全國中小學科展

國中組

圍多理呀的秘密

我們在「小學趣味數學100題」書中找到一個「木棒圍方」的題目:「給定99根木棒,長度分別為1,2,3,......,99,用這些木棒能不能圍成一個正方形?圍的時候每根木棒都必須用上,並且不允許將任何一根木棒折斷或折彎。」,我們覺得相當有趣,接著我們想到,如果不侷限在99根木棒,而是一般性的給定n根呢?而木棒長度為1,2,3,......,n的等差數列,是否也意味著可圍成正方形的木棒數n具備某種規律呢?如何圍?圍法是否也具備某種規律呢?有幾種圍法?一時我們的小腦袋裡各自充塞著一些問號,這燃起了我們心中求知若渴的精神,老師肯定我們的疑問,也進一步地提出問題:「如果一般性地換成其他幾何圖形(例如正k邊形)又如何呢?」呼!我們熱血沸騰了,就讓我們一起把問題解決吧!

屋欲靜而電不止-探究冷次定律在建築物的減震運用

本研究以自製倒置平台、阻尼裝置與外力調頻器以進行實驗,為方便觀察阻尼質塊與平台交互情形,故將建物改為懸吊式平台,外力調頻器以馬達為動力來源,由電源供應器改變電壓大小控制轉速。實驗分彈射觀察衰減係數與外力調頻模擬4級震度觀測最大加速度。由彈射平台試驗可知擺長15cm時阻尼器與平台產生反向共振,可有效吸收大樓晃動能量;擺錘越重吸收效果越佳;加裝消能元件可有效提升減振效益。由彈射試驗較佳之消能元件組合以進行模擬地震試驗,發現結果與彈射平台實驗一致。發現阻尼晃動頻率與大樓頻率接近的情況下且在一定的阻尼範圍內可有效達到吸振減振的效果。電生磁之阻尼元件能減振並發電,也許將來可作為消能形式,能利用產生之電能。

震不倒的六家!?

地震發生時常伴隨土壤液化,出現砂質土壤失去承載建築物重量的力量,造成建築物下陷或傾斜。本研究針對竹北六家地區土壤液化和建築物型態間的關係進行探討,藉由土壤採樣,觀察外觀、計算含水量、土壤過篩、文獻資料等方式來瞭解其特性。模擬地震發生時,何種建築物型態在發生土壤液化時最不易傾倒?利用衛星影像空照圖統計常見建物形狀,以木塊製作模型,改變建築物地樁形狀、數目,結果以一字型、矩型、口型等建築物結構抗震效果最佳,土壤液化發生的時間最晚;ㄇ型或L型只要搖晃,轉角處就會裂開受損,防災效果較差。建築物地樁以方柱較圓柱佳,地樁愈深,數目越密集,建築物抗震及抗土壤液化能力較好。

探討整數三角形周長與面積的關係與疊合性質

本篇在探討整數三角形﹝指邊長與面積均為自然數﹞周長與面積成倍數關係的存在與否;由﹝ 6、8、10﹞的三角形出發,發現其面積與周長的數值相同,但這是否唯一?還是有限個?或以某種形式無限個存在?再拓展方向考慮p∙面積=k∙周長﹝p、k均為自然數﹞時的情形,更發現到面積值、s-c值﹝s為周長的一半,c為三角形最長邊﹞、p值與k 值存在某種巧妙的關聯。 至於整數三角形與整數邊三角形﹝指邊長為自然數但面積不為整數﹞的疊合與鑲嵌,以往前人在疊合的經驗上始終纏繞在整數直角三角形,即其高必為整數;卻忽略了高不為整數的情況。我們不但發現了它,更了解如何去找尋它。在疊合的部分,更以不同型式來呈現,而非千篇一律繞著直角的方向思維。

以比例探討四邊形面積等量三角化

研究目的有三:(一)探討平行四邊形n切等分點的數量。(二)探討梯形n切等分點的數量。(三)探討任意凸四邊形n切等分點的數量。結果如下: (一)平行四邊形之2n切等分點共有(n+1)2個, (二)若將梯形切成n等分三角形,則令上下兩塊三角形共可切成(αi+βi) 塊,並利用梯形之性質代入後求出其n切等分點為Σ(n-αi-βi+1) 個。 (三)若將任意凸四邊形ABCD切成n等分三角形,則將頂點坐標化並分三種情形: 1. 若X點在四邊形內部時,即p+q+r+s=n,其中p, q, r, s ϵN,若交點(x1, y1)與(x2, y2)相同,則比例成立; 2. 若X點在頂點上時,即AE=CG或BF=DH,由克拉瑪公式可知,若△=△x=△y=0 ,則比例成立; 3. 若X點在邊上時,即q+s+r=n、p+q+s=n、p+q+r=n、p+r+s=n,其中p, q, r, s ϵN,由三點共線可知,若行列式為0時比例成立。

全速潛進

影響物體沉入水底或是浮出水面的最主要原因,就是物體的重量與浮力兩者作用的結果。對於無動力的水下滑翔機,我們做了兩組實驗,其一主要是改良水下滑翔機,其二是以長度、寬度(操縱變因)來了解其走的距離行程路線角度。發現機翼面積會影響浮力及阻力,不同的機翼長、寬能適應各類深度的水域。

從摺紙中談規律之美

將紙條的摺痕定義出「內」與「外」之後,探索摺痕所形成數列的規律性及紙條立起來後最後所指的方向。

M.C-Escher 極限圖的結構解析與實務研究

本研究主要是對M.C-Escher手繪的各種極限圖(帶狀極限圖、正方形極限圖以及圓極限圖)進行結構解析,並探討其背後的理論與方法,運用本研究的理論方法、結構解析與格線系統,在適當軟體支援下,將可以輕鬆作出富有創意且可完全密鋪的動物磁磚圖樣。我們也利用雷射切割機將本研究設計的正方形極限圖產出拼圖板,而本拼圖板可有數種不同玩法;本研究亦可應用於跨領域教學(藝術人文、資訊、數學)、建築設計、科普玩具及相關創意設計圖。

三角形的剪裁

在某次的宴會上,鄭師傅心血來潮做了一個三角形的蛋糕,但我們卻遇到困難-要如何切出相等的蛋糕分給每個人呢?這問題讓我們很有興趣。於是我們下定決心來研究。

§雙三角‧終結者§

雙三角終結者是一種兩人對戰遊戲,兩人輪流在數個點之間連線 ,直到其中一方畫出終止圖形 、 (兩個三角形共邊),此人即成為輸家。在進行這個遊戲時,依照不同的型態進行排列組合及歸納,發展出不同的公式,經由公式我們可以預先知道最終條數。若結果不利我方,可以利用一些應對的方法來改變最後結果,進而取得勝利。也就是說從公式的角度出發,我們不用再一條一條的試畫便能直接找到最終連線數。不只便利更能迅速算出結果,甚至有些只要用看的就能得到答案。當點數過大時,用公式算比自已畫來得準確。 除此之外我們還發現了另一種簡便的『三角形觀察法』,此種方式就不需要分成上下來討論,在畫的時候也比較容易畫線,而且可以避免終止圖形的產生。