全國中小學科展

國中組

當矩形愛上鋪滿數

本科展首先研究:3×n矩形用3×1(1×3)矩形鋪滿,4×n矩形用4×1(1×4)矩形鋪滿,和a×n矩形用a×1(1×a)矩形鋪滿,運用是否跨斷線找法推出鋪滿數公式。再來運用特殊形找法,分虧格和L型來鋪滿3×n矩形;4×1矩形、T型、2×2方形、Z型,個別及兩兩組合鋪滿4×n矩形。在本研究中除了有用到Z型做排列時,鋪滿數為0種外,其他狀況皆推出了公式。因每一圖形的鋪滿數和前一圖形有關係,故除了虧格外,其他以遞迴關係式來表示。而後分析各圖形鋪滿數,得到a×1矩形數據在表格的呈現上為傾斜的巴斯卡三角形,且隨著a×1中a值的不同,垂直間隔(a-1)格;L型和T型,也有不同的巴斯卡三角形形式,並證明、推廣。最後研究方形鋪滿m×n矩形的鋪滿數,當{k≤m,nk|m,n時,鋪滿數為1,反之為0。

立體平衡配號與空間結構之探討

有次上數學課,老師談到我們以前常玩的九宮遊戲,如圖(一) ,老師說各行、列、對角線的平衡配號常隱含一些有趣的現象在裡頭,只要同學仔細觀察即可發現,而在立體圖中也應有很多特殊現象待我們去發掘,我突然想起用四面體來觀察看看,也許能發現什麼,底下即為我的研究。 \r

植物釋出的氣體

「多接近自然的綠,有益健康」;「買來青色的啤梨,放好多天才能黃熟,如果你把青色的啤梨放入一個密封的容器,再放上一個成熟的,整個容器中的啤梨就很快成熟」。這些神奇的作用,激起了探究其奧密的動機。

燻煙的聯想-物體尾端流力的型態及影響之探討

氣流流經物體,會在物體後面行成混亂的氣流,這個氣流會對該物體造成什麼影響?本研究以保力龍球的深入或外拉來顯示氣流對該物體推拉作用,並探究氣流對該物體造成穩定度、阻力、或漂浮力的影響,另以擾流板來干擾氣流加以分析氣流對該物體造成的影響。

可攜式自動語音量身高系統

科技日新月異,距離測量機的發展也不斷被改良,本小組為了與學校課程做連接,決定探討超聲波之性質,同時也結合生活應用,並培養科學研究之精神,嘗試開發非接觸式之語音自動量身高系統,並設計能將結果自動匯入資料庫的程式。 因此,我們決定使用超聲波模組來測距,取代市面上常見的固定式身高體重計。同時為了與已出版之超聲波身高計有所區別,此系統另外搭配了語音模組及LCD模組(液晶顯示螢幕模組)以方便得知測量值。最後,我們設計了一系列實驗來調整系統,希望能達到一般市售身高體重計的精準及穩定度。如此一來,就能同時兼收「省時」、「省力」、「省空間」、「省成本」四大優點。

泥造城堡--探討黃胸泥壺蜂「銜泥建造巢室」的策略

本研究探討黃胸泥壺蜂『銜泥建造巢室』的生態行為。結果一:先吸水→做泥球→做巢室→產卵→抓獵物→封口,平均花6小時13分32秒。結果二:水與砂土攪拌→身體下壓→砂土成球狀。體長、胸部與泥球間r值分別為0.84、0.71屬高度相關,推測胸部越大,做的泥球也越大。當抱起泥球4 ∕ 5處,以大顎、左右腳三者平均對乾濕泥球向上施力0.043gw、0.050gw,是穩定且省力的搬運方式。結果三:壺蜂體長與巢底、壺口間大小為2.67±0.14cm、2.54±0.34cm、0.66±0.09cm,r值在0.74、0.84均屬高度相關,推測當體長越大,建造巢底與壺口會越大。卵被產在離壺口約36%的巢室頂端,從上而下垂降約38%。結果四:被寄生率88.5%,壺蜂發現巢室被寄生或破壞,會出現思考性的修補或棄巢行為。

交流磁場與離子感應電流相關之研究

(一)理化第三冊提到英國科學家法拉第發現:當線圈周圍的磁場有了變化時,線圈就會產生感應電流,之後理化老師又說:「一個金屬板也會有相同的現象,產生感應電流及焦耳熱效應,謂之渦流熱」。頓時好奇的我們隨即閃過一個念頭:金屬板之自由電荷,因為磁場的變化,可以被推動而產生電流,那麼電解質中的自由正負帶電離子,應該和金屬板中的自由電荷一樣,也可以因為磁場的變化,而產生 『 離子感應電流 』 (我們的稱呼)。 (二)當我們把這個推論告訴理化老師,之後老師以引導方式告訴我們:電解質中的正負離子,是否可以因磁場變化被推動形成 『 離子感應電流 』 必項藉由實驗來得知,但是老師告訴我們,基礎觀念最重要,所以若要作研究,聶好由「平面金屬板」先做一系列相關實驗研究,再來架構我們的「離子感應電流」,會比較具備完整性。

內外有致-類拿破崙多邊形性質及其有向面積定值

平面幾何學中,拿破崙三角形是著名定理,許多全國科展以此為研究議題,但中國大陸學者已將三角形推廣至封閉多邊形而得到一般性面積定值結論[1]。 拿破崙定理還能推廣嗎?我們創新「構造方式」,在封閉多邊形的邊上依序「向外、向內」交錯構造相似三角形而得「類拿破崙多邊形」,並研究其幾何性質、面積不變量與應用,主要發現有: 1、將三角形的類拿破崙三角形連結原三角形頂點,則為平行四邊形,具有面積不變量與對偶性質。 2、四邊形的類拿破崙多邊形恆為平行四邊形(比前人研究更具一般性),並發現其面積不變量與對偶性質。 3、封閉n邊形的類拿破崙多邊形之面積不變量。 4、平面上任意點與類拿破崙多邊形頂點所構成的三角形之面積不變量。

避免污染的實驗設計

從實驗室輸出得污染源,已成為環保工作中重要的一環,而有些污染是可以從變更實驗設計來避免的,我們把理化課本中,較易造成污染的兩個實驗,重新設計改良。

微波觀點

振頻 2450MHz 的微波已堂堂走入家庭成為一股新興熱源,就其高效能與普及性理應具有更寬廣的應用空間。本研究由觀察微波效能著手,透過熱敏電阻溫度計監測微波爐內的升溫歷程,試著與實驗室內酒精燈熱源進行實作比較,並藉以探索水溫變化量與水量多寡、加熱時間的確切關係。針對微波環境的特異性,設計系列實驗探討並釐清旋轉盤上不同位置的吸波性與相互之間的遮蔽作用。又經由多種試樣的微波升溫情況比較,確認分子極性與吸收微波能力的相依性。另外,通過實驗觀測建立了酒精度、醋酸度與微波升溫的關係圖。在持續聚焦的微波觀點下,完成了五分鐘肥皂速成法、硫酸銅晶體或氯化亞鈷晶體的脫結晶水、無字天書、指紋現形、噴墨紙的酸性鑑定、發麵做美食等實驗設計與實作成果,積極拓展微波爐的應用價值與微波實驗的新思維。