全國中小學科展

第49屆--民國98年

向左飄,向右飄

物體在靜止流體中的運動看似雜亂無章,但其中應該存在著某些規律,於是我們選擇中心有孔的鐵片(以下簡稱鐵片)為研究的主體,改變鐵片的內徑,在水中以不同初始角度釋放(以下簡稱初始角度),觀察分析出不同情況下鐵片在水中的運動情形,發現鐵片與水平面之夾角為一反阻尼角簡諧振盪運動,且鐵片在z軸的運動、距z軸之距、整段下降時間、在水平面上的來回運動……等都存在著許多關係。最後再利用自製風洞實驗驗證關於流線的推論。

江山鈦有人才出—以氮化鈦製備光觸媒

本實驗以氮化鈦為基材,利用「水熱-化學電池法」製備網狀光觸媒薄膜,相較於傳統水熱法需高溫高壓環境,此方法可在低溫常壓下製備薄膜。XRD結果顯示,試片表面的氧化鈦膜應是以非晶形的鈦氧化物為主,僅部分試片會生成稀少的TiO2銳鈦礦相及金紅石相。以FE-SEM分析試片表面結構,發現生成的氧化鈦膜為網狀結構,其膜厚隨反應濃度增大或反應時間加長而增大,但膜厚有其極限,若反應時間過長,原本生成的膜會被溶液腐蝕。經過檢測,我們的試片有極佳的光觸媒性質:在分解亞甲基藍染劑的實驗,照射紫外光一小時後,亞甲基藍分解率可達30%,與文獻中結晶良好的銳鈦礦相二氧化鈦效果相近;在紫外光照射下測量其水接觸角,在30分鐘內可達10°以下,具超親水性。

不只4種花色

從撲克牌魔術出發,探索出二個原理,第一個關於操作手法;第二個和表演過程相關:完成本魔術至少要派9 張牌。另外,我們和之前國展國小組數學科中同樣探討撲克牌的作品(參見附錄一)不同的成果是:提出二個數學定理,並得到一個一般化的結果:使用n 種花色的撲克牌,本魔術的「最少派牌數」。

凡走過必留下軌跡

平面上有一線段AB 與圓錐曲線Γ,令P 為Γ 上的動點,本研究探討當P 點沿著Γ 移動時,DABP 的外心、重心、垂心、內心、傍心及費馬點的軌跡,我們發現重心軌跡具有複製性─重心的生成曲線是原軌跡的縮影;外心軌跡多為射線、線段或者是直線,也有可能退化成點;特別是A,B 為橢圓焦點時,其垂心軌跡方程式是y 為二次,x 為四次的曲線,在特別情況下會退化成橢圓或圓;內心軌跡為橢圓;傍心軌跡為橢圓及兩條切於橢圓長軸端點的直線;當A,B 為雙曲線焦點時,其內心軌跡為切於雙曲線頂點的切線線段,其長度等於共軛軸長;傍心軌跡為兩條雙曲線及四條射線。費馬點的軌跡均為兩上下對稱的圓弧。我們試圖將條件推廣成一個定點及兩動點的情況,發現圓上雙動點的重心軌跡為玫瑰線,當兩動點以速率比為1:k 時( k IZ )運動,順向時會產生向內的環,反向時則產生向外的環且會產生k -1 個環。此外,我們將生成軌跡疊代時,發現:無限多次後,重心會收斂於一點;垂心則有對偶性。

膜上的波扭

與肥皂泡膜相關的科學現象與研究很多,本研究主要目的在探討影響肥皂膜波速的因素。實驗以振動產生器連接一光碟盒,在光碟盒上固定一圓形框,圓形框上附著一片圓形肥皂膜,由電腦軟體透過介面及功率放大器來驅動。為提高準確度,設計了二維游標尺裝置、橫向定位裝置來進行測量。並配合高速閃光燈進行仔細的觀察與紀錄。實驗結果發現波速會隨著頻率而變,得出了一個經驗公式v=62.5×f0.3,此關係不受膜的厚度、振幅、面積、成分比影響。且愈接近圓心處的波速愈快,而波腹的振幅也是愈接近圓心愈大。

眼見不為憑

隨著科技的進步,燈源的設計與發明也日新月異,但研究者發現,在太陽光底下及室內日光燈下拍出來的照片,「顏色的感覺」有些不同,因而展開燈源對色彩之影響的研究。研究觀察發現,物體經由各式各樣不同的燈源照射,而反射出來的顏色不一定是其原來真正的色彩,由於人類的視覺有適應能力,無法精準判別色彩的些微差異,所以本實驗利用數位相機(FUJIFILM S3 PRO 單眼數位相機)替代肉眼來分辨不同光源對色彩的影響,於改變光源照度大小或光源顏色或光源色溫來比較其演色性之差異,最後發現各種光源的色溫不同將造成物體反射光線之顏色演色性的差異。

三角錐展開圖形之研究

本研究主要在探討三角錐的展開圖形,我們首先討論三角錐的所有展開圖共有幾種(十種),接著從這十種展開圖的立體圖形開始研究,然後討論這十種三角錐的限制情形及相關性質。本研究發現如下: 1.三角錐的所有展開圖共有十種(平平平、凸凸凸、凹凹凹、平凸凸、平凹凹、平平凸、平平凹、凸凸凹、凹凹凸、平凸凹)。2.部分的展開圖有其相關限制條件。根據以上的發現,我們還發現了三角錐的其他相關性質及特性。

以植物芬香精油解決居家害蟲的困擾--以白蟻防治為例

具亞熱帶海島型氣候的臺灣,最適合白蟻的生長,因而家中的木質材料容易受到破壞。為避免環境污染和影響人體健康,我們從臺灣豐富的森林資源中,找出山肉桂果實、山胡椒果實、柳杉針葉、扁柏木材及臺灣杉木材等五種植物,以水蒸氣蒸餾法萃取精油,並針對其可能對白蟻的驅避和致死性進行研究。結果顯示,不同的精油表現出不同毒殺白蟻的活性。白蟻以不同精油處理皆有顯著的致死率,其中由山肉桂果實萃取的精油致死率最高,柳杉木材精油對白蟻造成致死效果最低。未來可以根據我們所發現的,將山肉桂果實精油開發成符合環保要求和安全的天然抗蟻劑,以有效的抑制白蟻對木材的損害。

賽車達人 - 叫我第一名賽車手

為了贏得賽車比賽我們進行了此次的研究,我們得到一些向量運算的規則,並學會必需對每個賽道先拆成幾個小段分析賽道的特性,再利用其特性決定採取的策略。我們的推論並證明:能夠搶到有利的出發點、先加速彎進並進入最靠近轉彎點轉彎、以及在最後加速時搶到有利加速賽徑的人就能贏得比賽。賽道的轉彎處夾角越大時可以用越大速度過彎,大小由賽道可容許的剎車寬度決定,而夾角越小則轉彎的速度也應越小。我們利用歸納推論出的加速決策:1+2+…+(n-1)+n+(n-1)+…+2+1=n×n 算出賽車時每個局部路線水平及垂直的最大速度,可以避免剎車不及亦可計算需走的步數,再依據剩下的格子數依路線的特性稍微調整,就可以跑出理想中最快的路線。

多功能交通指揮棒

由於時常看到交通警察常常在交通擁擠的馬路口中指揮交通以及回報現在的路況,一邊指揮交通一邊用肩膀上的無線電對講機回報路況,不用無線電對講機時,還要利用吹哨子來舒緩交通,讓人看了十分的危險。由於以上的幾個因素,我們決定要由這幾個缺點來做改進開發設計本項製作,經由討論的結果,決定要由指揮棒作為主體,無線電對講機功能、哨子聲音功能和額外加的藍芽耳機功能為它的附加功能來完成作品。參考了很多種不同的指揮棒電路以及成品,並採用了其中一種電路來作為基本面,加以修改,由於電對講機的電路以及藍芽耳機我們現在沒有辦法製作,所以採用實品,完成的電路。