全國中小學科展

第47屆--民國96年

彈出吧!孢芽-蘚類孢芽生殖之探討

我們在環境較潮濕的郊外崖壁發現了具有孢芽杯的蘚類植物,激發我們深入研究蘚類孢芽生殖的機制,並根據其生長環境,我們設計了改變溼度及坡度的實驗。在溼度不同的環境下,發現潮濕組的地錢其孢芽彈出百分比以及孢芽杯的生長密度均較乾燥組高。因此當環境變的較為乾燥時,蘚類除了行孢芽生殖外,也會生長生殖托以行有性生殖。在孢芽杯內,我們發現孢芽有大小之分,經測量後證實外層孢芽平均大小較內層孢芽大,且潮濕組外層孢芽較乾燥組大。另外在改變坡度的實驗中,我們發現在坡度 75°下的孢芽杯,孢芽彈出百分比最高,因此證實了野外勘察時所測量到的 65°至 80°為最適合蘚類行孢芽生殖的坡度。

來電傳晴-新式樣能源環保電池初探

這是對新式樣能源環保電池的可行性探討─\r 發電原理首先排除法拉第的電磁感應(發電機原理)與伏特的化學電池。\r 聰明如您,可以先猜猜我們是運用何種發電原理??\r 我們探討的主題是:如何有效的運用“冷熱”來發電!\r 以席倍刻、比爾帝兩人所構築“熱電效應”為基礎,巧搭材料科學的進步\r 使我們夢想得以成真。\r 席倍刻電壓是極微小的,對發電效能無能為力;我們適時的研讀、尋找新\r 一代的熱電材料─熱電晶片─原本用於電腦CPU 的散熱,當作電力輸出的關鍵\r 零組件,組裝冷熱箱,改良實驗裝置,使得溫差2 度即可產生“可觀測電壓”而\r 原本無法測得的微量電壓,成為啟動微型馬達、高亮度LED、一般馬達與測得電\r 壓達3V 以上。\r 另由於輸出電能無法即時儲存,遂巧思以市售“手搖手電筒”內簡單線路\r 作為存能裝置,有效存取電能。\r 事實上,這是一個成功的物理性電池,對於綠色環保與永續資源利用有一\r 定研究開發潛力。

三維空間的數獨~魔術方塊數獨

一年級時研究平面數獨,對於數字變化規則深深著迷,今年本想對平面變形數獨深入研究,但指導老師提起「立體」的提議時,使我躍躍欲試對立體數獨做挑戰。剛開始我只想到立體表面數獨,但後來發現三維與六面的共原則討論下,配合一元二次方程式的解應證到表面數獨只存在於4×4的立方體,若立體數獨就此停住,很快會失去人們對立體數獨的興趣,因此轉而研究需要透視力的立體數獨,這是目前國內都沒人研究、只有國外正在進行研究的的狄翁數獨。三維空間的狄翁數獨,每次思考一個數字要從三個面向去思考,並且要搭配九宮格去做思考與牽制,我們從2×2練習,再進階到3×3,配合EXCEL程式跑數據,漸漸地整理出立體數獨規則並設計電腦程式,以下便是我的研究報告。

太陽的光和熱

我們的研究分為太陽光的顏色變化及太陽的熱對地球溫度的影響兩部份。太陽因為位置的不同有時照耀強烈的白光,有時看起來紅紅橘橘的;有時更衍生出燦爛的彩霞與晚霞,我們除了欣賞它的美麗外,更進一步探究其形成的原因。熱的部份我們側重於遞延現象的研究。當地球上某一地區接收太陽的熱比散去的熱還多時,熱便開始累積,溫度上升。當這一地區接受太陽的熱開始減少時,若散去的熱仍比接收的熱還少,溫度仍持續上升,直到接收的熱與散失的熱達到平衡點時,溫度達到最高,然後才開始下降。因此最高點溫度產生的時間,與吸收熱源最多的時間,並不一致,而產生遞延現象。反之,最低氣溫的出現,也有遞延的現象。

山海「硬」分家,「鹼值」「垢」麻煩

本次科展我們主要針對自來水硬度做探討,經過網路搜尋多時,硬度的檢測都利用滴定法,但是因滴定藥劑學校沒有,購買也不便宜,所以我們突發奇想,乾脆直接把水煮乾,鍋垢不就產生了,再扣掉空瓶質量,就可以得到鍋垢產量。實驗開始進行後,除了學校自來水與飲水機的水,附近幾個有名的取水點我們也去拿水。最後在老師的二手老車支援下,我們決定擴大研究範圍,由苗栗縣竹南火車站開始,將山線與海線每個火車站的自來水,都取回實驗室,測完酸鹼值後,再煮乾 500mL 的水,看看廣大的苗栗縣與台中縣,自來水硬度大小的狀況,也想知道山海分線後,水的硬度是否也跟著有所不同。

圓錐曲線的推廣

從圓錐曲線作圖出發,放寬條件產生新圖形並研究其性質。設圓O的半徑為a ,點F 坐標為(k , 0),Q在圓O上,R在 上滿足=t(t?R)〈其中FR 及FQ 表有向線段〉,若直線L過點R與 垂直並與交於點P ,當Q 在圓O上移動時,用極座標推導動點P 方程式, F 點在圓內,t=1/2 時為橢圓; F 點在圓外, t=1/2 時為雙曲線。稱F 點在圓內為E 型曲線為封閉曲線;稱F 點在圓外為H 型曲線為開放曲線。仿圓錐曲線令擬離心率e 為 k / a 。兩曲線e 值相同時有相似性, 以討論圖形。 旋轉直線L , 使過點R 與交於P , 用極座標推導動點P 方程式,當csco ≧時可為開放圖形,稱F 點在圓內為E' 型曲線,在圓外為H' 型曲線。 拋物線仿橢圓作法,將中垂線作圖改為t 比值,改變後圖形仍為拋物線,方程式為 (1-t)y2 - kx + (1-t)k2 = 0 。旋轉後, 拋物線變為雙曲線, 方程式為 (1-t)y2 + cotoxy - kx + (1-t)k2 = 0 。

氣體逸散實驗的改進

使用便宜的塑膠針筒及一些簡易的實驗器材,便能創造出接近真空的實驗空間,重做格銳目的氣體逸散實驗,驗証擴散定律。此舉除了減少抽真空的設備,也能改善現行版本比較複雜的裝置,提高實驗的可行性及準確性。由實驗結果得知,待測氣體透過愈細的針頭逸散,其實驗結果愈符合格銳目的擴散定律;待測氣體逸散至愈大的真空容器中,其實驗結果愈理想。將不同的待測氣體各 5mL,分別透過細針頭逸散至 50mL的真空容器中,記錄其逸散所需的時間,並將逸散速率對分子量平方根的倒數做圖,其線性迴歸的R2值能達到0.95以上。另外,經由實驗驗證單一氣體或混合氣體的逸散速率均合乎銳目的擴散定律。因此未知氣體的分子量亦可經由本實?求出逸散速率,再將其值在迴歸直線上做內插法以求出分子量。利用實驗結果設計一示範實驗,能用眼睛直接比較分子量較大的氣體逸散速率較慢。

角與線的邂逅----三角形作圖

三角形有角(angle)、邊(side)、高(height)、中線(median)以及內角平分線(angle bisector)各3個,總共15個條件,從其中任取3個,有95種不同的組合。研究中應用尺規作圖與國中所學的幾何性質,可以作出所有不含內角平分線的48種組合的三角形,含內角平分線的47種組合中,只作出9種,共作出57種組合的三角形。作出的組合中,有27種組合的三角形是唯一的,不唯一的組合中,有16種條件中只包含一個角,而當這個角為直角時,有15種的三角形會變成唯一。也就是說,研究中找到27個三角形全等條件以及15個特殊的全等條件。

全方位救生-數位化水上安全管理系統

本系統能保障人們的水上活動安全,避免災難發生。尤其游泳池戲水人數眾多,常有抽筋或撞暈等情況,救生員不易察覺錯失救難黃金時間。本系統於水域意外發生時,自動或手動發出求救信號,同時啟動安全氣囊自救,輔助救生員迅速找到溺水者。本研究分為四大部分,以游泳池安全管理為主,第一、二部分能提供所有水域活動使用。 一、溺水偵測系統 結構輕巧佩帶人身,自動或手按發出求救電波。 二、自動安全氣囊 輕薄穿著不會妨害運動,警報發出自動充氣達成自救目標。 三、搜救定位系統 水域分區裝設接收電波的銅片,藉由定點電波信號的強弱,判定搜救位置。 四、定位顯示裝置 收到溺水信號立即指示搜救位置,並以無線電傳到救生員的手錶型顯示器。

覆生歸一

因為數學社團的一個遊戲,開始讓我們對研究:「讓所有數字變成一」的方法有興趣。在經過許多人的幫助以及很多的實驗挫折之後,我們總結了有「PxN+1」與「tN+t」/t 這兩種方法可以讓所有的數字變成一。而且在研究與實驗的過程,我們還利用「PxN+1」的倒推方法:「樹狀圖」,發現了一種編碼方法。