全國中小學科展

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高中組

由單目標非線性最佳化求解『鋼管訂購和運輸最佳化問題』

本文是籍由國中及高中所學的數學知識,來解決一些基本的線性規劃,進而來設計並解決一套複雜的工程問題,本研究透過一些電腦程式來協助我們計算相關的數學限制式,並且成功地算出若干結果,雖然電腦計算時有時算出的結果可能是非最佳的,但是在一般圖論問題及最佳化的NP-hard問題中,都存在此種現象,也就是在電腦演算中,可能會掉落到局部最佳解的問題,未來本研究將修改部分限制式,並結合遺傳基因或神經網路演算法來強化相關的限制式,企圖調整並設計出一套新的計算方法,使新方法可以應用到更複雜的加強型線路鋪設示意圖,及更多的工程科學計算問題。

蘭陽溪泥裂痕之分析與研究

在一個風和日麗的星期天,班上的幾位同學相邀到蘭陽溪做一次溯溪活動,在沿途中看到許許多多河流的沉積、侵蝕等現象,但其中有一種構造相當地特殊。於是我們回學校後便去請教地科老師,經過講解和說明後我們才知道那就叫「泥裂痕」,並且對泥裂現象有了粗略地瞭解。老師並且強調泥裂痕在地質學上具有重要意義,同時也鼓勵我們繼續深入研究及討論,以期對它有更深一層的瞭解和認識,所以激起我們探討的動機。

水被電死了

我們觀察液體在電場中受靜電力而被吸引之現象,發現這個現象和液體的極性無關,並提出了液體是受靜電感應而帶電之理論。我們設計實驗加以驗證,發現帶電之液體在電場中除了受吸引之外,也可以被排斥。

地球的暖氣機

波斯灣戰爭在今年(1911)一月十七日爆發以來,對整個世界的影響甚鉅,尤其中東油田的燃燒,更對地球環境造成威脅。加上近年來世界各地氣候的異常,許多污染助長了溫室效應,因此我們想藉由實驗與資料,進一步研究這個問題。

焚風對於豌豆玉米及水稻幼苗生長的影響

本實驗針對三種臺灣常見經濟作物(玉米、水稻、豌豆)以吹風機作熱風處理(風速分別為1m/s 及0.5m/s,上升溫度約至40℃),間接探討焚風對於植物幼苗生長過程及生理的影響。三種植物的幼苗在 1m/s 的風速吹拂下,豌豆、玉米和水稻葉片呈現枯黃現象。蒸散作用僅在玉米幼苗熱風處理組(1m/s 及 0.5m/s)有發現加快的情形,而且由氣孔印模法得知此加快情形並非在熱風處理後 30 秒即發生改變,此外在豌豆並無發現蒸散作用明顯改變情形。泌液現象之咖啡色泌液僅在玉米幼苗熱風處理組(1m/s)發現,且其成分非脫鎂葉綠素,泌液之 pH 值呈偏酸性。花青素累積僅在玉米幼苗發現,於高速熱風處理組(1m/s),花青素累積於枯黃部位的邊緣及葉尖;於低速熱風處理組(0.5m/s),花青素累積於葉尖並且葉片無枯黃情形。

冷熱交鋒-冷熱空氣混合界面觀察

在這次作品中,我們研究了雷雨前的徵兆,我們對雷雨的發生條件,縮小範圍研究。並設計一系列的實驗來觀察溫差對交界處風速、風向的影響,並測量溫差與風速的相對關係,且深入探討交界處不同高度之溫度變化。結果顯示冷熱空氣交界處,溫度、風速、風向都有顯著變化;冷空氣區高處,因為受到熱空氣上升與冷空氣下沉的影響,因此溫度變化量比低處大;熱空氣區低處,溫度變化量比高處大;溫差與風速成正向關係。

環形渦流

一個又一個的煙圈從老爸的口中神奇般的出現,上升一段距離後,漸漸消失。令我好不羨慕! 一個又一個的煙圈從老爸那破舊的機車排煙管中,冒出後消失。真讓人驚訝! 由於好奇心的驅使,終想一探究竟,先前在南區科展中,就以煙圈的題目榮獲佳作。在評審教授的建議及參考文獻下,於是決定將流場作改變,由原來氣體改為液體。並旦將定性的描述改由定量的探討及控制各種控制變因。

無人載具之遠距無線搖控衛星定位控制暨自動導航

(一)因南斯拉夫對科索沃的侵略行動,使得美國與北約組織於去(一九九九)年三月中旬起,以長程巡弋飛彈轟炸南國,由於巡弋飛彈運用全球衛星定位系統 ( Global Positioning System ) ,使其準確命中攻擊目標,致使南國主要設施受創嚴重而被迫撒軍,這種非人員直接接觸式的州戰方式,將是未來戰爭形態的主流,因此衛星定位系統和巡弋飛彈自動導航技術的應用引起我探研的興趣。 (二)數年前由電視新聞看到美國航空暨太空總署( NASA )將探路者( Pathfinder )火星探測車送上火星,從事火星上生物、地質、環境等研究工作,這種由地球透過無線搖控以收集遠端資訊的技術令我嚮往。

防曬乳對水中生物的影響

本研究選用了分別以奧克立林、桂皮酸鹽、氧化鋅為主成分的六款市售防曬乳,因有一種以氧化鋅為主成分的防曬乳不溶於水,故購買氧化鋅原料來與另一種可溶於水的防曬乳做較完整的對比。透過序列稀釋法配置成10000ppm、1000ppm、100ppm、10ppm、1ppm、0.1ppm、0.01ppm等七種不同濃度的水溶液,在48小時內觀察水蚤在這些溶液中的存活情形,初步結果顯示三種成分中以奧克立林的致死率最高,氧化鋅次之,桂皮酸鹽最低。除此之外,水溫的高低與光照的有無也對這些成分的致死率有些影響。

隔牆有耳-探討聲音的繞射現象

我們營造出聲音繞射的環境後,利用「gold wave 聲音編輯軟體」放音、錄音及頻譜分析的功能,測得聲音經狹縫繞射後的不同偵測位置的聲音響度,再將聲音響度轉換成聲音強度之後,使得聲音具體化,再進一步探討聲音頻率、狹縫寬、狹縫形狀、測點與狹縫距離等因素與聲音繞射的關係。從實驗中,我們得到聲音和光都具有類似的繞射情形,即光的繞射理論可運用在聲音上,並證明出聲音的繞射隨上段所述各項變因改變而改變。