全國中小學科展

國中組

雙磁阻逃生〝升降〞梯

從磁煞車現象觀察發現,原來磁鐵能吸引的金屬物質並不是全部,且磁鐵對於不能吸引的銅、鋁、銀等金屬,在運動的情況下(磁場產生變化),會產生渦電流。這現象會有熱能及煞車情況發生,因此我們想從比較簡單的煞車磁現象出發,研究有沒有更貼近生活物理的工具或設備去設計一個可行的研究。本次的研究我們利用自製鋁軌逃生梯,以類似電梯垂直升降的方式,在不需要電源動力的情況下,探討配置不同數目磁鐵的壓克力逃生乘坐箱其末端加速度和終端速度的大小。進而探討配置最佳磁鐵數量下乘載不同的重量所產生的終端速度。並嘗試以阿特伍德機雙磁阻的設計,建立一個適合運用於現實生活裡的逃生梯設備。

「三角形負責區域位置設置問題」之探討

研究在一三角形上,要分配P、Q、R三點分別在頂點或三邊上(不可在同一邊,在同一邊則未能達到最好分工效率),P、Q、R三點所負責的區域為「距離最近則劃分給誰」,要如何定位才能使P、Q、R三點負責的面積一樣大。我們先依序從正三角形、等腰三角形、等腰直角三角形、直角三角形以及特殊角度的順序做起。我們在交點上設幾個參數,找出重要交點作標,在計算的過程中用Mathematica找出參數解,最後再用多邊形面積公式計算區域面積找出解,並利用GSP作圖模擬。

珠混魚目如何有效分離─震動、攪動、簸動對固體對流影響之探討

地科中的靜水沈積,層理為“ 下粗上細”,但當我在混合“三合一”咖啡時,卻發現,無論如何震動、攪動 … … ,總呈現“下細上粗 ”讓我十分好奇,想設計一簡單方法,建構一理論,一探究竟,並能應用於日常生活中。另外,以簡單可行的實驗條件來應證老師所說的反擴散理論【註】 也是我們的動機之一。(註:老師說:「反擴散現象違反熱力學第二定律“平衡趨向最大亂度” 的情形。」

隨波「阻」流─液體中物體運動研究

本實驗研究物體在液體中運動與阻力的關係,物體在液體中運動所受阻力與多項變因有關,本研究探討鋼珠直徑大小、鋼柱直徑大小、落入液體種類、破水時鋼珠轉速與阻力係數的關係。實驗設計將物體離液面固定高度時使其掉入液中以高速攝影機錄下鋼珠軌跡,再以tracker分析時間與鋼珠落下距離數據,探討物體在液體中的阻力係數。 在實驗分析過程中我們嘗試建立一個數學模型,將理論值與實驗數據做比較。最後得知鋼珠之阻力係數與鋼珠直徑平方成正比,圓柱體之阻力係數與圓柱體底面直徑平方成正比;不同體積百分濃度的洗衣精,其阻力係數相關呈w形;物體旋轉轉軸與落下方向垂直,轉速愈大阻力愈小;旋轉轉軸與落下方向平行,轉速愈大阻力愈小。

像由鏡生

在做透鏡成像的實驗中,意外發現除了課本所提到的成像外,還有其它的成像。為了進一步探討這些多出的成像的成因,而做了這次科展的實驗。推測這些多出的成像是來自於透鏡表面的反射,因為光線從一個介質進入另一個介質會在介質的交界面,發生折射和反射兩種現象,所以可以將透鏡的表面視為面鏡,由於面鏡的成像而多出其它的成像。為了確切地了解這些像的成因,藉用光學的高斯公式,以物距和像距的關係判定成像的原因。實驗結果證明之前的推測是正確的。除了課本提到的成像是由於透鏡的折射造成,透鏡的表面可視為面鏡,由面鏡反射成像,例如凸透鏡靠近蠟燭的曲面可視為凸面鏡。此外,還有光線先經透鏡折射再經面鏡反射最後再經透鏡折射而成像,例如光線經凸?透鏡靠近蠟燭的曲面折射,再經過可視為凹面鏡的另一曲面反射,最後再經靠近蠟燭的曲面折射而成像。同樣的情況,也適用在凹透鏡成像。

水洩暢通——洗臉台存水彎的幾何設計

日常生活所使用的洗手台、馬桶、浴缸等衛浴設備,為了阻隔下水道臭氣及防止小昆蟲進入室內,其排水通道上常設置一段彎折之存水彎,以儲水方式形成水封。本研究以洗手台之存水彎的幾何設計為主題,提出不同於傳統S型存水彎之新型O型存水彎幾何設計,並比較兩者在『水封儲水量』、『相對能量損失百分率』及『水流自淨能力』等效標的優劣。 經本研究顯示,O型存水彎之幾何設計,其『水封儲水量』明顯優於傳統S型存水彎,而在『相對能量損失百分率』及『水流自淨能力』兩項效標的表現上,兩者並無明顯的差距,基於存水彎需有足量的水封儲水量,才能有更高的防臭及防蟲實用性。故本研究自行設計之新型O型存水彎,其整體效標表現,優於傳統的S型存水彎。

生死一「數」間

在生死一「數」間的研究中,假設有x人排成環狀,順時針編號1到x號,從頭開始,以保留→殺掉、保留→殺掉…的方式,找出最後的存活者。首先,我們探討在沒有免死金牌的情況下,總人數x與最後一個存活者F(x)有線型分布之關聯性。第二步,我們尋找擁有免死金牌的人為第y號時,總人數x與最後一個存活者F(x, y)之規律性。第三步,在y的變化下,我們討論F(x, y)與F(x+n, y+2n)之間的關聯性。最後,我們將總人數x固定,尋找最後一個存活者F(x, y)出現的次數及機率,並加以討論與研究。

Wii遙控器的異想天開

感謝Brian Peek所提供的WiimoteLib.dll程式庫與範例程式[5],我們將程式改寫,用來進行以Wii遙控器輔助的物體運動實驗,經由實際的測試,程式可以即時地顯示出運動物體的軌跡、位移-時間圖及速度-時間圖,相較於一般的實驗儀器,在便利性與準確度方面有很大的改善。

「碳」為「觀」止-馬祖交通工具碳足跡調查

近幾年來觀光盛行,可發現馬祖地區各個島嶼的交通工具數量與使用率明顯增加,主要用於載運與租借給觀光客使用,而這樣的情形是否會導致我們的空氣汙染大大增加,造成環境無法承載,使我們的環境遭受到破壞,我們就以此方向做為研究。 從研究結果中,我們得到了以下三個結論: (一)在租賃與載客的交通工具,所製造出的二氧化碳,佔整體的交通工具碳排放量有一定的比例。 (二)若觀光持續的推動,那碳排放量應該會大大的增加,若還需要因為觀光而開發林地,那會對環境造成更大的影響。 (三)以現在的狀況,近幾年觀光的發展,若沒有對山坡地大量開發或是大量的旅客來連江縣旅遊,擇旅遊所產生的二氧化碳,暫時是不會造成環境無法負荷的局面。

濃不濃~光知道

將實驗室現有的器材及日常生活中可回收利用的材料,自製三種測量儀,以研究溶液濃度:自製光度衰減儀讓光來『讀出』有色溶液的濃度。自製偏光儀讓旋光物質的濃度在光底下『現形』。自製折射儀改進現有裝置,能節省大量的藥品,符合『環保』概念。