密度低,操作複雜不直觀。本研究利用窺管與雷射筆,加上手機感測晶片與軟體測量傾斜角,自製精準度極高的「天體觀測儀」,可以同時測量日、月、星三種天體,將測量所得的天體方位角、高度角座標, 利用壓克力半圓球描繪太陽、月亮在天空運行的軌跡,製成 「天體軌跡紀錄半天球」利用試算軟體泡泡圖功能,將測量所得的恆星座標畫成平面星圖。將恆星座標經過周日運動校正,使用弧形刻度游標尺系統,描繪恆星在壓克力球上,製成「星羅布天球儀」。開發 出便利、精準、實用的天體觀測儀,並繪出天體的運行軌跡與分布。

真心畫大冒險~真心三角形性質之探討

本研究中所提到的「真心」即為三角百科中的Kimberling center 𝑋174,Wabash center 為三角百科中的Kimberling center 𝑋364。我們從Wabash center 的作圖法,延伸出真心的概念,並定義了真心三角形。在本研究中,我們對於真心三角形、旁邊三角形、旁心三角形及其內切圓、外接圓進行研究,發現這些三角形有相似關係,其各心間則存在共點、共線、共圓等性質。同時我們也找出了真心的barycentric coordinates,並以此作為基礎,提出真心之幾何作圖法。

蜿蜒曲折-矩形中心點連線之路徑轉折次數探討

本研究主要在探討𝑀×𝑀及𝑀×𝑁的矩形中,將中心點一筆畫連接後的最少及最多的轉折次數。在最少轉折次數的部分,我們使用直橫線數量法探討直線與橫線的數量,並找出與轉折次數之間的關聯,最後利用反證法進行證明;在最多轉折次數的部分,我們根據𝑀𝑀與𝑁𝑁奇偶數的不同進行分類討論,一開始先利用外圍擴充法找出圖形畫法,最後利用直橫線數量法完成證明。

「蜂」塵僕僕-蜜蜂的採蜜偏好與認知行為研究

本研究探討環境因子對蜜蜂行為的影響,涵蓋飛行方向、食物選擇、溝通呼叫及禦敵行為等方面。結果顯示,蜜蜂明顯偏好高濃度糖水,並對短波長顏色(如藍色和紫色)表現出強烈吸引,這與牠們的感光細胞特性相符。蜜蜂離巢時,展現出顯著的正趨光性,並能依靠長期記憶和空間學習優化飛行路徑,表明牠們具備高度的導航能力。有趣的是,巢口顏色對蜜蜂的出入口選擇並無顯著影響,顯示牠們依賴其他環境線索進行決策。 此外,蜜蜂在採蜜過程中可能會傳遞食物的「顏色」訊息,幫助追隨蜂更有效率地尋找蜜源,提升覓食的整體效能。

眾樂樂合成樂團

本研究透過運用AI技術輔助程式設計聲音合成器程式,以探索聲音波形生成與觀察分析聲音頻,實驗透過不同波形振盪器,並調控ADSR參數,與濾波器組合,我們用不同的合成方法,獲得各類樂器聲音的最佳合成參數,再以先前完成的自製樂器加以改進,透過Arduino偵測串聯電阻分壓電路傳遞琴鍵按壓的演奏訊號至電腦,再經由合成器運算合成輸出對應的樂音,藉由選定不同樂器模組實現樂團合奏。在研究過程中,為解決電腦端即時運算合成音色的耗時問題,我們預先合成並暫存不同樂器音色,提升演奏時的反應速度。最終,本研究在開源程式與AI的輔助下開發出一套支援多人即興演奏的音樂合成器系統,提供創新的音樂創作與演出方式,降低傳統樂器練習的成本與噪音問題。

人人可上手的Direct Air Capture

本研究尋找生活中捕捉CO2的方法,並以Direct Air Capture(DAC)方式探討影響CO2吸收效果的各項因素。在測量方式方面,利用導電度檢量線測量較穩定且轉換數值方便,優於空氣品質偵測器或pH檢量線;在影響CO2吸收效果的各項因素中,溶劑以氫氧化鈣效果優於單乙醇胺與醋酸鉀,且氫氧化鈣濃度越高、風速越大,吸收 CO2的效果越好,但周圍CO2的濃度大小則不影響吸收度;此外,為了探討生活中最佳的DAC捕捉方式,以使用清潔海綿 (或吸附體孔徑約250μm)浸泡高濃度氫氧化鈣溶液來製作DAC捕捉裝置,並放置於有風處,其效果最佳; 孔洞過大或過小,吸收效率都會下降;海綿的碳酸鈣回收率為73.27%。

以Scratch為模型規劃最短逃生路線

本研究針對超市等室內空間中之逃生路線進行規劃,並利用Scratch建立模擬模型,結合曼哈頓距離與Dijkstra演算法進行最短路徑分析。研究旨在開發一套具效率的逃生路線規劃工具,以供空間設計與安全規劃參考。

上卡?不上卡? 自行車平台踏板、機械式卡踏與磁吸式卡踏的效率與安全性比較

卡踏與卡鞋是自行車運動中常見裝備。“上卡騎行”透過卡鞋與卡踏的鎖固或磁力吸附,提供6至9點鐘方向踩踏拉力,減少滑脫與力量流失。機械卡踏時有脫卡不及摔車報導;磁吸卡踏號稱安全脫卡,但缺乏實驗佐證。本研究內容包含(一)踩踏上拉力(二)平台踏板、機械卡踏與磁吸卡踏在不同坡度(0%、2%、4%、訓練台實境陡坡6%-10%)的效率、疲勞度比較及(三)2種卡踏脫卡安全差異。結果顯示上卡可提供踩踏拉力;騎行效率陡坡時顯著提升最高達14.13%,平地緩坡效率差異不顯著;上卡有助於降低相同踏頻下的疲勞度;脫卡安全方面,磁吸卡踏容錯率達100%,顯著優於機械卡踏的42.8%,有更高的安全潛力。

雙翅目昆蟲背部朝光反應(DLR,dorsal-light response)應用於捕蚊燈設計之研究

本研究探討雙翅目昆蟲(蚊⼦)對光源的「背部朝光反應」(DLR,dorsal-light response)在捕蚊燈設計的應用。根據2024年Fabian等⼈研究,昆蟲依賴光源調整飛行姿態,若光源位於下⽅,昆蟲可能翻轉墜落。因此本研究嘗試調整光源與電網相對位置,藉以了解捕蚊效率差異。更製作同時具垂直與水平網的雙電網捕蚊燈與僅有垂直網的單電網捕蚊燈進行⽐較。 研究結果顯示,垂直網與水平網的捕捉數量比例為2.57:1。⽽加裝水平網的雙電網捕蚊燈平均收集量為0.338克,單電網捕蚊燈為0.115克,重量比為2.94:1。本研究僅透過優化光源與電網的排列方式,即可提高捕蚊效率,可直接應用於病媒蚊控制。

探討電場淨化水質的效果及利用超音波輔助電場淨化之可行性

本實驗是利用電場可吸附水中帶電粒子,以及超音波可將物質震碎的特性,將兩者的效果結合起來,探討是否有助於水質的淨化。實驗結果發現,雖然超音波在開始時 確實可以使導電度上升,但與電場一起作用24小後,會比單純使用電場的效果差,因此判斷以超音波輔助或加速水質進化的功效是有限的。此外,經過氨氮測試後發現,電場能有效降低水中氨氮的量,而過高的氨氮是造成池水優養化的主要原兇,而一般水族業者或玩家也都希望養殖缸中的氨氮越少越好,而實驗結果證實可利用電場降低水中氨氮量,繼而達到阻止優養化發生的作法是可行的。