全國中小學科展

高中組

利用正方形剪裁正多邊形

在實際的工藝應用上,我們有時順利用正方形的材料,剪裁出正三角形、正五邊形、正六邊形或邊數更多的正多邊形,為了減少材料的浪費,我們要使剪裁出之正多邊形面積最大,因此,如何剪裁才能使所剪裁的正多邊形面積達到最大,又面積最大時其與正方形面積的比為何,便是本文探討的主題。

圓錐曲線與作圖

尺規作圖定義可作出直線、圓及其互相的交點,而無法完整作出一個圓錐曲線,但在已知決定圓錐曲線的要素時,仍可利用尺規作出圓錐曲線上的點和切線。在圓錐曲線中,給焦點和給五點的初始條件其實是等價的,在參考資料 3 中已找到了給橢圓上五點求出兩焦點以及給拋物線上四點作出焦點頂點的尺規作圖方法;但是其中的證明程度稍高且過於繁雜,我們發現一種簡單的證明方法,並將類似方法延伸至雙曲線。後半部分討論作出圓錐曲線和直線、圓、圓錐曲線的交點的可行性,將尺規作圖應用在圓錐曲線上的情形作一個概括性論述。

多功能抗眩膜的研究

一般陰極射線管(CRT)的電視螢幕易造成反射光線過強,使得眼睛刺眼而看不清楚螢幕的影像。但經過表面霧化處理的液晶螢幕,可以使入射光源產生散射,達到「抗眩」的效果。表面霧化處理,指的就是再螢幕上貼一張含微米粒子的薄膜。PDA(Personal Digital Assistant)或觸控式面板,螢幕除了要求抗眩外,更要求高硬度。本實驗利用「實驗設計法」設計實驗組別,將奈米粒子、微米粒子、膠、含氟的矽烷類、溶劑(IPA)等五種物質攪拌、塗膜、用紫外光照射使其發生聚合反應(高中化學下第八章),形成一張具抗眩效果的薄膜,再利用光學反射原理(高中物理上15-17章)測量薄膜的眩光度,結果約有一半組別(表一)均優於商業抗眩膜(眩光度2.6)。另外,我們利用不同硬度的鉛筆畫膜的方法測量薄膜的「硬度」,結果最高可以承受3H的鉛筆,而不會留下刮痕。之後,研究膜的「潑水性」的性質,結果「接觸角」大部分均大於100度最後,以IPA稀釋的配方塗在玻璃上,結果稀釋5倍後的接觸角仍然很大(>100度),撥水性質佳,可進一步應用在玻璃上。

模擬蟑螂腳的機械構造

本研究以探討蟑螂腳的攀附方式,研究蟑螂腳和接觸面不同角度對載重量的影響,結果發現以下現象:一、蟑螂腳與接觸面角度不同,其載重量有明顯差異,其中又以地毯的載重量最重,因此推論蟑螂腳與接觸面角度和攀附能力有關。二、實驗中,無論固定哪一腳,載重量最重者,皆為蟑螂實體攀爬時的原本角度,因此推論生物體攀爬時的原本角度為最佳攀爬狀態。

無線網路視訊遙控車

視訊遙控車是由一台主控端(下圖左)電腦透過無線網路(目前使用 WiFi)來控制遠端車體端(下圖右),車體端搭載筆記型電腦,車體端經由 printer port(印表機埠)控制車體之方向、前進、後退、聲光,經由筆記型電腦的視訊攝影機(Web Cam)傳回主控端,主控端可經由遠端傳回的路況使用鍵盤或滑鼠來操控視訊遙控車。透過無線網路的好處是可用很小的功率及經費連上網際網路,本研究視訊遙控車控制距離可達世界各地,不像一般 RF 遙控車最多只有數百公尺遠。若使用多 AP 的「漫遊」模式,遙控車的活動範圍可無限擴充。

轉轉波能

利用自製的威爾斯渦輪研究扇葉、通氣量、葉片數等不同的設計研究葉扇轉速效能。進行一系列的研究後,在吸入氣流推動扇葉轉動的實驗裡發現了50%的最佳通氣量設計,葉片與空隙的面積各為一半,是葉片設計上的重要鎖定條件。以此結果進而計算出最佳的葉片數設計的公式,並設計出新型的威爾斯渦輪葉扇進行效能測試。

見微知“駐”-水珠律動與圓駐波

緣起: 邂逅專題研究、水珠漫舞、剪輯影片,引起我們想更進一步揭開它的神秘面紗。緣續: 了解熱平台上水滴大小的變化及水珠基本的形狀及變化律動。緣繫: 進一步研究水珠多變的面貌,並探討水珠的大小、溫度、停滯時間及變化規律相關機制。緣定: 糾纏在水珠圓舞曲中有如大珠小珠落玉盤的曼妙,其中埋藏了平均圓與能量量子化的律動。

數位攝影與碰撞一瞬間

本實驗利用「閃光攝影術」,由拍攝桌球碰撞球拍拍面瞬間照片,希望能測量桌球與拍面的接觸時距、摩擦力、恢復係數。近年來,數位相機已經具有單眼相機所有功能,所有攝影參數可記錄調整,並且可以馬上看,作影像處理,大幅降低拍攝費用,若配合高速閃光燈,可以拍到重複曝光的照片,所有的數據由照片測量,是計算碰撞問題的新的構想,適用於所有球類的碰撞。所有球類以桌球最輕,速度很快,與拍面接觸時間很短,會受拍面牽引而旋轉,拍攝桌球碰撞瞬間是高難度挑戰。我們選定一種拍面,將拍面水平移動,桌球鉛直入射拍面,其摩擦力造成的力矩,使反彈的桌球在空中旋轉,由照片測量入射、反彈的位移、球心座標、旋轉的角度,並算出:1. 桌球與拍面的接觸時距?t=1/70~1/370 秒,當球速快則接觸時間較長。2. 桌球與拍面接觸可視為「純滾動」,其摩擦力與桌球對拍面的相對運動有關。 靜摩擦係數 0.06 ?μ? 0.10 ,若拍面移動速度快則摩擦力較大,碰撞後桌球旋轉的角速度較大。3. 恢復係數e=0.78,與桌球入射速度、拍面移動速度無關。

盛氣凌人—探討氣泡對在流體中行進的物體阻力之影響

本實驗的目的是探討氣膜在流體中減少表面摩擦阻力的效應。本實驗利用兩個直立圓筒間的環狀空間注入流體,然後讓內筒旋轉使流體流動,再加入氣泡,測量電壓及電流,藉由P=IV 算出功率,消耗功率越多,則代表所受阻力越大。我們比較空轉、注入流體、加入氣泡之間的功率消耗關係,並以黏滯係數不同的流體,水與甘油,進行實驗。實驗結果顯示加入氣泡所消耗的功率可節省約30%~65%,在高轉速時效果益彰。

新油切戰士-柴油與機油分解之進一步探討

本校學長從機油污染處土壤中分離得到一支具有分解機油能力之戈登氏菌(Gordonia sp.)(暫時命名為A4),它是一種具有降解難分解之碳氫化合物能力的土壤放線菌。經由16S rDNA序列分析發現A4與目前已知的戈登氏菌差異頗大,可能是一支新的本土戈登氏菌。大學實驗室的檢測報告也證實A4是一具有分解脂肪族和芳香族碳氫化合物的油污分解菌。本實驗中發現A4它能分解機油、柴油與沙拉油,具有耐鹽與耐酸鹼性,不受綠膿桿菌與紅城紅球菌所抑制,比紅城紅球菌分解機油與柴油的能力更為出色。此外,這三種油品都會影響綠豆胚根生長,且以柴油的傷害最嚴重。經A4處理過的油品,能降低對胚根生長的傷害,柴油的復育尤其顯著。另外,農業廢棄資材—花生殼能加速A4對機油的分解有助生物復育。