全國中小學科展

國中組

「蜘」來「織「趣」-大姬蛛不規則網之拓撲探究

學校最常見的蜘蛛就是肩斑銀腹蛛、簷下姬鬼蛛及大姬蛛,肩斑銀腹蛛多棲息在植物上,簷下姬鬼蛛多棲息在欄杆上,而大姬蛛多棲息於陰暗處,有護卵行為。大姬蛛的網為不規則網,主要分為牽引絲、主網結構及次級結構。大姬蛛的網形分別為三角體、吊帶型及星型,主網形狀分為12種拓撲形狀,且大姬蛛網的牽引絲越長,網面積越大;立體主網面積越大,平面主網面積也越大;平面主網劃分角越大,區域內的牽引絲越少;短牽引絲的附著角度平均大於長牽引絲附著角度平均;具有支架的蜘蛛網,牽引絲數量與離地高度平均大於沒有支架的蛛網。仿生大姬蛛網吊帶型的振動幅度為0.06公分,三角體的振動幅度為0.02公分,顯示三角體面對風力的作用下,其結構較為穩固。不論是吊帶型及三角體仿生蛛網,其主網部分的振動幅度皆為最大,而連接點及牽引絲為蜘蛛網的周圍架構,其晃動幅度小。

簡易切片機

由近年來,報章雜誌上所登的生物科技,以及老師在上課時偶而的提示,使我感到生物學的重要。啟發我研讀生物的興趣。在讀到楨物莖葉的構造時,我們要求老師帶我們親自切片(徒手,以刮鬍刀,通草夾標木)以增加真實感,但一節課下來,斑上同學,沒有一個切下,可用顯微鏡觀察的片子,且有三個同學手指受傷。打聽得知,一部切片機,時價十多萬,實非每間學校所能買得起的。

火車行駛安全辨識系統

本實驗為實現運用於火車的安全辨識系統,製作一套即時影像辨識,且使用了OpenCV(Open Source Computer Vision Library)以及YOLO(You only look once)等開源程式碼,並運用Python進行編譯和整合的工作,再進一步使用Tensorfolw和Darknet的類神經網路來訓練機器,增強系統精確性,最後,將偵測到的資訊文字化後輸出,供給訊息給其他功能使用。

獨角仙的發生與觀察

從很多昆蟲書籍得知,獨角仙有著碩大的犄角、如盔甲般的硬殼,走起路來威風凜凜,遇到強敵時更會用強而有力的犄角護著母蟲,跟其他甲蟲奮戰,使我對臺灣昆蟲界的巨無霸產生極大的興趣,非常好奇一隻小小的「雞母蟲」是如何蛻變成威風凜凜的鐵甲武士?

神奇魔術三角

由於在夜市購買的俄羅斯魔術方塊,被同學摔壞了,而想到用紙板來操作,繼而發現了「魔術三角」。在教科書康軒版二下第七章「適才適用」及一上第七章「科技進步的推手」中,內容剛好與本主題有關聯。起初是想到由簡單的六塊三角形組成的 3-6邊形,但只能摺出三個面,若要增加面數,就要增加長條紙‧因而有 6-6、9-6 邊形。後來又想到若 360 度可被平分為四個直角所組成,因而發現了正方形方塊〈4-4 邊形〉,竟然,它比六邊形更好玩,更具挑戰性。從摺法中,又摺出了 8-4 邊形。甚至,最後完成了 12-6 與 12-4 邊形。不過,因為用太多層紙板,容易脫落又不好摺,所以未來想找出一種摺不破的紙來代替。這個題目是在生活中發現的題材,題目簡單,攜帶方便摔不破,材料成本低廉,製作容易,人人可做,可全面推廣。而且也是一個讓人愛不釋手,人見人愛的玩具,更是教學上的好幫手〈教具〉。

我真的抓得住你-腳踏車剎車動能能量的轉換

本研究利用腳踏車剎車時的能量,設計製作轉換成電能的裝置,創造一台發電儲電的環保腳踏車。經過多次的改良,我們完成了有效的方法,將腳踏車剎車時的動能轉換成電能,也能輔助剎車系統的剎車效率,達到「綠色能源」、「節能減碳」的目標。現在大家追求節能減碳,能夠一邊騎一邊發電、充電的腳踏車裝置越來越多,但是我們發現市面上這種可以一邊騎一邊發電的腳踏車裝置,其能量主要是我們多費力造成的。而我們的作品是利用腳踏車剎車時本來的動能因摩擦變成熱能所應浪費的能量來進行發電,這樣不但不會比較費力,而且是把本來會浪費的能量收集起來使用或儲存,達到真正節能的效果。我們最後成品『電輪3代』發電盤與摩擦盤合而為一,模組化的型式更有實用價值。

三碼式電子密碼鎖

外出上班時,忘了帶鑰匙或鑰匙掉了,因而進不了門是一件很麻煩的事,所以需要一種不用鑰匙的鎖來解決這個門題。

致命的水

從網路新聞中得知,如果長期喝重覆煮沸的水,對身體健康恐會造成不良影響(參考資料一)。主要的原因是自來水裡面的硝酸鹽會因為重覆煮沸而轉變成對身體有害的亞硝酸鹽。為了證明硝酸鹽在煮沸的水中是否容易轉變成亞硝酸鹽,我們自行設計實驗證明之,並利用所學自然科學知識解決生活中所遇到的問題。在研究的方法上,我們利用普通的材料,組裝簡單儀器來測量亞硝酸鹽的生成速率,過程容易操作、且富趣味性。從本研究的結果中,我們瞭解到硝酸鉀在沸騰的水中要轉變成亞硝酸鹽其實沒有想像中容易;另一方面,硝酸鉀溶液照射太陽光反而有助於亞硝酸鉀的生成,推測太陽光中的紫外光可能有助於硝酸鹽轉變成亞硝酸鹽。

兩共用重心三邊形轉換路徑的探討

當數學老師上到三角形重心的畫法及性質時,我突然想起牛頓科學雜誌中談及的宇宙起源大爆炸( BIG BANG )與黑洞( BLACK HOLE ),我想到在大爆炸之後造成數個星系,小如太陽系,大到比銀河系還大的星系,它們的結構特性都是有一重力中心,四周圍繞著眾多的星球,整個星系是平衡地旋轉著,又如黑洞,其中心點即為一重力中心,周圍的星球因受其力量吸引而越繞越近,最後被吸入中心點,若我們假設每顆星球的質量都相等,並以三顆星圍繞著一重力中心開始,我們想要探討原三顆星如何轉換位置而移動到新位置且保持不變的重力中心,他們的轉換路徑是否可以用數學模式加以顯示?以下即為我的探討。

液體波速的測量及探討

在國中理化第三冊第一章中提到了介質的狀態會影響到波速,而在課程中接觸最多的是水波,所以我們就試著從實驗中來研究水深度,溫度及溶質濃度對水波波速的影響,並為求測量上的準確性而設計利用電腦做為測量時的輔助工具,進而達到實驗電腦化之目的。