全國中小學科展

第44屆--民國93年

線性半徑非典型圓周運動~ 一種特別旋轉方式的探討 ~

本研究主要是針對依”圓軸向心收線”定義之運動模式所做的探討,包含運動模型的理論推演、實驗方法的設計與實驗套件的整合。實驗套件整合與原理推導是共同進行的,再以測試整合套件與驗證原理為目的,整理了兩個實驗。實驗內容依序為:驗證近無摩擦狀況下之水平面運動理論、驗證鉛直面(受重力影響)的運動理論。

魔法神燈

本作品主要在探討“如何使不插電的燈發亮”。從元宵燈會中,螢光棒發亮的現象觀察起,先用自然課學到的方法—接通電路和常見的摩擦方式來實驗,再推想其他方法,使不插電的燈發亮,進而探討哪些燈不插電也會亮,哪些因素會影響不插電的燈的亮度,哪種摩擦物最快使不插電的燈發亮,最後試壞掉的燈管是否也會亮。一連串的問題終於一一解開:原來不插電的燈管,用接通電路、摩擦、接觸電視螢幕及用檯燈照射等方法都會亮;凡是含有螢光物質的燈,不插電都可以讓它們亮;摩擦物的材質、溼度、溫度及摩擦時的環境溫度、溼度和摩擦的速度,都會影響不插電的燈管的亮度;用氣球摩擦最快使燈管發亮;最後連閃爍和全不亮的燈管,摩擦都會亮。

我切、我切、我切切切

一個多邊形經由一條直線切割可以形成兩個什麼圖形呢?這兩個圖形的組合可以有多少種呢?是否具有規律呢?經過實際切割後,以通過兩邊、通過一頂點一邊及通過兩頂點的切割方式來探討,發現當多邊形的邊數為奇數時,通過兩邊可以形成:(n-1)÷2種;通過一頂點一邊可形成:(n-3)÷2+1種;通過兩頂點可形成:(n-3)÷2 種,因此共可切割出(3n-5)÷2種圖形組合。而邊數為偶數時,通過兩邊可以形成:n÷2種;通過一頂點一邊可形成:(n-2)÷2種;通過兩頂點可形成:(n-2)÷2 種,因此共可切割出(3n-4)÷2種。

寵兔大觀

本研究在探討兔子的繁殖,要注意公兔的體型大小,要維護仔兔身上留有母兔的氣味,直到滿月。小型兔14 週就性成熟,要儘早與公兔分隔開來,遇到兔子難產需及時幫忙。兔子的牙齒生長迅速,少吃含高鈣食物,營養勿過盛。兔子也可以洗澡,但要注意洗劑的用量,切忌沾到眼睛。兔子中暑要立即冷敷頭部、吹冷氣。

以柔克剛

起跳後落地時,腳要做『緩衝動作』,這是一種以柔克剛的方法。起跳後落地時,腳會自然的彎曲,但是:一、高度越高衝力越大嗎?二、為什麼要有這些彎曲關節的動作呢?三、落地時,腳接觸在比較有彈性的地面上,能夠減緩衝力嗎?

神奇驗算法再探

去年我們經過一連串的探索,解開了神奇驗算法驗算的謎底,原來是利用等式兩邊除以9 會有相同的餘數的原理來進行簡易驗算的!我們很好奇是否還有比9 還厲害的數字可以幫助驗算,原來不只是「9」可以用來快速驗算,其實每一個數字都可以,只是在轉化的過程有的比較方便有的複雜,而且不是所有的數都可以找到轉化的原則,就不是很方便計算。經過這些探索,我們發現「11」驗算的準確度比「9」高,能克服9 不能檢驗出對位錯誤的困難,而且轉化也很方便,所以我們建議改用11 的方式來進行「超級」神奇驗算。

轉動的球周圍的空氣變化

目前要測量氣壓大多使用氣壓感測器,雖然便宜而方便,但其本身的體積也會影響空氣的流動,尤其是需要測量微小變化時更明顯。如果我們能使用光線來測量,就能解決這種問題。空氣本身就充滿灰塵,如果以強光照射,就會產生散射光。而這些灰塵本身也會移動,當移動速度變快時,整體的散射頻率也將會加快。比較這散射頻率,就可以得到空氣流速,進而得知氣壓。

曲率的奧秘

本次研究的主題為曲率,且以高中所學的函數為主。雖然大學已有曲率公式,但我們將其表示成高中生較易了解的型式,並且以f(x)的方式呈現。我們在函數曲線上取不共線三點,構成一個三角形,並求出此三角形的外接圓半徑。再將所取三點逼近,所求之半徑即為特定點的密切圓,也就是曲率半徑。而此曲率半徑的倒數,就是所求的曲率,同時我們將公式帶入高中各常見函數,以導出函數上各點曲率。

選擇性擴散現象之研究

本研究主要探討在不同莫耳濃度的溶液中水分子擴散速率。本研究中,我們設計一種簡單的容器裝置,能左右分別注入兩液體並能於其中夾入一半透膜。我們首先利用此裝置探討在水和不同莫耳濃度的葡萄糖溶液中水分子的擴散速率,我們發現葡萄糖溶液的水柱初始上升速率趨近於線性,且上升斜率隨著葡萄糖濃度的增加而增加。但時間一久,隨著大量水分子的擴散,造成兩邊溶液的濃度差趨近於零,上升斜率的幅度變小而趨近平衡狀態。我們也發現如果兩邊都是葡萄糖溶液,且莫耳濃度差為一定值,所產生的水柱上升斜率會與一邊是水,另一邊容器注入此一差值的莫耳濃度葡萄糖溶液的情況相同。另一方面,如果我們使用一種莫耳濃度的硫酸銅溶液和水兩種溶液,在硫酸銅溶液容器邊所產生的液面上升斜率和兩倍於這種莫耳濃度葡萄糖溶液與水所產生的水柱上升斜率是相同的。之後,我們以理論推導出水分子在溶液中初始狀態的擴散速率。我們在本研究中,有三個重要創舉與貢獻:一、自行設計一種便於拆裝的兩個相接容器之實驗裝置,沒有漏水現象,且具再現性的實驗結果,提高實驗精確度。二、首創以「液面高度造成的壓力及水分子熱運動的碰撞」與「兩邊溶劑水分子數差異造成的擴散運動」的理論,推導出水分子在溶液中初始狀態的擴散速率。三、本研究中真正擴散通過半透膜者為「溶劑水分子」,所以針對溶劑濃度討論更能貼合實際應用。

火 燄2004

我們從 2 個有趣的小實驗出發:就是在嘴巴和蠟燭的中間擺放一個物體,這三者必須等距約為10~15cm且必須在同一條線上;當中間擺放的物體為球體時:火燄很快得被嘴巴吹出的氣流吹滅。如果換成舊形火材盒大小(即長方體)那麼用力吹氣後,火燄不但不會熄滅,而且火燄的燭火也會朝向火材盒這邊。這個有趣的現象,引起我們研究的興趣。我們科展的實驗目的:是將上述會熄滅的想辦法,把他改成繼續燒,而原本不會熄滅的弄成會熄滅。經由邊界條件、改變遮蔽物的外型、表面的粗糙或圓滑、或在中間遮蔽物上挖洞觀察其變化情形、或者乾脆將遮蔽物換掉改成風扇,藉由葉片的轉動來探討有哪些因素是與空氣流動有關,從而得到答案與分析實驗結果。