第46屆--民國95年

我們在五上藝術與人文「第二單元：環境的藝術」的課程裡，我們發現保麗龍球中間挖空，放了一顆比保利龍球還要小的球，放在地上滾，路線和一般的圓球不一樣，非常有趣。我們想了解我們的「布偶球」滾動的變化，重心和力的關係，同時想探討利用的可能性。我們發現：（一）物體中空有重物（球）時，會彎曲滾動。（二）物體的滾動會受實心和空心的影響。（三）物體重心的位置改變會影響物體的滾動方式及路線，會偏向較重的一方滾動。（四）物體在旋轉時，會產生一股向外的離心力。（五）我們利用彈珠滾動改變圓球重心的原理，作出第一代的扭蛋五種（保利龍球加彈珠-分別放 1-5 個彈珠）（六）我們利用鐵罐、橡皮筋加螺帽，做出第二代會滾過去、滾回來的扭蛋。（七）我們利用馬達可以持續轉動的功能，加上竹筷，做出第三代的扭蛋。（八）我們利用改變重心位置會影響物體的滾動方式及路線的原理，加上馬達，做出第四代的扭蛋（透明及不透明球加馬達加偏心結構）（九）我們的扭蛋除了很好玩以外還可以做為自動清理地板的好幫手，真是有趣又實用。我們透過「有趣的扭蛋」的研究，可以把科學的研究成果在日常生活當中加以應用，覺得有趣又有意義。

本實驗提供一個使傳統藍染工藝復活的契機，希望從減少時間成本、珍惜染料資源、減少操作複雜度、根絕水污染及減少臭味等方面提供改善方案。從結果可看出得知鉑黑分子篩可無窮重複使用，在反應過程中無其他副產物出現，並且可在常溫中進行，相對於化學還原法尚會生成硼酸鹽類，雖然硼酸鹽污染性低，但硼氫化鈉反應性高，在水中除還原染料外，尚會自行分解，故從環保、安全及經濟方向思考，鉑黑分子篩確實是讓藍染工藝復活的不二選擇。本實驗發現分子篩催化還原法，其反應以速率定律式來看為零級，如此可使控制及管理更為方便，可在反應之初，就可正確預估何時必須加入反應物劑。未來希望尋找更多具同樣性質的還原劑，及不同植物染料，使其不僅符合經濟效益，更可結合傳統與現代，使傳統具有新的生命。

某次的生態觀察讓我們對蓬萊點琉璃蟻的特殊行為感到興趣，因此激發我們的好奇心，定為此次科展題目。針對我們感到疑惑的問題設計實驗，逐一探討與深入研究蓬萊點琉璃蟻，發現與文獻記載分布不普遍有所牴觸，經過實驗與觀察後了解蓬萊點琉璃蟻為優勢之歸化亞種，能應用於生物防治，有助於阻止外來種家蟻的擴散。

我們購買了數枚真、假龍銀作為實驗樣本，並以鋼(ss400)及白鐵（304）兩種材質訂製多種不同形狀條件的圓型金屬板，以圓心為支撐點，以定力裝置敲擊樣品圓周，藉由筆記型電腦、麥克風以及數位音樂編輯軟體 Cool Edit Pro 2.1 的協助，紀錄樣品所發出的聲音強度與頻率，再以軟體將原始訊號轉譯成聲音的頻譜；最後使用 MATLAB 軟體進行曲線擬合，以探討圓形金屬板的直徑、厚度對自然頻率的關係。經過多次的敲擊實驗與分析，我們發現：「圓形金屬板的直徑、厚度會大約分別以平方反比以及正比的關係影響其自然頻率。」同時，根據實驗觀測所得的資料及相關理論則顯示：「以圓心為支撐點，輕擊金屬板圓周的施力方式，在眾多圓形板的共振模態之中，以十字交錯的馬鞍形振動為主要的振動模式。」真龍銀的敲擊聲音在聽覺上似乎較清亮，這個現象也反映在真、假龍銀以及一般金屬樣品的訊號差異方面，我們發現：「真龍銀的音量強度衰減時間比假龍銀久，龍銀的頻譜圖則比金屬樣品複雜，能夠出現更多的共振模態。」

一顆椰子，我們通常只想到椰肉和椰子水可以食用。至於椰皮和椰殼這兩個部份，許多人都習慣性丟棄它們。其實，它們可以變身成許多實用的東西喔！在這此研究中，我們嘗試將椰皮和椰殼分別製成了筆芯、炭，以及其他具實用性的東西，至於可食用的椰肉，以燜烤的方式提煉出椰油。本研究除了有上述的具體成果之外，我們還進行了一系列的實驗來研究椰子，如：利用水的冷脹此特性來撐破堅硬的椰殼、利用牛頓第一運動定律及壓力原理，以牛奶糖及其他物質來穿破椰皮、以椰皮內的強鹼水份來驅除蠅蟲…等等。在從事椰子研究的過程中，我們不僅對椰子的一切有深入的瞭解之外，也學到了一些從事科學實驗的知識技能，像是：網路資料的搜尋、資料的歸納統整、使用Excel 製作圖表....等，獲益很多。

在這個研究當中，我們設計並製作完成一部手工機械車模型。實驗該車曲軸分別在 0.5、1、1.5、 2 、2.5、 3 公分，連桿在9、10、11、12、13 公分，後腳在 3、3.5、4、4.5、5 公分各種組合對速度及拉力所產生的影響。並用 GSP(The Geometer’s Sketchpad) 繪圖模擬來驗證其結果之可行性。在拉力部份，原始實驗（前後腳底加日式止滑墊）由於與底面積摩擦力不足，實驗數據無法忠實呈現拉力。於是我們決定在軌道上貼砂紙並用以下四種方式來做實驗(1)在四腳上各加一個電池 (2)在四腳上加電池，在後腳底貼上橢圓形橡膠軟墊 (3)四腳加電池，後腳做關節且加大腳底面積 (4)四腳加電池並鋸短四腳，且加大腳底面積。實驗數據顯示在曲軸、連桿、長度改變及後腳孔位置高低改變時，拉力會隨之增加或減少。本研究歸納出下列結論:曲軸越短，速度越慢，拉力越大。連桿越短，速度越快，拉力越小。後腳孔位置越高，速度越快，拉力越小。

※本文所探討的是關於有趣的移位遊戲 (本文問題一，共討論三種情形)：偶數個硬幣依序交錯排成一直線，設有反面硬幣數n 個(ex.正、反、正、反→反、反、正、正)，最少移動次數 n(n+1) /2次；偶數個硬幣數非交錯(ex. 正、正、反、反→反、反、正、正)，最少移動次數n2次；與奇數個硬幣數非交錯排列(ex. 正、正、反→反、正、正)，最少移動次數n(n+1)次。 (本文問題二，共討論五種情形)：利用技巧定義出｢跳島攻法｣，當移動過程符合跳島攻法，可得到最少移動次數步驟，其最少移動次數的公式：※當符合（空格數/字母數）≦1/2 時，奇數個字母為 N2 + 3N − 8/2 次；偶數個字母為 N(N +1)/2 次。 以上雙主題研究皆以數學歸納法證明公式正確性，希望藉此推廣到一般移位遊戲，謝謝！

新竹以東北季風名聞台灣。近幾年我們發現這美麗的風城一到十月份頭前溪河床上的沙被強勁的季風吹入新竹市，讓新竹壟罩在宛如小型沙塵暴的漫天風沙中，這景象令人擔憂。經過我們研究先以吸管束成風洞裝置，風扇為風源模擬河邊自然風的實驗發現 2cm 長的吸管便可達到風洞效果使風保持平穩，在控制風角度的實驗中以 40 度的風向最符合我們發現溪邊的沙丘角度。在沙量的實驗，我們改變風速，發現地表風速在 2.5m/s 以上，表面的沙子會飛走。定沙實驗以覆蓋洗衣網的效果最佳，能定住 92.2%。防風牆 1/2 圓弧具較佳的定沙效果，一層則可定住 88%的沙，3 層即可達到幾乎百分之百定沙。另外一層柵欄與風向的角度約 60 度與沙面的角度約 135 度可定住 54.5%的沙。在撒水的實驗中只要 0.5%的水就可以定住 70%的沙子，推測水的定沙原理不是靠水的重量是因水的存在增加沙粒間的吸引力。最後，我們實地觀察測量提出沙塵暴的防治可分三方面進行：一、頭前溪左岸應以定沙管理為主；高灘地或民眾休憩的河濱公園的開發應設在右岸。二、定沙管理分兩部份：一是有條件開放農民種植低污染的農業如牧草，一是計畫性的設置定沙柵及定沙牆與覆蓋沙面。三、採砂與運送要利用科學方法：加裝噴霧器噴水或密閉式運送，可節省可觀的砂石與降低環境的汙染。

一般人看到蚊子的反應常是「啪--乎伊係(給他死)」。但雙翅目中有一種很像蚊子的「大蚊」，不但不吸血，還有各式美麗的外貌。希望透過本研究，讓大家瞭解「臺灣大蚊」的生活型態，也讓大家能欣賞這種美麗的動物。本研究的主要內容有：1. 觀察臺灣大蚊的外型及紀錄生命週期。2. 調查汐止大尖山風景區附近臺灣大蚊的分布高度與成蟲出現時節。3. 臺灣大蚊重要器官與習性的觀察探討。