全國中小學科展

高中組

消失的地心引力

本實驗在探討彈力常數較小的彈簧(即彈簧鉛直懸掛時,受重力影響即可伸長的彈簧)鉛直懸掛,待其靜止後使其落下,彈簧底部的暫時性靜止的現象猶如地心引力消失一般。利用攝影技術,將彈簧落下過程合成為一張合成圖以利觀察。我們由合成圖中發現:(1)彈簧鉛直落下過程中彈簧底部有暫時性靜止的現象;(2)彈簧頂端落下過程為近似等速度運動的現象;(3)當底部開始運動之後,整體彈簧質心受重力作用作等加速度運動,但彈簧頂端部分瞬間速度有減緩(相較(2)之速度)現象。因此我們進一步設計一連串的實驗,研究彈簧基本物理量與此現象間的關係,但其關係並不明顯,最後將彈簧落下過程的運動模式加以模擬、討論。

徒勞而不獲---稻穀在穗上發芽怎麼辦?

在今天的世界上,人口膨脹巳成為最重要的問題,人口增多,當然食糧需要也增多。在季風的亞洲,稻米是主要的食糧,雖然至今科技昌明,但對於培植種稻仍需人力。農夫經過幾們月的辛苦播種、施肥、除草,眼看稻子就要成熟了,但其間如邁天雨,稻子發芽,那麼一年的辛苦,豈不就白費了嗎?本實驗即針對此問題而加以研究,將先探討稻穀成熟過程,以做為預防穗上發芽的參考,並進而研究抑制劑對稻穀在穗上發芽的抑制作用。

台東沿岸海沙含鐵成分之分析

假日至都蘭等地區海邊郊遊時,常見居民撿拾質地較硬之礦石,加工磨光後僅裝飾品用,因而推瀾海砂中亦可能合有礦物成份,偶以帶有磁性之水巢刀挖擔海砂時,則見刀尖上吸附有類似鐵層之細屑,因而決定做此含鐵成份之測定。

速速前!—鐵粉顆粒在磁場分佈中的受力行為

在看不見的磁場分佈中灑下鐵粉,可以透過鐵粉的重新排列清楚地看出磁力線的軌跡,而鐵粉由亂而序的過程背後,有個看不見的力量,主導著每個鐵粉顆粒速速向前。本研究利用觀察鐵粉(分別為細粉末與粗顆粒兩種)在磁場中的排列與運動行為,探討兩個重要的物理現象:I. 磁場在通過不同介質時所遵循的折射(refraction)現象;II. 磁場分佈對鐵粉顆粒產生的磁力(magnetic force)現象。本研究以電磁鐵通電產生靜磁場。由於電磁鐵的磁導係數遠大於自由空間(空氣)之磁導係數,磁力線由電磁鐵進入空氣時,其出射角幾與邊界面垂直,形成一單純之邊界條件,因此磁通密度在自由空間中的解析值可直接利用馬克斯威爾方程式求得。我們亦導出空氣中的磁通分佈對微小的鐵粉顆粒所產生的磁力公式,發現鐵粉顆粒受靜磁力的大小與該顆粒的體積、磁通密度與磁通密度之梯度成正比,而方向與磁通密度之梯度一致。

斯鐸克定律的驗證及液體黏滯係數的探討

當你在游泳的時候,你會感覺到有一種阻擋你前進的力量,這便是所謂的「阻力」。但是它究竟是如何產生的呢?其大小又是如何?這些問號一直存在我的腦中,直到上了高三,才對這方面有稍微的認識與瞭解,而斯鐸克定律( F = 6πηrVt )是我涉足此方面所遇到的第一個定律;可是斯鐸克並沒有做實驗,他的定律完全是由純理論推導出來的,因此我便設計了這個實驗,來驗證斯鐸克定律,並對定律中的黏滯係數(η )做了溫度、濃度,物質種類等因素方面之定量與定性的探討。

老人居家防護系統

「老人居家防護系統」設有緊急求救外,並可擷取人體的脈搏、體溫兩項生理訊息,加以判別提供病理預警,達到遠端監控、緊急就醫、照顧獨居老人為主之目的。本系統具備四大功能:一、脈搏過快、過慢警示:當脈搏跳動每分鐘超過120次,或低於50次立即發出警示。二、體溫過高、過低警示:當體溫超過38℃,或低於35℃會發出警示。三、緊急呼救:當老人按下求救開關時,控制中心會顯示警訊。四、健康管理:電腦可以從控制中心讀取脈搏波形,提供病理分析,觀察老人之生理狀況,做到慢性疾病之預防及治療。上述四項訊息之取得,是藉由人體身上感測器電路所測得之訊息,經無線電傳輸到家中基地台,基地台將收到訊息,以數位分析自動研判,將警訊利用線路,傳輸至管理單位,供監控人員處理。本系統除了可照顧獨居老人外,更可運用於安養中心的老人健康防護。

輻射氧化一把罩

抗輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans)是一株具有高度抗游離輻射的細菌,由資料收集中發現對D. radiodurans的研究多著墨在基因探索、酵素的鑑別或其生理研究,此外,對其抗輻射能力之研究也頗多,但在D. radiodurans抗氧化能力的研究就顯少許多。因此本研究嘗試將D. radiodurans抗紫外線與抗氧化力結合並以開發「生物性抗氧化與防紫外線能力之雙效美白產品」為目標來設計一連串的實驗。實驗結果顯示:不同的碳源能誘發抗輻射奇異球菌對抗不同強度的紫外線破壞,其中Glycerol與Galactose能使D. radiodurans抵抗60分鐘以上的紫外線(3.3mW/cm2);在Fructose與Glucose的培養下能產生較佳的抗氧化能力,其能力相當於Trolox之65 mM和60 mM。防曬係數測定方面,去除化學成份並添加D. radiodurans,以Galactose的防曬係數較對照組增加了115%;其次為Fructose,比對照組的效能增加103%。

心心相印

在平面上取一∆ABC及一點P,連接PA、PB、PC形成△BPC、△CPA和△APB,同時作△BCP、△ACP和△ABP的內心、外心、重心或垂心,得D、E、F三點,當∆DEF存在時討論:一、P和△DEF有何關係?二、△ABC和△DEF有何關係?三、若對新三角形重複上述的「步驟」,一連串新形成的三角形有何性質?在整個研究的流程中,我們一開始藉操作數學軟體的方法,將每一個對應的情況找出來並加以證明,接著更進一步觀察圖形中豐富的幾何性質,使我們除了心的對應關係之外,又看到了更深更廣泛的關係,我們也使用三角函數來幫助我們精確地算出其邊、角、面積關係。當我們討論完四心的情況之後,接著我們更嘗試作出兩點推廣:(1)疊代討論極限(2)內部點推廣到平面上的任一點,這些都使得我們的題目更加多元

智慧型搬運機器人

在這充滿創新的時代,智慧型機械的發展顯的非常樂觀,也發展得非常快速。用電子結合機械可說是最佳搭檔,可以預料以後智慧型機械會越來越聰明,到那時家裡也不用請傭人,買個機器人就行了,工廠裡再也看不到搬運工及插零件的女工,都將被高效率的機器人帶替。 我們也熱愛於這方面的研究,經過多次製作,發展了第二部機械人,第一部無機械手臂,第二部增加了一支兩個自由度及自動尋找目標物的手臂,使得它更具有智慧。 在製作機械人上,最困難的就是感知器的製造,而我們依據最簡單的物理現象製造出交通號誌識別感知器,障礙物感知器等。當然這些感知器如何和它的頭腦——電腦連結也是一門學問,需要不斷地實驗改造,改造實驗,現在製造出來的智慧型機械人,雖然還沒有發揮到最理想,但是它是我們花費相當多的時間所造成出來的結晶。相信以後我們會再造出更理想的機械人。

風過水無痕,水過沙有痕

本實驗主要是藉由控制三個變因,以探討大自然中影響波痕產生的情況。藉由改變水波的頻率、水槽中的水深、沙子的粒徑大小,將其所產生的波痕的波峰、波谷的高度以及各個波峰離起始點的距離記錄下來,並且製作圖表,希望能從中發現各變因對波痕的影響,並希望能藉由該發現來推斷出一個可以分析波痕與沉積環境的關係。經由實驗,我們發現水波的頻率越高,波痕的波痕指數越小,且其高峰值離起始點的距離會越遠,而所形成的波痕振幅之臨界質不隨頻率改變。此外,我們也發現在較深的水中,形成完整的波痕的時間較久,而沙子粒徑分佈也會影響其產生的波痕。