全國中小學科展

第44屆--民國93年

隔牆有耳-探討聲音的繞射現象

我們營造出聲音繞射的環境後,利用「gold wave 聲音編輯軟體」放音、錄音及頻譜分析的功能,測得聲音經狹縫繞射後的不同偵測位置的聲音響度,再將聲音響度轉換成聲音強度之後,使得聲音具體化,再進一步探討聲音頻率、狹縫寬、狹縫形狀、測點與狹縫距離等因素與聲音繞射的關係。從實驗中,我們得到聲音和光都具有類似的繞射情形,即光的繞射理論可運用在聲音上,並證明出聲音的繞射隨上段所述各項變因改變而改變。

悠悠宇宙誰主胖瘦

為了探討運動量與減肥的關係,我們利用洋菜活塞、氫氧化鈉、五倍子酚測量運動前後,呼出氣體的二氧化碳和氧的含量,進而推算出醣類、脂肪消耗量的比例。結果發現若運動時間少於30 分鐘,主要都是消耗醣類,要去掉身上脂肪的機會不大;若運動時間持續45 分鐘,則每消耗1 克醣,會同時消耗2.57 克的脂肪。有沒有耐心與恆心,讓每次運動都能持續較久的時間?悠悠宇宙誰主胖瘦?原來胖瘦的主宰者,正是我們自己。

姻圓一線牽

1、由一點至兩圓切線長若相等,可推得此點至兩圓的圓心距離的平方差為定值,而由預備定理可知此點分佈的軌跡為過此點做連心線的垂線(稱為姻圓線)。2、討論當兩圓的位置改變時(外離、外切、相交兩點、內切、內離),此條姻圓線的相關性質,並藉之以尺規作圖分別作出姻圓線。3、推至三圓時,發現三圓心若共線時,三條姻圓線重合或平行,而當三圓心不共線時,則三條姻圓線相交於一點(稱為姻圓心)。4、探討出姻圓心分別在三圓的內部及外部時,則此姻圓心必分別為某一個被三圓皆平分及與三圓都直交的圓的圓心。5、最後更進一步發現了有關姻圓心心的另一些特性:(1)任一三角形的垂心亦為分別連接三頂點與對邊任一點的三線段為直徑的三個圓的姻圓心。(2)當三圓兩兩外切時,則姻圓心為以三圓心為頂點的三角形的內心。(3)作任一三角形的三高,而三垂足之間兩兩連接的三條直線與三邊的延長線分別交於三點,則此三點必在原三角形與以三垂足為頂點的三角形的兩外接圓的姻圓線上。

柱咒毀滅-探討河內塔柱數增加與搬運次數之關係

在這篇報告中我們跳脫了傳統三根柱子的窠臼,而改採四根以上的柱子來進行搬運,在這之前,繁複的步驟常令我們在操作上耗費許多時間,但是在我們增加柱子數後發現不只是搬運次數驟減,而且我們還發現了許多有趣的規律,以下是我們所得到的重點:1. 在四根以上的柱子,我們搬運過程分成三段,並可證明下列的式子F k ( n ) = 2 F k ( m ) + F k ? 1 ( n ? m ) 成立。2. 在四根以上的柱子,最佳圓片數m 值,通常有很多解,但是在某些特定的圓片數中,m 值卻只有唯一一解,而其搬運過程中,搬運的圓片編號也只有唯一的對應組合,這結論令我們非常訝異。

我不是蜊仔,我叫介形蟲!

本文旨在研究校園內小水溝中之介形蟲形態、棲地的水質變化、介形蟲微棲地的選擇以及生命週期的初探。研究結果發現本校產之介形蟲為淡水種之Physocypria kraepelini (Muller, 1903), 其形態包括殼、觸角、複眼、尾叉及中腸等描述。在水質方面,除了溫度之外,P. kraepelini 的族群動態與其他各項水質變動情況關連較小,冬季時個體數會降至最低,待溫度大於20°C 時,個體活動漸趨頻繁, 並且數量大增。該物種在養殖情況下以底棲為主, 而野生物種則多數在水溝溝壁活動,這是因為溝壁提供較多的附生藻做為餌食,P. kraepelini 之所以能附著在溝壁活動,則是因為其附肢上具有爪和棘的構造。研究中同時發現,P. kraepelini的孤雌生殖情況頻繁, 顯示在合適的環境中, 孤雌生殖為其主要的生殖策略。

風兒它吻上我的家鄉

我們從想了解學校內部哪一處是最好的放置氣象觀測站的探索開始,製作了1:100的學校模型,並且發明一種簡單製作,可靠,有效的小風標來進行實驗,利用這些小模型與儀器,以及我們設計的實驗方法;分區得分法,找出我們學校裡面最佳,而且比較不會受到建築物影響的架設觀測站的位置。接著我們發現觀測坪應該距離附近建築物的高度四倍以上的規定有不足的地方,根據我們的實驗結果發現,建築物的寬度影響觀測站風向的變化,比建築物的高度影響來的顯著,風向受到寬度的影響,並不單純只在四倍距離而已。最後我們更製作了大台北地區1:30000的模型,並且模擬內部的風場變化,更利用中央氣象局,以及台北市近三十個小學的氣象觀測資料來分析驗證我們的實驗結果,找出大台北地區各個小區域受到山脈地形影響下風場改變的模式,來跟我們的模擬相互檢驗,讓我們能夠更清楚地掌握地方區域受到地形影響的風場變化的情形。

具錯誤修正能力的高斯-喬登消去法

利用電腦程式做大量且密集運算的時候,會因為電腦硬體暫時性的失效而產生計算上的錯誤,為了減少重新計算所要花費的時間,並提高整體計算的穩定性與可靠度,具有錯誤偵測與錯誤修正能力的容錯計算方式是很重要的。本篇報告提出一種具有容錯能力之高斯-喬登消去法,藉由以直觀方式加入的檢查碼及修正的矩陣基本列運算,使得每個階段的運算過程中具有錯誤偵測與錯誤修正的功能,與以往的方法比較起來,多了容錯的能力,但是時間複雜度依然是相同的O(n^3 ) 。

不鳴則矣,一觸驚人─設計實用的反應裝置有效探討白金催化雙氧水分解反?

化學動力學為探討反應速率與反應物濃度之關係以及嘗試說明化學反應機構\r 必要的數據,高中化學也列為必須學習的基礎化學知識,高中化學即以秒表反應實驗為探討\r 化學動力學的數據。但如果能取材自日常用品中所進行之化學反應,經實驗也可以得到化學\r 動力學的數據,將有助於提高學習的興趣及對化學動力學之瞭解。

小球大功用

全世界最高的大樓--台北101 金融大樓--熱鬧開幕了,大樓中有顆重達680 公噸的大鋼球,堪稱目前全世界最重的調質阻尼器(Tuned Mass Damper),這顆大球,引發我們極大的好奇心,因此我們透過一連串的模型演練實驗,來粗略了解這個大重球掛在高樓上的功用,以及大樓擺動頻率和大球懸掛位置高度之間的關係。從實驗結果中,我們發現了同樣重量的鋼球,受到相同的擺動幅度下,球掛的越高(懸掛長度越短),影響大樓震幅的現象就越顯著,亦即能較有效減緩大樓的擺動。而在同樣的懸掛高度,及相同的外力擺動幅度下,鋼球的重量越重,對大樓擺動振幅的影響也越顯著。重量及懸掛高度相同的鋼球,在受外力擺動頻率越低時,對於大樓的減震效果會越佳。此外,在大樓上層懸掛重球,確實也能有效減緩大樓受強風影響所產生的搖晃程度。實驗結果證明了阻尼器對大樓確有其抗震防風的功用。

兩圓相交部份的內接三角形之最大面積

圓在一般日常生活中扮演著十分重要的角色,最常見的如硬幣、球、輪胎、……等,\r 都是由圓所產。在國小的時候,就已開始接觸圓這種圖形,當時認為圓是一種看似容易\r 的圖,但國小所了解的卻十分粗淺,並不了解圓的真實面貌。在國中時學到了一些圓內\r 弧度,與圓心角的課程,並且學了三角形的定理與規則,而在國中老師的課外補充中,\r 粗略的知道三角函數的公式與方法,更讓我們對圓內的圖形產生了興趣。\r 上了高中後,隨著課程的擴大與加深,高一下時學了三角函數的公式,發現與之前\r 國中所的有些不同,不僅公式多出許多,推導的方式也不盡相同,在幾何學的領域中隱\r 藏的奧妙,更是耐人尋味。\r 高二上時所教圓方程式,不論是圓的標準式、坐標法、參數式、圓與直線的關係……,\r 顛覆了之前對圓的看法,並產生許多疑問,在老師的引導下,我們開始嘗試相交圓內,\r 所圍成的圖形面積,但如果在交圓內畫正方形或長方形等圖形太過於簡單,為了配合高\r 中所學,老師提議在兩圓之交集內畫出最大三角形面積,因此找了幾位同學一同討論,\r 有了一些新奇的想法與成果,老師便鼓勵我們參加科展,學以致用