全國中小學科展

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高中組

以水筒模式建立水資源管理預測系統

本研究提出以筒狀模式,計算台灣中部2006至2009年間29場崩塌地及17場土石流案例。實驗分析以第(一)(二)(三)筒水深及土壤雨量指數(SRI),及水土保持局土石流累積雨量警戒基準值之方法涵蓋案例百分比計算警戒基準值。研究顯示土石流RTI1及RTI2值較崩塌地高80%及25%,此與土石流發生需有大量降雨有關,而崩塌地RTI1值偏低,RTI2、RTI3及RTI4值則較土石流案例接近,乃因崩塌地發生於土層含水量達一定程度時,將由涵蓋90%案例RTI值顯示,RTI2及RTI3仍合理,RTI1及RTI4則低於200,該兩項對於災害警戒應用性較低,後續依涵蓋案例90%、50%、30%、10%。

高速鐵路轉向架動態分析

本研究的目的是要分析高速鐵路在經過不穩定地區時的運動狀態,並描述當時的運動狀態和發現有益與有意義的結果。分析後的結果發現,高速鐵路在經過不穩定地區時的運動狀態是屬於非線性的情況,因此,嘗試以非線性振動理論來描述當時的運動狀態。初步結果顯示,以KBM非線性振動理論來描述當時的運動狀態,可發現共振對列車行駛安全性有影響。

「金」枝玉「葉」-金奈米與葉綠素的交互作用

本實驗在探討,當金奈米粒子和植物中的葉綠素a產生鍵結作用力時,能量轉移的結果是否能幫助葉綠素a擁有較大的儲存能量以進行電子傳遞鏈。我們發現加了金奈米的葉綠素a溶液,葉綠素a紅光部分吸收帶(參考圖一)的吸收強度有增強的趨勢,而金奈米吸收波峰的吸收強度相對減弱。因此為了進一步探討金奈米和葉綠素a之間能量轉移和濃度的關係,我們將金奈米和不同毫升數的葉綠素a作用,並將其結果和金奈米與葉綠素a的吸收強度和作比較,使用正規化的計算方法算出比值,由此看出兩者之間能量轉移的效率,並將葉綠素a毫升數與正規化所得比值的關係繪成圖表。結果發現,當葉綠素a的加入的毫升數約小於0.3毫升或約大於0.5毫升時,得到正規化的比值為定值,而在約0.3毫升至0.5毫升之間,正規化得到的數值和葉綠素濃度的關係則是一條遞增的曲線。因此,我們可以得知,當加入葉綠素a約0.5毫升時,金奈米和葉綠素a之間能量轉移的效率最高,因為此時葉綠素a已達飽和,所以當葉綠素a 超過0.5毫升時,在溶液中為過量,故不影響正規化得到的比值。

橢球內部液體對其穩定度之影響

本實驗以空心的橢球,在其內部填充液體物質,對照內部為固體、空氣的情形,探討不同的容量、不同的轉速、不同的接觸面,與橢球長軸等變因對穩定性(註)之影響,結果發現穩定度隨模型內填充的液體體積的增加而呈現下降情形,並且得到其他變因的影響程度。(註:穩定度(性):橢球模型旋轉自一定轉速並釋放,因摩擦而其長軸由垂直水平面逐漸變為平行水平面的時間,以秒數表示)。

逼到牆邊一角—論虧格位置與長條的關係

本科展起源於2014年亞太數奧初試的題目,是關於在一個給定的方陣(正方形)中填入長條,求最後所剩的空格(稱之為虧格)。本作品主要討論平面上任一方陣填入長條是否會出現虧格,和其虧格位置的問題。當中我們先從一個想法切入解出原題目,但發現還有美中不足之處(預測出來的虧格未必實際可行),進而去探討方陣邊長和長條之間的關係。接著透過寫程式找到一個極為重要的猜想,最後在原本的想法上有了突破,因而順利解釋所謂美中不足之處。之後順便將長條延伸到小長方形,並給出一般化的公式。

拼出詭譎--變幻莫測的地磚

(一)對於M×N平方單位的長方形,以1×2或2×1的長方形填入並拼滿,所具有的組合方法數。 (二)討論對於以拼滿L,M,N為三邊長且三組對邊平行且各組對邊相等的六邊形的所有組合方法數。

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)

“廢盡新機”-機車排氣汙染改善技術研發

運用自製機車廢氣過濾器來檢測減碳及降低高溫廢氣的效果,所監控的項目包括水溫、酸鹼值、碳酸鈣沈澱物含量的變化及氣體流量監控。最後,再佐以機車定檢儀器測量來驗證實驗結果。一般材質以陶瓷纖維棉搭配硅藻土板的效果最好。實驗結果:溫度降低了21.5°C;pH值提升1.34;碳酸鈣沉澱物減少197mg。經由機車定檢儀器測定30秒後:CO2的排放量由11.76%降至9.50%。回收物質以陶瓷纖維棉搭配蛋殼粉末的效果最好。實驗結果:溫度降低了14°C;pH值提升1.25;碳酸鈣沉澱物減少161mg。經由機車定檢儀器測定30秒後:CO2的排放量由11.76%降至7.93%。

橋一喬就知有多少

一般溶液電導度測量是利用定電壓測電流法來測量,結果較不準確且再現性差,利用惠司同電穚電路自製導電度計,在測量的穩定性及準確度表現均較佳,且可以減少極化效應和電解作用的干擾。導電度計應用在沉澱滴定及酸鹼滴定上,均有不用指示劑即可判定滴定終點的優勢,有效的減少人為誤差的產生,而本實驗量測的誤差小於3%。在醋酸的解離常數測量,導電度計與作圖法配合可以準確的找出醋酸的解離常數誤差小於1%,比pH計測量醋酸的解離常數的誤差3.94%更為準確。導電度計用於測量乙酸乙酯的水解反應,由Kt-(K0-Kt)/t圖所呈現的線性及半生期時間計算為二級反應,溫度愈高反應愈快,我們成功求出反應的速率常數及活化能,其結果比使用pH計測量更準確。

轉動的球周圍的空氣變化

目前要測量氣壓大多使用氣壓感測器,雖然便宜而方便,但其本身的體積也會影響空氣的流動,尤其是需要測量微小變化時更明顯。如果我們能使用光線來測量,就能解決這種問題。空氣本身就充滿灰塵,如果以強光照射,就會產生散射光。而這些灰塵本身也會移動,當移動速度變快時,整體的散射頻率也將會加快。比較這散射頻率,就可以得到空氣流速,進而得知氣壓。