全國中小學科展

第49屆--民國98年

機械氣壓迴路設計-霍夫曼與串級法之比較

本研究內容著重於剖析機械氣壓控制迴路設計方法,分別規劃不同單元之機械氣壓控制程序,同時以霍夫曼和串級法方式來設計完成和比較。研究過程就劃分各單元控制迴路進行實驗測試、偵錯,以確定方法的正確性,並製作標示牌與拍攝實際操作過程,以為存證。研究發現,相較於串級法方式,採行霍夫曼模式設計之機械氣壓控制迴路,在記憶閥件使用數量和氣壓管路長度上,能達到最精簡的成效,符合經濟性原則,且操作穩定度良好。結論認為應用霍夫曼方式來設計機械氣壓控制迴路,是一種嶄新且佳的方法,希望此項研究結果可提供此一領域學習者作為參考或新的思維方向,也寄予未來的發展前景是寬廣且令人期待的。

滴聲下器──滴落聲與液滴性質的關聯

我們的研究發現,水滴聲這種特別的聲音,形成在於從撞擊水面起至水面平復的一連串的現象作造成的空氣壓力改變,以上一連串現象又與水滴的許多性質,如:動能、表面張力、黏滯係數……等有關。我們找出了水滴聲響度與滴落高度、表面張力、黏滯係數的關聯,也找出了滴落聲主要頻率與滴落所造成之凹陷寬度的關聯。我們還發現,水滴的滴落聲會受到承接容器形狀以及滴落時間間隔的影響。未來我們希望能建立更明確的數學關係,並發掘更多有趣的現象。

方程式與電扇之旋轉

將電扇拆解之後仔細觀察其擺動關係,我們發現影響電扇擺動的主要機構為四個轉軸點,因此我們將這四個軸點與軸之間的軸長,用一元二次方程式與不等式推導公式以準確計算出各轉軸點的位置。在初期能較有效率的修改我們的電扇結構。 但是我們並不滿足於計算出電扇各軸點的位置而已,因為這樣對於如何調整使電扇擺動角度增減的問題仍然必須大量嘗試錯誤。因此我們進一步將公式推演,最後推導出以四個軸長表示出各軸點的位置的完美公式,並且推導出如何配置四個軸長以達到擺動的最佳角度,最後亦得到四軸長度相互的牽制關係,對於電扇擺動角度及未來電扇設計是相當有用的結果。

旋乾轉坤陰陽易位

本文是從學校生活中常見的換座位,所延伸出來的數學問題,主要是按照一個換座位的規則來探討所有可能的方法數,規則中要求每人每次只能朝前、後、左、右的方向換位置,並且必須離開原位。在處理過程中,我們發現方法數都是平方數,至於是哪一個數的平方,後來發現此數恰好就是原先問題再限制成倆倆換座的方法數,在2×n的情形中就會得到Fibonacci平方數列。利用自行定義的迴圈乘積的方法我們證明這個結果,把此結果應用到不規則平面圖形、立體、或是再加上可斜角交換、圖上都有不錯的結果,最後也找到漢米爾頓迴圈的一個判斷法則。

水砝碼

高中課程中密度及水的表面張力之測量,可以使用砝碼來進行測量,本實驗之目的是為了探討以水重取代砝碼的可行性。實驗過程中我們利用自製的阿特午機作為本實驗系統之主體,從主題一實驗中發現到定滑輪轉軸接觸面的最大靜摩擦力與兩邊掛物的重量呈線性關係。接續主題一實驗所得知之關係,可知最大靜摩擦力在實驗中為一穩定值,並利用此特性設計實驗裝置以嘗試密度及表面張力之測量,所測得之密度?非常接近理論值,證明此實驗裝置用以測量液體密度之可行性;利用此一系統測量表面張力方面,多次測得之測量值其結果大約和理論值有5%至10%的誤差。本系統的改進方式在討論及結論中均有提及,以恰好靜動作為數據之判讀點及以滴入純水取代砝碼之效果為本實驗設計之核心。

生日快樂切蛋糕之正多邊形等分問題

為解決從正多邊形之一頂點出發,如何畫線等分面積之問題,利用國中數學課程內容所學(如:比例線段、相似、尺規作圖等),及簡單正多邊幾何性質(如:對稱),來進行研究探索並解決問題。

線條穿越方格之謎

本研究主題是由計算方格紙上某特定矩形的對角線所穿越的方格數為起點,進一步深入探討『方格紙上,任意的曲線所穿越的方格數該如何的計數,並尋求其一般性的解決方法?』我們從開放曲線(含線段、折線段、曲線段)開始研究,先找到了遵守「最短路徑」的一般性解法;再配合「反曲點」將原線條做有效的分割,而將不同的曲線段做適當的組合計數,最後完成對任意封閉曲線的探討,並歸納得到完整的一般性的解決方法!

符合風景照片觀看感覺之音樂產生器

本研究結合文獻資料及個人創意,探討圖片轉換音樂的可能性。由本研究撰寫而成的軟體,可藉由使用者的問答,及圖片特徵的擷取,搭配建構好的樂句資料庫,成功產生具有悅耳性、圖片貼切性的創新音樂。

鐵磁流體之製備與研究

使用國中實驗室設備,利用化學反應製造出四氧化三鐵(Fe3O4),以檸檬酸為表面活性劑將四氧化三鐵溶解成流體狀態,透過不斷的實驗,尋找製備磁流體的最佳製程,製備出磁流體,並進一步研究磁流體的磁性表現。

朝『腎』之旅二部曲---鹿角溪人工濕地水棲生物初探

溼地是大地之腎,鹿角溪人工溼地的設立目的為淨化水質。水域環境中的水棲生物是許多生物的食物來源,在水域食物網中扮演重要的角色,不同水域環境中所出現的水棲生物種類和數量,是本研究所關切的重點。 為了調查水域環境中的水棲生物,嘗試各種撈取的方式,如流動定置網、大網子撈取、小網子撈取、大網子定置法和管心抽取法,進而得知並非每種方式都適用,海域潮間帶使用的「管心法」,和溪流常用的「蘇伯氏網」,在人工溼地並不適用;最後結論是一般的小撈網及魚網最好用。從撈取日的天候狀況,氣溫及雨量變化對照生物的出現率,發現這兩者有重要的關係。希望藉此次的水棲生物初探,對人工溼地中常見卻不相識的水棲生物有更進一步的了解。