全國中小學科展

高中組

兄弟間的眼淚--雙子座流星雨

本研究利用2009年十二月十四日晚間所拍攝的流星雨照片,根據流星在天球座標所出現的位置,回推出此次流星雨的輻射點範圍中心約在赤經7.66h、赤緯+38.42°,輻射點分布範圍大約在赤經6.7h ~8.6h、赤緯+32.8°~+47.6°之間。 流星雨的輻射點不是一個精確的點,而是一個分散的範圍,雙子座流星雨輻射點的範圍赤經寬約30°、赤緯寬度約15°,範圍和流星雨來源彗星或小行星的運動軌道有關。 根據分析的記錄數據顯示影響輻射點判斷的偏差可能來自觀測者所在的位置、所拍攝的區域、流星軌跡判斷的方式、數學平面與球面計算所造成的誤差等,這些因素希望未來能夠仔細研究,加強記錄的精準度,以推測出更精確的流星雨位置來源。

奈米二氧化錫氣體感測器

由文獻記載得知,奈米半導體材料在遭受環境刺激時,例如氣體或溫度的改變,會產生導電能力的變化,而且若在極性的奈米材料中添加其他非極性材質,其變化或許會更顯著,因此我們認為,奈米材料可以擔任氣體感測器的關鍵素材。爾後從超微導體材料的書籍與老師的資料分享得知,二氧化錫(SnO2)奈米材料很適合擔任氣體感測器,於是我們將SnO2奈米材料與其他有機膠體,如:幾丁質,混合,之後燒結在玻璃基板上,組裝入針筒,製成氣體感測器,並進行通過氣體對電阻乃至電壓改變的測試。經過實驗,發現感測器對電阻改變的確有明顯的響應,再經圖表的比對分析後,大致可指出反應性好的感測器之樣貌。但實驗仍有力求完善與精確的空間,以避免誤差對結果的影響。接下來也繼續進行新層面的開發,期待更完善的研究結果。

以自製工具觀測水溶液結冰的濃度變化

本研究的工具是光敏電阻、數位電表及電源供應器以及一個暗箱所組成的「自製濃度觀測工具」。利用珍珠奶茶的大吸管內裝有色離子溶液,放置於冰櫃中冷凍。冷凍完成後取出,以線鋸鋸開吸管當中的冰塊(每 5 公分一段),待其熔化成水溶液,以自製工具觀測其濃度。操縱變因是吸管水平或垂直擺放、全部同時冷凍或分段冷凍、冷卻速率、溶液的濃度、冷凍的溫差、以及吸管的長度。結果可以清楚得知最初結成的冰濃度幾乎為零。冷卻速率愈慢,對低濃度的溶液驅趕離子效應愈明顯。吸管愈長,末端離子濃度幾乎不變。改變冷卻的溫差更能夠將溶質粒子推擠到吸管的末端。垂直擺放下方較濃,並證實水結冰的推力非常的小,並不足以改變地心引力所產生的濃度梯度。

井觀其變-地下水面與孔隙率、距離因素之關係探討

本實驗主要是研究在不同孔隙率的砂層中以及離抽水點不同距離的地方,其含水面下降速率的比較。首先,我們利用篩選機初步篩出粒徑大小相近的砂子,接著在砂子中加入水,使砂子上不易分離的粉塵擴散至水中,使用抽水機抽除含有粉塵的水,來回幾十次,直到分離出不含粉塵的砂子,我們把這些砂子放入自製的實驗箱,利用抽水機抽水,觀察不同水位下降的速率。我們初步觀察到孔隙率越大,整體水面下降越快,其中的共通點是水位剛開始下降時,速率並不是最快的,而是在開始後一段時間,且各水位在接近下降終點時,速率會趨於一致。

有機含糖廢水生產生質丁醇之最佳化研究

當今地球的全球暖化現象愈發嚴重,二氧化碳濃度持續上升。為了解決這樣的問題,我們決定研究生質丁醇,以取代石化燃料,減少碳排放量。我們探討的變因有:基質濃度、pH值、溫度三項。藉由改變各項變因的條件,探討不同情況下廢水產生丁醇的效率,並求出生產丁醇的最佳條件。目前已將濃度部分實驗處理完畢,我們發現COD在150 ppm的產率較200 ppm為高,並想辦法改變參數條件為產丁醇菌種之最佳條件,以達到最佳丁醇產量之效率。

搖不出的咖啡

我們利用牛頓第二運動定律的實驗器材加上彈簧,嘗試模擬出走路時的情況,以研究杯中的咖啡溢出的情形,並設計出各種杯環來使咖啡不再溢出。在嘗試了各種形狀、厚度的杯環後,我們發現雙層杯環在各種水位高度下整體防止溢出效果最佳。若只考慮在高水位下,凹圓杯環則有最好的表現。未來我們可能往多層杯環為目標,並與凹圓等表現突出的形狀結合,以期製作出能應付各種振動情況及水位高度的完美杯環。

太陽能無冷煤冷氣模型車

汽車是工業時代中製造大量汙染物的產品,環境污染其中之一含冷氣系統部份,所以此專題為改善冷氣對環境的破壞。汽車排放汙染物多寡決定於引擎負載,引擎負載越大,污染物排放越多,而車用冷氣是消耗最多負載的附件,而致冷晶片只須消耗電能,使引擎負載降低,使引擎排放的汙染物大幅度降低。 實驗過程,運用三用電錶測發電機的電壓值;勾錶測發電機的電流值;廢氣分析儀測車輛排放的CO、HC值;固定汽油量在引擎怠速運轉下測出燃油消耗率,判斷出自製的冷氣系統既環保又節省資源。 汽車科課程有鈑噴課程,藉本專題加上汽車外型製作,讓同學知道利用玻璃纖維也可以製作出跟鈑金一樣強且輕的的外殼,再噴漆。

葉!你是誰?

在我們週遭環境中常可見到許多種類的植物,然而可以叫出名字的卻少之又少,或許我們可以查閱植物百科之類的書籍,但是這類書籍通常多不在手邊,就算有了植物百科,也不易翻到顯示該種植物的正確章節。假如我們可以將想要認識的植物葉片影像取得後,透過網路將該影像傳送至植物葉片資料庫查詢,經過分析辨識,資料庫再將結果傳送回來,這樣不是比查閱植物百科方便多了嗎?本研究提出一種利用輸入葉片影像來進行植物資料庫辨識查詢的方法,藉著最佳權重組合的特徵值及兩階段處理的策略來調校系統,以達到較佳的整體辨識效能,從實驗測試的結果得知,我們的策略與方法確實有效,有82%的查詢葉片可以被精確的辨識出來,每次查詢的平均反應時間為17.22 秒。

拼出世界鴻圖—Torus拼排

Torus,一種益智拼圖難題。希求:其所有的拼法及構型樣式→進而設計新的拼圖難題 簡介Torus 這款遊戲: 基本拼塊 (可由報告封面看出): 每塊正方形積木,沿對角線區分成4 個區域後,這4 個區域中,放置3 種不一樣的高度,而每種高度皆至少出現一次。因此有9 種可能的積木。但由於,積木形狀過於複雜,因此為了簡化它,我們將最低處設1,中位置用2,最高處用3,讓它成為一個平面的正方形拼塊。 拼法:以這9 種相異拼塊,同數字相接,拼成3 x 3 正方形。 (可旋轉不能翻轉)

連續數字和

在研究過程中,我們首先針對最基本的問題:給定一正整數 p ,如何分解成公差為 1 的等差級數。利用求和公式中奇偶性的關係導出結論,包括哪些數不能分解及分解法數。推廣到任意公差後,我們發現在公差大於等於 3 時,就算首項為負數也不一定會相消,遂將先前首項為正整數的限制放寬至整數。再來改為限制項數。上面的結論除了以代數推導出來以外,亦使用幾何圖形作直觀的解釋。最後是階差級數,在一階階差的範圍作討論。