全國中小學科展

國中組

酸溜溜的滋味-探討酸鹼度對封閉水域莫氏樹蛙蝌蚪的影響

本文以山林間利用蓄水池或小池塘等封閉水體繁殖的莫氏樹蛙為對象,探討酸鹼值對莫氏樹蛙蝌蚪的影響。發現:(1)在野外被莫氏樹蛙使用的水池酸鹼值範圍很廣,可從pH 4~10;(2)蝌蚪在中性水體中的上浮呼吸次數最少,顯示此時代謝最慢,鹼性水體中蝌蚪上浮呼吸明顯增加;(3)蝌蚪在中性水體中的移動次數最少,偏離中性時活動次數增加,造成無謂的能量消耗;(4)使用酸鹼值梯度之水槽來檢視,發現在可選擇時,蝌蚪偏好中性,即使活動範圍可從pH3~10;最後(5)當蝌蚪生活在不同酸鹼值下,成長發育並沒有負面影響,甚至在些微偏離中性時表現得更好,顯示pH 5~9是可忍受的範圍。故本研究推測莫氏樹蛙的酸鹼容忍範圍在pH 4~10,且在 pH 5~9仍維持成長及發育的最佳表現。

模擬追日系統之海洋吸塵器

近年來海洋受到人為垃圾污染日益嚴重,其中又以塑膠污染最甚。為了減少海洋垃圾並為環境盡份心力,我們製作海洋吸塵器,經過第一、二代海洋吸塵器改良,研發第三代海洋吸塵器,其特點為使用壓克力板做為機構材料,並在吸水口旁裝上濾網,垃圾不會隨著海浪漂出。然而機構內水排出後變輕而浮於水面,造成排水的水流打擊到水面產生壓力,進而產收吸塵器下沉等問題,最後決定採用固定式。 將海洋吸塵器搭載固定式太陽能板進行發電時,當太陽入射角度改變,可能會造成日照不足而無法發電的問題。為了改善此問題,我們決定將太陽能系統改為追日式,使用ardublockly編寫Arduino的程式,並加入光源感測器,讓太陽能板保持與太陽入射角度垂直,使其發電效率達到最高。

收放自如~實驗探討線軸展開或捲縮的條件

生活中發現線軸會因拉線角度的不同而收放自如,此現象激起了想探究的決心。我們初步發現線軸在不同變因下會有一個特定的臨界角θc而改變其滾動方向,因此本組選擇了拉力大小、線軸重量、線軸內外徑比值及不同接觸面性質(靜摩擦係數)作為實驗的四種變因,並設計了「線軸收放儀器」來進行實驗探討。為了精確測量臨界角,實驗時儀器中的粗調裝置是利用螺帽固定螺旋桿以大範圍調整定滑輪的升降高度,微調則利用指針帶動螺旋桿轉動角度來微調定滑輪的升降,將實驗過程攝影記錄,並再利用Tracker分析物體改變滾動方向時的臨界角。實驗顯示,影響線軸滾動方向的臨界角大小,和線軸之拉力大小、線軸重量及接觸面性質皆無關,只和線軸內外徑的比值有關,即cos ⁡ θc=r/R。

磁懸浮

本研究探討如何讓磁鐵穩定懸浮,分別藉由光二極體與霍爾感測器偵測懸浮體位置變化,由Arduino內部計時器計時並計算懸浮體移動速度,藉由位置偏移量與移動速度來動態調整電磁鐵輸出的磁力大小。實驗中我們發現,使用光二極體來偵測懸浮體位置變化較使用霍爾感測器時訊號的穩定性較高可達穩定懸浮,但可偵測之間距較窄,僅在雷射光的直徑(約3mm)間;使用霍爾感應器時可藉由運算放大器將訊號放大,並藉由濾波法處理訊號達到穩定懸浮,其調整間距較寬可達 5mm以上;其中我們發現算術平均濾波法的雜訊抑制效果較中位數濾波法的效果更適合磁懸浮。

畫『圓』為方

本研究主題是探討在三角形和四邊形中尋找出唯一的正方形,使此正方形的頂點分別落在三角形和四邊形各邊向外或向內作之半圓上。我們探討其存在性之幾何作圖法並證明之,同時試著從中求出此外框或內嵌正方形面積的一般式。我們發現凝聚三角形只要作出垂直且等長於其最長或第二長的線段,即可以逐步找到外框正方形的頂點,也證明了任意三角形都可以作出內嵌正方形。至於凝聚四邊形,則可以作出垂直且等長於對角線的線段,即可以逐步找到外框正方形的頂點,而任意四邊形都可以作出內嵌正方形。研究過程中亦發現對任意三角形或四邊形,若正方形的頂點可以選擇落在各邊內或外之半圓上,那麼,這種正方形也是存在的。

土石流不流-從清水溪土石流成因踏查、雨量計改良到簡易預警裝置的研究

夏天常見土石流,想研究成因及預警裝置,以減少災害。 我們發現該區具下列特徵:坡度陡,土質主為砂岩,植物以草本及淺根木本為主,離斷層帶五公里內,常有人為施作,雨量集中。 把雨量計的儲水筒改良成儲水、雨量兩用筒,設計兩半圓保麗龍夾磁鐵成浮標置於筒內;指標磁鐵置於筒外,當收集雨水後,指標磁鐵會指在某刻線上,使測雨水方式更簡便精準,頗具創意。 簡易土石流警報裝置,精算調控漏水面積,使儲雨量加調控漏雨量等於警戒雨量,利用常見的臉盆加蜂鳴器及校正過的規律漏水設計,若水位達警戒值時,導電浮板碰觸上緣導絕導板、雙半圓導線即形成通路,使蜂鳴器鳴叫,達到預警效果,其中第三代最優,可推廣到好發土石流區一般家庭使用。

數學畢卡索-多邊形疊作之性質探討

本作品主要研究原圖形與重複疊作頂外圖形之關係。頂外圖形是指以原圖形的頂點為圓心,頂點到外心的距離為半徑畫圓,圓的交點(外心除外)連線形成的圖形為頂外圖形。 我們發現原三角形與其頂外三角形全等、原三角形與其重複疊作頂外三角形的外心、垂心、內心、重心、頂點有共點與共線之性質,接著我們延伸至多邊形觀察是否有與三角形相同的性質,發現四邊形第k層和第(k+4)層會相似、平行,且其頂點有共圓、共線等性質,並推廣到n邊形第k層和第(k+n)層相似、對應邊平行;第k層和第(k+n)層和{4k}外心共線等性質,最後延伸到2m邊形第(m-1)層對邊平行;4m邊形第(4k-3)m、(4k-1)m、(4k+1)m、(4k+3)m層共圓。

最後的審判

研究動機小遊戲,大啟示。你知道如何判斷該不該「猜」來決定下一不嗎?答案在「最後的審判」!一個遊戲的勝負,取決於遊戲技巧及關鍵性的運氣。但運氣不是永遠的,所以我們致力於找尋如何改善技巧。從幾次的遊戲之中,發現從數字排列的情形及相鄰二數的和差關係來判斷地雷的所在處是較可行的方法;從數字的排列中,我們發現許多可快速判斷的規則,例如長蛇陣、L形、方陣形及數字和差與地雷分布的關係等;某些有多種分布情況的陣形,就算出各格可能有的地雷機率,以致於不得已要猜時,做出較安全(地雷)的判斷。

低調也行-應用電磁感應原理探討低頻無線傳輸及無線充電之效能

無線充電是近年科技發展趨勢,其效能問題仍待提升。實驗一(線圈200匝,直徑4cm,粗細0.37mm),在不同發射頻率都可測得感應電壓及感應電流,證明可行。實驗二,發射端(線圈200匝,直徑5cm,粗細0.37mm)與高斯計距離0至5cm內,磁場強度在5000Hz出現最高點,且距離線圈2cm時最強。實驗三,方波平均功率達正弦波的5.85倍。實驗四,我們最後採用20000Hz、線圈匝數組合200:100,轉換效率15%。實驗五,利用實驗四的結果,找出線圈直徑4cm:7cm、粗細0.37mm,轉換功率達42%。實驗七,1對1與1對2的線圈組合皆可進行傳輸。實驗八,對充電電池進行五小時充電,電池電流可達到160mA。

凡走過必留下痕跡

本研究認定竹山地區低位河階共9階,高位河階6階,總河階數共74個,高位河階最大面積為坪頂埔LT3面,總面積達1.9平方公里,應為濁水溪與東埔蚋溪聯合沖積形成;最高位河階為LT6分別為坪頂與第一公墓-1,原屬觸口台地東側不對稱背斜,經清水溪切割而分離;低位河階最大面積為竹山面FT2面,成因較為複雜可能先後受濁水溪與清水溪作用所致;河階剖面顯示,受活動構造通過的階面皆出現撓曲現象,竹山地區東側活動斷層構造明顯,西側則多為背斜與盲斷層,有潛在性危險,若能定時監測與調查必能降低災害發生。