全國中小學科展

高中組

霓虹燈真的需要那麼多高壓變壓器嗎?

近年來,工商業的異軍突起,為了宣傳產品和招攬顧客,用各種方法來設計廣告燈。進而使街上的廣告燈五花八門,琳瑯滿目。由最初的燈泡,LED至霓虹燈等,真是不勝枚舉。 但時下的廣告燈,還是以霓虹燈的顯示方式最為惹人注目。因為它的亮度光澤是一般燈泡無法比擬的。因此常為工商業所需要。 但是霓虹燈也有缺點,就是其在順序點燈時,需要很多高壓變壓器,例如十個字就必須有十個高壓變壓器。而一個高壓變壓器的重量為8Kg。萬一,這些變壓器從廣告燈招牌上掉落,所造成的後果真不堪設想。且一個高壓變壓器的價格是1400,並不便宜。那麼對於使用者,不免增加了成本負擔,更浪費金錢。而現在霓虹燈已被普遍的利用,這樣下去全國不知還要付出多少額外的開支。所以霓虹燈確實有改進的必要。

在五邊形上跳舞

由在五邊形上跳舞這個看似公平的遊戲中,找尋其不公平性,與背後的數學意義,並找出其必勝策略,再由原始遊戲推廣至1~n搶m,找出必勝法則。直覺上,只要想遍整個可能發生的進退,便可走出必勝的一步﹝當其存在時﹞,即是不公平的所在。就此,我們可將其適當轉換成數學之語言符號,進而以數學歸納法證明,必勝法則之存在性。但根據不同的n,或說是某些特殊的n,該法則可能退化較為簡單﹝規律﹞之形式。

「兩種不定方程式之討論」簡要說明

反射式多變色液晶SmartWindow之研究及應用

本研究以創新製程及電場配置製作可變色雙層液晶窗。本研究有以下特點:一、解決市面上液晶窗戶之缺點,以創新方法製作可自由調控顏色之液晶窗戶(SmartWindow)二、不需使用背光源,為反射式液晶窗戶。三、消耗電能低,可達節能之目的。多變色膽固醇型液晶窗戶為利用具雙穩態(Bistable)特性及因螺距不同反射特定波長的膽固醇型液晶(CLC)。本研究創新作法為二:一、以固化方式使膽固醇型液晶螺距大小不同,使變色機制不同於一般液晶窗戶,以控制液晶反射特定光線達成變色的目的。二、將液晶螢幕中控制液晶的IPS系統、側邊電極應用於本液晶窗戶。雙層液晶窗戶上層為混合E7(向列型液晶)+S811(旋光物質)的BistableCLC,下層為混合RM82、CB15、BL006、I-369的多變色(Multi-color)CLC面板。

時間密碼鎖

近來按鈕式的電子鎖不斷為人所研製成功,帶來的革新及方便甚大。由於其為固態元件所製成,所以故障機率幾乎為零,而又因為採按鍵式來控制門鎖,所以也省略了隨身帶鑰匙的麻煩。但不容否認的,任何東西均是有其缺點存在的,例如第一代的電子鎖,其號碼為固定式的,不可改變,號碼一旦為人所知,鎖的保險性即告喪失,即使保密工夫到家,有心人仍可從鍵盤上的痕跡看出那些號碼常用,而推算出開鎖的號碼。後經人改良,研究出可任意變更號碼的電子鎖,並獲得世界發明展金牌獎,其號碼難為可變,但仍是半固定式,只要設好一組號碼,一直到下一次再設定另一組號碼期間,設定的號碼也是固定的,所以在開鎖時不小心為人所見,也是容易喪失其作用。因此,便激發我改良它的想法。

光對空氣的折射率測定

海市蜃樓的景象是由於地面溫度高於氣溫時,使下層空氣受熱膨脹,密度比上層小,光線通過這個區域時產生光線的折射,使得物與像的位置錯位而產生錯覺。首先,我們利用加熱鐵板模擬太陽加熱的地面,地面的空氣受熱造成局部密度的差異分布,雷射光源由不同的高度平行通過時會向上偏折,也發現光源與鐵板距離越小偏折越大,飄移率也越小(也就是影像越清晰);實驗發現熱空氣的對流現象會使實驗觀察困難,所以改採加壓及減壓的方式改變空心稜鏡中空氣的壓力,得到的壓力值分別以理想氣體方程及凡得瓦耳方程換算成空氣的密度,再測量光源角度偏折量以折射定律推算出空氣密度與折射率為線性關係;最後我們得知福衛三號利用全球衛星定位系統發射的電磁波穿過地表面的大氣層時,電磁波會因空氣密度差異產生不同的偏折現象,如此作為分析氣象的一個依據。我們以燈泡模擬球型的大氣結構,雷射光源以離燈泡表面不同的距離入射,發現光源向外偏折,燈泡表面距離越小偏折越大,小於約0.4cm 後,會有明顯的全反射的現象,這個結論可以作為福衛三號接收到全反射訊號時,即代表此時GPS 衛星訊號通過的地表面時,若這個區域地面(或海面)的溫度高於氣溫時,也會有類似的現象發生,如此就可以推估該地區溫度的垂直分布。

舞動螺旋

在繩子的一端持續供給一擾動,此擾動會以波動的型式傳至繩子另一端(自由端),經自由端反射後,反射波會和入射波重疊干涉而形成駐波。本實驗將繩子鉛直懸掛在轉盤下方,轉盤帶動繩子繞軸旋轉。實驗中觀察到繩子會形成駐波,並出現上下的來回振盪,這是一個複雜的運動。我們嘗試以學過的物理概念來解釋、分析所觀察到的繩波行為。

雲嘉南地區土壤分佈及水份蒸發速率之測定

生活在科技突飛猛進的時代,人類已愈來愈關切每天生活的環境。嘉南平原是台灣富庶地區,食糧作物、經濟作物種類很多,如稻米、甘藷、甘蔗、花生及蔬菜等。各地區由於士壤質地不同而作物有另別。土壤質地與士壤水分有很大關係,而水分影響作物生長尤甚。土壤中水分向地面蒸發,是土壤水分的損失,故不同的士質其蒸發速率如何?如何防止土壤水分的喪失?值得加以調查研究。調查地域:濁水溪以南,曾文溪以北的嘉南平原地區。

圓盤在彈性碰撞下覆蓋面積之探討

觀看掃地機器人的運作後,發現其效能不彰,促使我們欲瞭解並模擬其可能的最佳行進路線。本作品將掃地機改成圓盤,假定其以彈性碰撞運動方式行走於矩形區域內,並利用對稱路徑的方式推導出圓盤在不同形狀的區域以不同角度及位置出發的覆蓋面積公式,藉此探討其行進路徑及覆蓋面積;此外,我們為避免路徑重疊而推導出對出發斜率的限制。最後,我們分析數據以瞭解實際運作的情形,從數據中發現,面積覆蓋率和出發角度並沒有絕對關係,而是與碰撞次數關係密切,這樣的結果令人有些出乎意料,卻進一步讓我們瞭解真正影響面積覆蓋率的因子。然而,我們知道面積覆蓋率與運作效能不可兼得,於是我們對這部分做了探討,試圖找出令人滿意的行進路線。

泡泡的特性研究

在參考文獻 Chemistry In The Marketplace 中,讀到若將兩個大小不等的泡泡連通,由於內壓差的關係,小泡泡內的氣體會向大泡泡移動。我們想實際實驗泡泡是否真會如此移動?可不可能發生相反的情形?能不能用泡泡移動的現象來比較液體的界面張力大小?