全國中小學科展

國中組

正s邊形滾動路徑與面積暨階梯問題之通式探究

從2002年TRML思考賽試題出發,研究正三角形與正方形繞轉 矩形外圍的旋轉弧度、內部任意點P的移動路徑總長、橫掃區域面積等問題,再將其延伸成正s邊形去繞轉矩形外圍,發現m,n,s彼此間都有連帶的關係,成功地寫出一般化通式。之後改成繞轉mxn矩形內圍,只研究正三角形與正方形,觀察其與繞轉矩形外圍的差異性,發現在頂角處需做細部分解,修改通式、歸納分類。最後,設計了創新的『階梯問題』,設計攀爬t階層樓梯與(x+y)階層樓梯,在其過程中於頂角處需整合外轉與內轉的通式,於直線部分需仔細思索其少轉的數量,才得以寫出完備的通式。

從太武山上、看世界

從太武山上望向前方,到底可以看多遠呢?利用三角形的相似性質,用對應邊成比例的特性,將我們要求的距離算出來,並考量實際光穿過大氣的折射率,調整成更符合實際情形。

『含流睿智』植物也會算數?~探討含羞草觸發運動其訊息傳遞的奧秘

外部刺激含羞草達到一定力道後,含羞草有依序閉合現象。含羞草雖然沒有神經細胞但是仍然可以產生類似的傳遞訊息方式,含羞草運動的膨壓作用啟動訊號之一為電訊號傳遞產生,讓水分往另一側細胞集中,並非水分立即蒸散或是水倒流回根部。當以外部電流、熱源、光線也可引起動作電位產生觸發運動;含羞草觸發運動會因為連續相同程度的刺激而不敏感,類似習慣適應。若在土壤添加乙醚麻醉劑15%,30分鐘之後,含羞草細胞亦會被麻醉而變得反應遲緩或是沒反應。本研究後續發現施予20k流明至40k流明的藍色光線時,有助於含羞草葉片再復原的速率!

n位數的奇妙

任意寫出一個三位數,求此三位數減去其倒寫所成三位數之差,再加上此差倒寫所成的三位數,其結果都是定值1089,是不是任意的n 位數,照這樣演算都會有一定值存在呢?似乎均會等定值,這引起了我們莫大的研究興趣。

追蹤日月時

難得一見的日食、月食突然在某時刻出現天空都會給人或多或少的震撼,甚至引發短暫無窮的遐思。今天它們具有的神秘色彩已漸淡化,有關天文的書籍對這方面也有詳細的介紹,然而何時出現日、月食,卻難以理解,莫測高深。我們相信宇宙中星球的運行有規則性,因此日月食的發生必有模式可遵循。

狡「蟹」三窟----網紋招潮蟹(Uca arcuata)的洞穴建築

東石大橋旁的灘地以網紋招潮蟹為優勢種,本研究則選定五個調查樣區,利用望遠鏡觀察並實地測量洞穴和網紋招潮蟹外型的大小,及利用聚合樹脂製作洞穴模型以便了解洞穴內的構造。研究結果發現樣區中網紋招潮蟹雌蟹數量較雄蟹少,常出現在靠近水邊的區域。所建築的洞穴會因季節及位置有所差異,第 I 區的洞穴位置常會改變而且較淺,冬季的洞穴則較深。洞穴的種類分為平洞及煙囪洞穴,漲潮時,部分洞穴會因洞內水位上升而產生封洞的行為,洞穴內的相對溼度可以維持在 90%以上。成蟹築洞除了第 I 區以外,僅會進行橫向洞穴出入口位置的修改。平洞的出入口直徑與甲長相近,至少會有二個出口,做為避難與防禦入侵之用。主洞穴的直徑大於其步行寬度,溫度維持在 19~27 ℃,底部有積水,為洞內主要活動區域。煙囪洞穴為單一出口,夏季的洞穴其中段特別寬大,可作為求偶之用。由聚合樹脂表面黏附招潮蟹的外骨骼,推測網紋招潮蟹在洞穴內蛻殼,減少被攻擊的機會。

節能減碳,化腐朽為神奇─光碟機與手機合體

廢棄的養樂多罐可以做成樂器嗎?應如何鑽孔?它可以吹出哪些音?令我們感到十分好奇!實驗結果得知多多笛的「吹管口」形狀對聲音高低的影響不大,但是得將管口壓扁些才能吹出聲音來;「吹孔越大」聲音越高。「按孔位置」越靠近吹孔、「按孔越大」、「垂直或水平方向的按孔數目越多」時聲音越高。在按孔位置固定的情況下,多多笛的聲音高低主要決定在按孔的大小和數目,也就是開孔總面積。根據這樣的關係,從已知的標準音頻率反求開孔總面積來決定按孔大小,我們終於做出可吹「Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si」七個標準音的多多笛了!

牆要double L邊坡防護更OK~創新雙層L型懸臂式擋土牆邊坡防護效益之探討

本作品旨在探究擋土牆的形式以及排水管兩部分對護坡效益的影響。所謂的「護坡效益」在研究中的操作者定義是「排水量最多;同時排沙量最少」。研究結果如下: 1. 自行設計的新式double L雙層懸臂式擋土牆,比現行之單面L型懸臂式擋土牆防護邊坡效果更佳。 2. 擋土牆必須加裝排水設施,但並非排水管越多越好,在單次降雨中,過多的排水管對排水量的增加沒有顯著差異,反而增加施工成本並減少擋土牆的剛性建材,減弱結構強度。 3. 排水管的排列形式,下層多;上層少,有利排水,防護邊坡效益佳。 4. 單一排水管上的排水孔密集,,有利排水,防護邊坡效益佳。 5. 擋土牆的材料若以既能吸水,又能排水的材質施作牆鋪面,更能有效防護邊坡。

運動學直搗化學速率~從鹽酸與碳酸鈣粉筆的反應中,追縱〔H+〕與CO2 的動態

以國中理化課本常見的製備CO2為起點,用電子天平量化反應過程(研究一),比照運動學設計簡易數據分析的方法,動態追蹤CO2生成速率對時間的關係(研究二),並以pH 計追蹤pH 值變化對時間的關係(研究三),再以斜率處理方法,利用運動學分析方法分析RCO2 對應[H+]的關係,並進一步分計算起始反應速率,比較不同[H+]的實驗中下,[H+] 對RCO2 的影響(研究四)。 在研究二三四的基礎下,試著用數學中對數的觀念及作圖法,計算R = K[H+]n(研究五);有別於RCO2的實驗方法,也求出RH+與[H+]的關係式 R=K[H+]n(研究六),最後以真實數據套入不同方法作出的RH+三反應速率方程式作比較 (研究七)。期待能以簡單易懂的分析法,做出完整深入且具有價值的研究。

向不可能的任務挑戰─探討太陽黑子的漂移

為了想瞭解黑子的漂移狀況,本研究自去年校內科展開始,耗時八個多月,從進行黑子的觀察、學習套量黑子、查文獻,到最後改以黑子定位程式量測太陽影像上的黑子、分析處理數據、計算推理......,在地方科展中,我們發現黑子有漂移的現象,且有以下規律:緯度方向的漂移會呈現一段一段的現象,而且黑子會先往南漂,再往北漂,接著還進一步去分析每一段與緯度的關係。但是黑子緯度隨時間變化時,先向南漂再向北漂的現象似乎不太尋常?在地方科展結束後,經向多位教授、老師請教後,才發現可能是我們誤判太陽北點方位角!為了解決疑惑與探求研究結果的真實性,在有限的時間之內,我們再次展開更深入的探索行動!經修正北點方位角,並以兩種黑子定位程式重量與檢驗後,探討出在緯度方面,緯度隨時間變化有一段一段的現象,每段週期約1 天。我們又由各群黑子緯度標準差得知黑子緯度漂移量並不大,至於確定的漂移狀況還有待進一?的統計分析;經度方面,構造簡單的黑子比較看不出漂移,複雜的黑子漂移現象則較明顯,並由經度趨勢線公式驗證越靠近赤道,太陽自轉速度越快。我們希望未來能進一步探討造成各種現象的原因,及檢定分析各項統計數據。