全國中小學科展

第49屆--民國98年

海口溝的彈跳高手

海口溝出現兩種不同的彈塗魚,一為小彈塗魚(俗稱泥猴),一為大彈塗魚(俗稱花跳),彈塗魚能在水面上或泥地上活躍的彈跳,我們測量小彈塗魚在陸地上一跳的長度,約為身長的1.3 倍至2 倍,並研究出彈塗魚適合生長的棲地環境與泥地的泥濘程度及食物性有關,漲潮時小彈塗魚隨著潮線活動,大彈塗魚則躲於淺水的洞穴中。彈塗魚在水面下的洞穴口會有一灘黑色的泥沙,泥地上的洞穴口則呈「爪」字形痕跡。洞穴有二個出入口,一為主要出入口,一為暢通水流和空氣,洞穴形狀呈「Y」型,作用有交配、孵育及家庭的功能。我們拍攝彈塗魚張開背鰭,大跳求偶舞以吸引母魚入洞交配的景象,針對彈塗魚喜好的顏色做了實驗,發現藍色能吸引較多的彈塗魚。

變大變小,一付搞定--可變倍率透鏡及其應用

顯微鏡、望遠鏡、相機等所使用的每個光學玻璃透鏡,只有固定的焦距,無法靠單一透鏡做到倍率的改變,必須靠拉長或縮短多個透鏡之間的距離。因此鏡頭的長度、系統的體積、和成本上都不是最佳的選擇。我進行可改變倍率透鏡之研究,將傳統光學玻璃透鏡改為高彈性薄膜和高折射率液體所組成的液體透鏡,透過控制透鏡內層的液體填充量,可讓彈性膜有不同的表面曲度,形成具多重倍率的液體透鏡。在這個研究中,我進行許多研究工作,包括透鏡的設計、彈性膜和填充液的特性研究、填充液改變量的影響分析及調整方法、透鏡相關理論、透鏡教學教具、非接觸式測距等,完成了可變倍率透鏡,在物理的透鏡成像教學和生物觀察,以及實際應用上,都提供很多的幫助。

夸父追日

本專題製作主要以瞭解太陽輻射功率的測量方式而設計,為了不讓太陽在天空角度位置影響到太陽輻射功率大小的量測,因此設計追日裝置以瞭解太陽在不同時間地面所接受到太陽輻射功率的大小。追日裝置基本上透過光感測元件量測太陽光照強度的差異,透過數位類比轉換的技術,將這些光照強度數據加以運算,從而得知太陽在天空的角度與位置;並以兩顆RC伺服馬達來驅動機械結構,使光感測器始終保持垂直面對準太陽。此外,本專題亦希望透過長時間的紀錄與測量,以方便探討「黯化現象」以及討論提升太陽能電池板發揮最大效能的方式,這套裝置能夠長時間紀錄散佈在各地不同的偵測點,只要利用追日裝置去收集各地的數據,並可知道太陽輻射到地球的能量的變化狀況。

潮汐成因分析與探究-以花蓮港為例

本文分析中央氣象局1999 至2008 年間六年的花蓮港實測資料,排除颱風暴潮的影響後,討論月相變化、月亮仰角、太陽仰角及月地距離等變因對潮位變化及延遲時間的影響。運用統計法,將各月相同相位的潮高和高潮間隙進行疊加平均,以比較月相變化的影響。在全年月相疊加平均潮高中,發現每天的兩次滿潮潮高約相同,且朔和望的滿潮潮位相近,表示排除其他因素,朔、望滿潮應相同。另外,高潮間隙在望和朔時較小,上、下弦月時較大,可能是因為朔、望時引力有加乘的效果,故延遲較少。分析比較不同季節、月相及日、月仰角的潮位,由此而知,月上中天所引起的潮位變化和月前滿潮較為吻合,因此我們認為海底黏滯力很可能使滿潮延遲180 度以上。

“孟”幻泡影

在以下所提到的泡膜,皆只討論由相同液體所構成,且泡泡以不同大小兩兩接合。當泡泡互相接合時,因為表面張力與泡泡內外壓力差的關係,會慢慢移動至最穩定的狀態,我們由兩個泡泡結合時的Plateau結構理論,嘗試去推論三個泡泡相接達穩定時的結構公式,發現此結構公式符合孟氏定理的圖形,再由這個理論架構去推導四個泡泡相接情形達穩定後的結構之公式,發現也符合孟氏定理,再延伸討論n個泡泡時的可能狀態。

尿布變黃金--PAA螯合離子及製備奈米銀

聚丙烯酸(PAA)是尿布中吸水成份,若被隨地丟棄勢必對環境造成污染。分析其結構,由於存在對重金屬離子具螯合作用的羧基,因此,可用於捕捉重金屬離子,作為偵測污水離子的利器。另外,若將螯合的銀離子以化學還原法製成奈米銀,將可應用於抗菌。本研究結果有:(1)PAA對Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag等離子具有明顯螯合效果。(2)螯合反應:PAA+Mn+←→ [PAA-M]n-x+xH+,其可利用濃鹽酸使其再生。(3)螯合能力以Fe3+最強,Zn2+(Mn2+)較弱。(4)螯合離子的最小極限為10-3(M),我們採樣的廢水有重金屬污染,推測濃度大於10-3(M)。(5)成功將螯合的Ag+製成奈米銀,為金黃色,屬於球形銀,甲醛濃度愈高,奈米粒徑愈小。(6)奈米銀與銀離子在抗菌上的確有明顯效果,平均粒徑小,抗菌效果越強。

打破價格迷思-美麗從頭開始

市面上的洗髮精種類繁多,為了選擇對頭髮最有效的產品,我們收集了24 種洗髮精,以1:10 的比例和水稀釋,以油性、中性和乾性的頭髮各一根,作為實驗對象,放入稀釋後的洗髮精內,浸泡10 分鐘後沖水,再把頭髮放進顯微鏡下觀察頭髮的結構,看看市售產品對於頭髮外觀的影響,以及油性、中性和乾性髮質的交叉比較。

水來土「淹」

本研究主要在探討降雨、河流本身特性及河道阻塞對洪水造成溢堤的速度及溢堤範圍的影響。根據研究結果,較快造成溢堤的情況為:流量大、河長短、河?小、岸高低、坡度大、阻塞程度大;與水量多寡、水流時間長短無關,符合實驗前的預測。而溢堤範圍較大的情況為:流量小、河長短、岸高高、坡度小、阻塞程度大;和水量多寡、水流時間長短無關。而曲流彎曲度大者,較易溢堤,且多在轉彎處的外側發生。透過觀察水流流動情形,發現河流溢堤範圍大小與河水向下沖力的大小有關。

神奇的k值-畢氏數的完全解

關於型如X12+X22+X32=X42的四元二次不定方程的正整數解的一般式,在各篇報告或各著作書上,基於不同的觀點,站在不同的角度去研究,各有各的結果公式,但經過詳細的檢查,都會發現一些漏解,當擴充到更多元時,漏解必然更多。本文透過第47 屆利用銳角Δ、鈍角Δ及直角⊿擴充廣義畢氏定理的探討,擷取”平行線段”及其k 值的概念,發展出一整套N 元二次不定方程正整數解的一般式,並進一步擴展到型如X12+X22+X32=X42+X52(簡稱三對二二次不定方程)的m對n二次不定方程正整數解的一般式。

「像」由心生-人臉門禁系統

描述未來時空的科幻電影中,人類從來不帶鑰匙、卡片等額外提供機器辨識身分的工具,只要站在門前,機器就會很智慧的反應出是誰要進入,然後決定是否讓行。這種系統是透過在人類身上一些天生的特徵作為鑰匙,例如:臉、指紋、視網膜、腦波等。本次研究就是要實作用「人臉」來開門的「人臉門禁系統」。其實其他公司已有已量產化的人臉門禁系統,但是卻不普及,其中很大的原因就是「造價不斐」。但是其實此系統需要的設備很簡單,如果能大大降低此系統的造價,可以普及的裝設此系統在許多地方。這次科展所開發的系統經過測試之後,數據顯示辨識成功率最高有96.43%。算是一個還不錯的數據,而且造價降低許多,說不定以後出門不用帶鑰匙不再是個夢。