全國中小學科展

國中組

川流式水車的製作與場址設計

本研究設計一具可變動扇葉角度的水車,目的在探討水車扇葉的角度以及水圳場址與水車運轉速度的關係,我們以校園旁的水圳來測試水車,水圳水流速度約40 cm/s,流量約242 L/s,水車半徑60 cm,重量87.4 kg,扇葉寬度30 cm,深度25 cm,負載為200 W的發電機。研究結果:一、以水圳的自然流速很難轉動水車,需用鐵板擋住水車兩側,使水流集中在中間的扇葉,才能轉動水車。二、擋水鐵板與圳岸的角度呈45度時,可有效防止水草卡住水車。三、扇葉的角度呈45度時水車運轉速度最高。四、擋水鐵板改以全罩式擋住水流,水流速度和水位差增加,發電機轉速可達600 rpm,產生13.7伏特電壓。本研究顯示扇葉的角度45度以及水圳裝擋水鐵板,可提高水車運轉速度,使發電機發電。

我家的柳橙也會長椰果

本研究利用當季產量過剩之柳橙,及其他具高糖度、高氮量、生質廢棄物,如豆渣等原料,以製造細菌性纖維素(俗稱椰果),並探討椰果製造之最佳條件、主副產品特性分析及其在生活上之應用。研究結果發現:(1)細菌性纖維素生長之最佳條件為氮源(peptone)0.6g/L,PH值4.5,醋酸濃度0.8%(v/v),醋酸菌接菌量25%(v/v),糖度14oBrix。椰果產率達400g/L(2)本產品含水量達98%,椰果粉之吸水率達327%;副產品-醋酸菌發酵液,具有良好抗氧化活性,有再利用價值。(3)細菌性纖維素富含水分,具彈性有保濕效果等特性,可做面膜;食用後具有飽足感,可製成低熱量的膳食纖維食品或食品原料;未來或可開發成生醫或工業材料等,用途廣泛,經濟價值高,是值得開發的新食品科技產品。

正方形分撕秀

此篇研究主要探討正方形可以在單位格線上,透過最少片切割,經平移或旋轉,拼組成兩個較小的正方形。我們界定這三個正方形的三個邊長要符合畢氏定理且互質,將這三個邊長設為2mn、m2-n2、m2+n2,初始將其分成A類(2mn>m2-n2)和B類(2mn<m2-n2),再對正方形進行階梯狀切割,切成最少片,再透過平移、旋轉,組合成兩個小正方形。本研究成功找到A類中l大=l中+1四片解的通解(以下定義為A1)及B類中也找到l大=l中+2四片解的通解(以下定義為B1);也針對A、B類中找不到四片解的畢氏數,找出最少片解的法則。

十字軍「斜」征

本篇是研究在矩形棋盤上主教的攻擊情形,藉由了解主教的攻擊性質,尋找攻擊滿矩形棋盤所需的主教最小值、最大值及其配置方法,接著經由證明來驗證其正確性,並發現其研究結果可應用於車禍預測。

河內塔問題

由EdouArd LuCAs 提出的「河內塔問題」:一平面上豎著A、B、C 三根木樁,其中的木樁A 由上而下套著由小而大的N 個相異的圓盤,如下圖: 假設我們想要將這幾個圓環由木樁A\r 搬到木樁C,而且搬動過程受到以下三項限制:一、一次只能搬動一個圓環。二、每次搬動都須由某根木樁搬到另一根木樁,圓環不能被暫時放到其他地方。三、對任何木樁上的任意兩個相疊的圓環而言,上面的圓環一定要比下面的圓環小。藉由這個基本的模型問題來推論出不同的變形問題,所以在下面的本文中介紹了四種推廣類型,而在推廣討論四的部分,由於時間的匆促,我們並沒有做出完整的推論,這是比較遺憾的部分,也希望藉此能引發更多的人對其餘不同的變形問題能做更深入的探討。

Knight one one

本研究根據「騎士巡邏」的數學問題做出延伸,主要探討在連方塊 (polyomino) 棋盤上 擺放黑白各兩顆棋子,以西洋棋中的騎士走法,進行位置互換,並透過圖論工具,分析移動騎士的一般策略。在後續研究裡,進一步推廣原先探討的問題,例如考慮其他形狀的自由連方塊,並嘗試歸納出由連方塊所引出路徑圖的連通性。最後我們將原來問題化縮為圖同構問題 (graph isomorphism problem)。

核電?NO!河電?YES!

本實驗是找尋適當的材料製作「鈉複合式電極」來利用河川在出海時所造成濃度差的區域來發電。實驗討論的變因有不同的黏著劑不同碳布孔徑不同有機溶劑分別對電極放電度的影響,各個複合式電極完成後先在實驗室進行模擬複合式電極放電的過程,並且利用EXCEL對各項實驗數據逐一討論。接著自行設計出一個適合此電極的裝置。為了確認裝置的可行性還到附近的三條大河(濁水溪、大甲溪、曾文溪)實地取水進行實驗,並討論了此電極的「回收效率」與放電能力以及河流本身的特性對自製電極所造成的影響。經過多次實驗,得知赤血鹽與硝酸銅所製作的鈉複合式電極所產生的電功率以及回收率是最好的,電功率為0.967113瓦特,回收率達到83%。

挑燈再戰—LED燈泡看不見的秘密

發光二極體(LED)燈泡已經逐漸普及於日常居家生活中。在賣場上我們可以見到各式各樣的燈泡,如不同瓦數、不同色溫以及不同結構的燈泡等,因此本實驗將探討不同燈泡的差異,以及如何選擇品質較好的燈泡來符合家庭不同環境的照明。本實驗將針對透過對十餘種市售燈泡的散熱性、頻閃及演色性進行實驗分析,歸納出實用的燈泡的選用原則,提出簡易的方法,並透過自製工具,讓一般人可以輕易地選擇所需的燈泡。

漩渦鳴人-n 次方和黑洞的探討

本研究主要是研究將任意一個數字的每個位數數字分別求一次方和、二次方和、三次方和、……,觀察其是否具有特殊的性質。我們得出以下的結論: 一、任意一個數字經過數次求一次方和(即數字和)的動作後,一定會得到「1」、「2」、「3」、…、「9」等9 個數的其中一個數。 二、任意一個數字經過數次求二次方和的動作後,一定會得到「1」或者落到「16→37→58→89→145→42→20→4→16」的循環中。 三、任意一個數字經過數次求三次方和的動作後,一定會得到「1」、「153」、「370」、「371」、「407」或落到「136→244→136」、「1459→991→1459」、「217→352→160→217」、「133→55→250→133」的循環中。 四、四次方和至十二次方和的上界 1.任意數字經過數次求四次方和的上界為22605。 2.任意數字經過數次求五次方和的上界為295246。 3.任意數字經過數次求六次方和的上界為3188710。 4.任意數字經過數次求七次方和的上界為33480911。 5.任意數字經過數次求八次方和的上界為344374024。 6.任意數字經過數次求九次方和的上界為3486784913。 7.任意數字經過數次求十次方和的上界為34867845034。 8.任意數字經過數次求十一次方和的上界為345191657747。 9.任意數字經過數次求十二次方和的上界為3389154441868。 五、m次方和的上界:任意數字的m次方和的上界為m×9m + bm,其中b 為介於1 至9 的整數 。

海中諧星Π~小丑魚的家

從熱帶海洋至寒冷水域都能找到海葵的蹤跡。海葵屬刺絲胞動物門,個體為囊狀,內有一個空腔,身體對外只有一個開口,口的周圍有觸手,觸手上佈滿著許多劇毒性的刺絲胞,可毒殺或麻醉獵物。獵物被觸手送入內部空腔時,進行消化與吸收,食物殘渣亦由口排出。海葵大小與小丑魚數量有直接關係,海葵提供小丑魚產卵與防衛外敵的場所。小丑魚會利用四周物體作指標而巡邏領區,在白天能看見進入領域範圍的魚類,並將牠們趕走。不同種小丑魚的區域範圍有所差異,有些巡邏時離海葵可以遠到 3~4m 左右,有些溫馴小丑魚離海葵較近,但生物侵入海葵時,即會展現猛烈攻擊。我們利用三角定位確定海葵與牠們週遭的明顯指標,也使用指北針的八方位測量海葵的面積大小。去年我們已觀察小丑魚的領域範圍,本次將更進一步了解海葵本身的構造與週遭環境。未來這些成果也可讓我們深入探討海葵及小丑魚的共生生活。