全國中小學科展

第45屆--民國94年

光對空氣的折射率測定

海市蜃樓的景象是由於地面溫度高於氣溫時,使下層空氣受熱膨脹,密度比上層小,光線通過這個區域時產生光線的折射,使得物與像的位置錯位而產生錯覺。首先,我們利用加熱鐵板模擬太陽加熱的地面,地面的空氣受熱造成局部密度的差異分布,雷射光源由不同的高度平行通過時會向上偏折,也發現光源與鐵板距離越小偏折越大,飄移率也越小(也就是影像越清晰);實驗發現熱空氣的對流現象會使實驗觀察困難,所以改採加壓及減壓的方式改變空心稜鏡中空氣的壓力,得到的壓力值分別以理想氣體方程及凡得瓦耳方程換算成空氣的密度,再測量光源角度偏折量以折射定律推算出空氣密度與折射率為線性關係;最後我們得知福衛三號利用全球衛星定位系統發射的電磁波穿過地表面的大氣層時,電磁波會因空氣密度差異產生不同的偏折現象,如此作為分析氣象的一個依據。我們以燈泡模擬球型的大氣結構,雷射光源以離燈泡表面不同的距離入射,發現光源向外偏折,燈泡表面距離越小偏折越大,小於約0.4cm 後,會有明顯的全反射的現象,這個結論可以作為福衛三號接收到全反射訊號時,即代表此時GPS 衛星訊號通過的地表面時,若這個區域地面(或海面)的溫度高於氣溫時,也會有類似的現象發生,如此就可以推估該地區溫度的垂直分布。

食用觀賞二合一--地瓜葉繁殖新發現

最近社會上吹起一股吃地瓜及地瓜葉的熱潮,據報章雜誌報導,地瓜營養又保健,地瓜葉可以減肥、抗氧化及減少病症的發生,所以很多人趨之若鶩,狂買地瓜或地瓜葉。我的奶奶嫌菜價飆漲,自己在院子裡種了一大片地瓜葉,長得很茂盛,經常採摘打汁或燙青菜,所以這次的實驗目的就是希望找出各種簡易的方法使都市有限的空間,也能長出很多地瓜葉。經過收集文獻資料閱讀後,我們知道植物的繁殖包括有性繁殖和無性繁殖兩種方式,而地瓜不但可以利用根繁殖,也可以用莖繁殖。因此我們設計了一些變因,找出各種方法使地瓜葉長得更好,也在寒流來襲的時候,設計了溫室水耕法栽種,並且改良水耕法及土耕法,使地瓜葉成為室內美麗的盆栽,進一步在學校及家中利用落葉及果皮自製有機肥,栽培地瓜葉。

大氣光象初探-大氣折射

本文從模擬太陽光在大氣層中折射開始,我們利用玻璃水族箱盛食鹽水,從箱底到液面,食鹽水濃度由飽和到稀薄呈連續性漸層變化,由於這種介質與大氣折射環境類似,成功觀察到呈現弧形的太陽光,再由太陽光這種連續折射的情形,導引了太陽光在大氣層中色散的模擬實驗,以及透過大氣層觀看太陽的模擬實驗。太陽光在大氣層中色散的模擬實驗中,發現了物體影子具有彩色輪廓的現象,解析這種現象時,發現相同概念可以解釋黃昏天色所以偏紅的原因。透過大氣層觀看太陽的模擬實驗中,以測量值檢視了視覺位置與實際位置的不同。最後是利用傳統照相機拍攝太陽在晨、午、昏時的照片,從照片中太陽大小的差異,推論大氣折射的影響。

滿足 Σ=(m,n) = 1 , ?k 恆有解(x1, x2,..., xn )且0 < ai < m的數對(a1,a2,..., an )之條件

因為讀數論的同餘方程時,看到許多一元二次同餘方程的解法,又在不定方程中遇到ax2 + by2 = k 這樣的題目,使我開始思考這個問題。

風生電起—探討風能的有效應用

在科展製作時,我們曾參觀過大潭發電廠。從大潭發電廠的參訪經驗,我們知道設立風力發電廠需考慮當地的風場及風向是否穩定,因此我們利用製作穩定器流作為實驗的氣流來源。為了探討不同旋轉翼對轉速之影響,我們分別削製出各式各樣不同形狀、寬度的旋轉翼,測量不同旋轉翼片數、翼片剖面形狀、受風面積與攻角對風力機轉速之影響,並探討風力機的不同轉速與發電機發電量之關係。我們做出不同線圈數的風力發電機,測量其發出的電流,並且是著於線圈中加入磁性物質及非磁性物質探討發電機的發電量有何不同。

真假蜜姊兒

藉由這次的科展機會,我發現想要買到純正的蜂蜜,是可以透過一些科學的方法來辨識的。首先,可以從外觀的色澤、黏稠度、結晶情形、氣泡多寡與大小、有無雜質、沉澱物及標示等來辨認蜂蜜是否為假貨;再者,利用測定蜂蜜的酸鹼值、葡萄糖比例等,也可知道蜂蜜是否純正。經過這次的研究發現:所謂的一分錢一分貨並不是完全正確的,有時是花冤枉錢買到人造蜂蜜,令人懊惱不已:從今以後,可以買到純正的蜂蜜,應該是此次最大的收穫吧!

測量因你而容易,數學因此而有趣

先畫出各種直角三角形並比較發現當某角度相同時,不論對邊、鄰邊或斜邊長固定,其對邊除鄰邊的比值皆相近成正比,我們可以鄰邊長×鄰邊長/對邊長的比值,求出所要測量的高度。再配合雷射光束導向性佳的特性製作可調角度的測量器,不僅較以往省時省力,也克服測量時地面空間狹窄及測高建築物的困擾。又自製可測空間距離測量器,透過兩端雷射光源的交會,順利測得不易丈量的空間距離、不規則物體的高度、深度,無需皮尺作為底部丈量工具。且運用在測量河面寬度、樹的最大直徑、觀測月亮高度、水平?測上…。並利用拆下聚光凸透鏡片的雷射筆可將物體清楚呈像的特性,配合一根頭髮,加裝在測具上後,可明顯觀察到0. 1 度的刻度,提高了精確性。

生活更便捷,就讓聲活動起來

”生活更便捷,就讓聲活動起來”是讓生活變的更簡單、更安全的專題製作研究,在組員討論下,我們選擇運用聲音控制家中的電器用品,可以使用平常的生活用語,來開啟或關閉常常用到的特定電燈、冷氣、電扇、…,天氣熱時所需要開的電風扇和冷氣也可以運用的到,也可以利用語音,便完成澆水、撥放音樂功能。當要睡覺了,我們只需要說”睡覺囉”電腦就會將家中所有的電燈關閉,並開啟夜間所使用的小夜電燈。在現今的社會家庭闖空門,變成常有的事情,因此我們利用電鈴的訊號,以防止家中無人時,若有人按門鈴就會轉接到主人手機,與來訪的人進行交談,使訪客以為主人在家中;另外一方面,若是主人在家中,離對講機很遠或正忙中,這時就可以使用免持聽筒的方式,直接與來訪的訪客進行對話和語音開門,就不必跑到對講機前面與訪客對話了。專題中,我們也運用手機,控制家中電器用品,只需要發一則簡訊,即可和「語音辨識系統」有同樣的功能了。另外撥打電話可免持聽筒,免按電話的數字鍵;接聽電話時,將會語音告知是誰的電話,並可免持聽筒,直接與來電者交談,讓生活更便捷,聲活動起來。

池塘邊的號角手—腹斑蛙超長變態期全紀錄

在動物界中,兩棲類常被當作環境變化的指標生物,而蛙類更因為皮膚裸露在外,對周遭環境敏感度高,只要有任何的污染或環境改變,甚至是紫外線的過量,他們都能快速而忠實的反映出負面的影響。另外,蛙類的棲地依各生長階段不同,涵蓋了水域與陸域,與人類生活環境重疊性高,所以蛙類也可以說是我們人類的好朋友,值得我們付出關心與愛護。

出『棋』致勝

正如大家所知:「鴿子棋」又稱「對頂棋」,是一種規則簡單,清晰易懂的遊戲,其玩法複雜且富挑戰性,便想要將其致勝的方法完全找出,可是過程中在網路上發現名為鴿子棋的遊戲可以直接在線上與電腦比賽,由此可見其致勝的方法一定被研究出來了,於是想到改變遊戲規則-最多走3 步來研究,發現找到的一些致勝點在鴿子棋規則下是不適用的,且在網站中並未發現有類似的遊戲,也就是說這算是新的遊戲。經歸納後發現:設「a1,a2 ,a3 ,…,an」為一組棋盤m×n 的間隔,若a1, a2 , a3 ,…,an 中有大於3 的數字,先將其減去4 的倍數,得到新數據「b1, b2 , b3 ,…,br」,其中1≦b1, b2 , b3 ,…,br≦3,而當r為偶數時,若「間隔」可拆成x組棋盤8x2的致勝點,則「a1,a2 ,a3 ,…,an」為一組mxn棋盤的致勝點;當r為奇數時,若若「間隔」可拆成1組棋盤8x3及y組棋盤8x2的致勝點,則「a1,a2 ,a3 ,…,an」為一組棋盤mxn的致勝點。另外,我們也歸納出快速檢驗致勝點的方法:若有一組間隔,其\r 中有數字大於或等於4,則先將該數字減去4 的倍數後,而能將該組數據拆成若干組「1,1」、「2,2」、「3,3」或「1,2,3」的組合,而沒有剩下任何數字時,則此數據即為致勝\r 點。還有,在整個研究中我們也探討其致勝的規律、原因及致勝移子的技巧等相關性質;雙方棋子在「布局」及「對弈」的過程式相當複雜及有趣的,若能利用本研究結果,不但方法容易、步驟簡便、且不易出錯,更能達到省時間與高效率!使我們充分體會「從遊戲中學數學」的樂趣。