全國中小學科展

國中組

利用轉動的鏡子測聲音頻率的探討

在一次的聯課活動中(自然科學社),在物理實驗室後面的櫥櫃中放有許多音叉,有少數同學敲著音叉,浸入水中濺起水花,當時很多同學覺得新奇,紛紛問老師有關聲音的原理,其中我們印象最深刻的是:(一)聲音的產生是由於物體的振動。(二)聲音的高低是決定於振動頒率,像男人聲音低是聲帶振動頻率小,女人聲音較高是聲帶振動頻率較大,那時利用喇叭及示波器示範,當喇叭的聲音高時,示波器上出現的頻率也較大,但是我們仍不了解示波器如何顯示波形再測頻率的道理,於是我們幾個同學利用圖書館時間查書、討論,看看有沒有其他更簡明的方法,測出聲音頻率,同時找課餘時問,試著做這個實驗。

多邊形形上點面積等分線探討

一年級下學期,老師在講授平行線尺規作圓的運用時,曾補充過三角形面積平分線的作法,數月前我們在科展優勝專輯裡看到“多邊形面積平分研究”作品內客時,對相關的作圓問題再度引起深入研究的興趣。本文是我們參考過有關作品後,在老師的指導下,對多邊形形上點面積等分線作圖所獲得幾點研究心得,敬請大家多多指教!

酸雨來了我知道─酸雨警報器

本研究係利用電解質導電之原理串接一電解槽、一顆以上十顆以下之電池及蜂鳴器構成一個能警示 pH5 左右的酸雨的警報系統。針對電路中的電阻、電壓、電流等參數進行分組測試與討論,找出其中最適當的組合,以進行酸雨監測。由結果顯示,蜂鳴器之基本功率為 0.1W,在 pH 值為 3 左右時以銅片作電極 12V 電源所產生的功率為 0.053W,碳棒則為 0.036W(此時蜂鳴器已會運作),但因銅片所產生的功率較高所以電極部份就選用銅片;而在 pH 為 4 時所產生的功率僅有 0.004W(此時蜂鳴器不會運作),為了使電源產生的功率符合蜂鳴器之基本功率區間範圍(0.05W),電源則是選用 90V 電源。由測試的結果定義本系統的規格為 DC-90V,0.05W,運作的 pH 最高值為 4 左右。此外,由溫度對導電度的測試中得知,在 15~35℃的溫度範圍內,溫度對本系統不造任何成影響。另外,為增加本系統之實用性及方便性,可於電路中加裝一安培計,根據安培計電流的讀數準確計算雨水的 pH 值。由實測的結果發現,汐止地區降酸雨的機率高達 78%,故應盡量避免淋到本區的雨水。

排印OnLine-篆刻藝術之創舉

篆刻藝術為我國固有的文化,印文的佈局編排則為該藝術的精髓所在,因此,「如何排印?」遂為既挑戰又富有樂趣的項目。有鑑於此,本研究欲透過網際網路讓大眾能輕鬆快速的完成排印工作,達到普及化推廣篆刻藝術的效果,其主要的成果為一、利用 LINUX 環境平台及 PHP 設計一個最佳的網頁程式,以配合「線上排印」的功能;二、運用 HTML 及 JavaScript 完成一個多功能的互動式網頁界面,供使用者能多變化和饒富趣味的使用此一「線上排印」功能。

智能擦窗戶機器人開發之研究

本研究基於機器人能取代人類作危險且重複的工作為觀點出發。探討擦窗機器人的設計結構及操控程式,利用Arduino控制板,結合馬達、感測器、支架及輪子來驅動。完成主體後,再以三階段的控制研究:移動測試、使用者操作、智能感知逐步達成擦窗戶機器人的自動化及智能化。在吸附方式上使用自由度較高的磁鐵,透過吸附在玻璃的力量加上移動來擦拭、清潔。製作過程中,逐一測試機器所需的不同物件,透過各種資訊軟體作模擬及設計,最終完成此智能擦窗機器人的雛型,希望藉由此研究達到拋磚引玉,讓更多科學愛好者共同投入機器人研究的學問中。

你我英雄所見「不」同

7-11 便利商店所贈送Hello Kitty3D 磁鐵的影像會依旋轉角度而成為動態的影像,很吸引我們的注意,和老師討 論之後,我們很想知道光折射原理如何在 HelloKitty3D 磁鐵上面運作著。因此我們收集這些磁鐵,拆解它們加以觀察,努力 的收集資料,然後以圓玻璃棒設計實驗來實現各種圖形的變化,並測出入射角、折射角,再計算出折射率,和查得玻璃的折射 率對照,以驗證實驗方法的對錯。希望能由此研究,可延伸出作為一簡易的 測量透明物質折射 率工具及方法。以我們的實驗方法教同學們用此過程來製作動態的影象,吸引同學們能將理化融入生活中而學以致用,並創意的用為家裡 的裝置藝術;必能在應用時能更明白光學原 理,了解以「學中做,做中學」為學習理化的最佳方式。

平面與立體鑲嵌之研究

一、平面鑲嵌的定義: (一)每個頂點都是由同樣的正多邊形的頂點聚合而成的。 (二)各個多邊形均以邊相鄰,且不重疊。 (三)所拼成的圖形,沒有空隙且可以無限的延伸。 二、我們發現要形成平面鑲嵌,在於每個頂點周圍的多邊形,是否可以緊密的拼合,即內角和是否等於360°。 三、由於內角和等於360°,可推得: ,n1,n2,......,nk 表多邊形的邊數。 四、討論上述方程式的值,進而討論n1,n1,K,nk之可能的數值。 五、將平面鑲嵌的定義推廣,可得立體鑲嵌的定義: (一)每個頂點都是由同樣的多面體的頂點聚合而成的。 (二)各個多面體均以面相鄰,且不重疊。 (三)所拼成的圖形,沒有空隙且可以無限的延伸。 六、同理,要形成立體鑲嵌,則圍繞一頂點的多面體的立體角,要能緊密的拼合。 七、多面體的立體角ζ ,定義為該角在單位球上佔的面積,即為: 八、因此圍繞一頂點的多面體的立體角ζ ,要等於4π 。 九、最後,我們用電腦程式求解立體鑲嵌。

天龍八「步」— 利用足底壓力,製作偵測內八或外八姿勢的穿戴式裝置

已知內八及外八姿勢會影響健康,醫療上利用矯正鞋墊來改善,但大多半年追蹤一次,無法達到即時矯正的效果,因此引發我們的研究動機,我們利用足底壓力分佈的原理,製作能偵測站姿及走路是否內八或外八並具有即時提醒功能的穿戴式裝置,使用方法是當壓力超過設定的門檻值時,手機便會發出圖示及語音警告,我們還建立資料庫進行長期紀錄,期待能更精確地矯正姿勢。我們研發的第一代穿戴式裝置可即時偵測內八及外八的站姿,並在手機上發出圖示及警告,但是速度慢且無法長期追蹤記錄,因此我們進一步研發第二代穿戴式裝置,不只能精準地在站立及走路內外八時,手機發出圖示及語音警告,且速度更快,還可記錄以達到長期追蹤效果。

驛動的心

本次研究主要探討:將一三角形底邊固定,而改變頂點的位置之後,觀察其重心、外心、垂心、內心、旁心及尤拉線的變動情形。 其次探討:若以三角形三邊為邊,各自向外作正三角形,並連接此三個三角形的重心,得一新三角形,觀察其是否為正三角形?並試著討論將原三角形底邊固定,而改變頂點位置後,其新正三角形的重心變動情形。

殺「氣」騰騰─ 探討擬穀盜利用氣味抑制他種米蟲的生長

米象(Sitophilus oryzae),擬榖盜( Tribolium castaneum),鋸胸粉扁蟲(Oryzaephilus surinamensis)都是常見的穀物害蟲。在飼養米蟲過程中,我們發現當擬榖盜出現時,米象和鋸胸粉扁蟲的數量急遽下降,近乎滅絕。我們很好奇擬榖盜是透過什麼方式去抑制其他的榖類害蟲。經過實驗證明,擬榖盜的競爭性強於米象及鋸胸粉扁蟲。我們也發現擬榖盜會聚集且散發出刺鼻的臭味,我們的實驗證實了這個味道會抑制米象及鋸胸粉扁蟲生長。透過閱讀文獻及顯微鏡的觀察,我們也找出擬穀盜散發氣味的臭腺。 本研究發現昆蟲竟然能透過氣味來抑制其他種昆蟲的生長,未來希望可以針對氣味對他種害蟲的影響,進行深入探討並藉此研究出更天然且無毒的捕蟲或抑制害蟲的方式。