全國中小學科展

國中組

光碟摩擦力之探討

我們作了將DVD和CD置於玻璃片上及各自相向重疊時的摩擦係數,由靜摩擦係數比較發現未燒錄前CD較DVD光滑。燒錄資料越多,光碟的靜摩擦係數幾乎都變大,但DVD燒錄後比燒錄前靜摩擦係數變小,CD則是燒錄後靜摩擦係數變大,推測是由於分子間作用力及光碟燒錄後造成坑洞口之間碰觸兩項因素所造成。

農夫的好夥伴—和雜草說再見

木瓜種子外層的膠狀物質(假種皮或外種皮)中可能含有植物生長抑制物質,所以將此物質撥下配成溶液,希望此溶液能用來抑制雜草生長。我們以常見的鬼針草種子為測試對象,也使用了番茄的假種皮配成溶液,觀察並記錄下抑制種子萌發的最佳方式。以下是我們在這次實驗所發現的: 一、 當假種皮在抑制劑內的比例愈高,抑制效果愈好。 二、 番茄和木瓜配置抑制溶液,木瓜的抑制效果較好。 三、 青木瓜和熟木瓜配置抑制溶液,青木瓜的抑制效果較好。 四、不同植物的測試,如綠豆和鬼針草,抑制溶液有不同的效果,希望抑制溶液能不影響作物。 本基礎實驗期望可用於農地雜草的抑制,以天然的物質取代化學藥劑,讓丟棄的木瓜種子,廢物再利用。

「線」出原形——加密五重奏

密碼學分為密碼術與破密學,而本次的研究重點在密碼術的部分。密碼術的研究在於加密的複雜性與解密的可逆性,而一個加密系統的好壞取決於它的安全性。本次研究運用了國中的幾何概念與高中的矩陣發展出新的加密方式。並透過合成函數的概念結合五重不同的加密方式,增加其加密的安全性,分別為改良式改撒密碼、不完全加密法(一維度不完全鏡射法、二維度分別不完全鏡射法、二維度不完全鏡射法、二維度不完全點射法、二維度改良式不完全映射法,高維度不完全加密法)、煙霧彈加密法(改良式維吉尼亞密碼、干擾加密法)、連分數加密法與RSA公鑰演算法,以各自加密法的優點截長補短,使這五重加密方式能相互配合,奏出和諧優美的「加密五重奏」。

圓外切三角形與四邊形之構造與性質探究

本研究推廣於近年的兩篇研究,Sejfried 與 Shelomovskii 的三角形及其內切圓的幾何構圖研究[1],以及沈執中與陳彥睿提出的三角形與四邊形及其內切圓的幾何構圖研究[3]。 相較他們的研究,本研究是新的方向,我們的對象不同,使用方法也不同。我們不使用空間射影模型,因為射影只能處理共點、共線,卻喪失了角度、長度、形狀等幾何定性與定量性質。本研究討論了給定任意圓內接三角形,如何在其三邊的延長線上分別取一點,使得這兩兩點的連線(共三條直線)都與圓相切呢?同樣的,推廣到給定任意圓內接四邊形的外切四邊形構圖。值得一提的是,在任意三角形中,我們進一步發現外切三角形的樣態與原三角形的兩邊比值有關,臨界點是漂亮的黃金比例!

「薑」來,少「硫」白

薑絲、金針…等食品常添加亞硫酸氫鈉還原劑來抗氧化、漂白、殺菌,經氧化生成致病物二氧化硫,嚴重影響健康。我們構想如下:先探討不同還原劑的抗氧化力、再探討其對薑的保存能力後,混合天然還原劑 (草酸 、維他命C)部分取代亞硫酸氫鈉,發現「 3/4混合取代」 效果最優,可降低3/4 SO2產生量。 主要結論: 一、測試還原劑抗氧化力:亞甲藍滴定法適用性、便利性、安全性優於傳統的碘滴定法 二、在薑保色效果與成本價值C/P值 :亞硫酸氫鈉的替代比例 以「 3/4 (草酸2份+維生素C 1份) 混合取代」最優,期能推廣食品加工業使用 三、薑在 保色pH限制為pH3.4~8.0 黃色,加工及調味過程可注意以避免變紅 (薑變色範圍: pH亮紅色 2.7~3.4黃色~黃色8.0~8.8紅褐色,是檢測強酸強鹼新型指示劑)

給我一個安全護網-劃時代改良式創新護網之研發

在本研究中,我們同時探討市售安全護網與製作創新安全護網,發現市售安全護網並非安全,曾讓很多選手和球迷受傷過,因此我們嘗試自製安全護網以達到更良好的保護效果。經過層層比較與改良後,自製安全護網優於市售安全護網,價錢是市售安全護網的十分之一;吸收力方面,因為有螺旋結能吸收更多力;張力方面也比原先的市售安全護網大;可承受球數方面,自製安全護網能承受的球數比原先的多了2.5倍;破洞處的地方,自製安全護網僅網眼撐大,故自製安全護網優於市售安全護網。第四代自製安全護網達到了經濟實惠、方便好用、極具安全性、保護球員及球迷四項重要條件,我們將從本校開始推廣,讓台灣棒球訓練能夠更安全,並將其應用在更多運動項目。

"黏"綿不絕─液體黏滯性對物質沉降影響探討

我們偶然觀察到水族箱的幫浦設施,發現氣泡在水中上升的軌跡飄浮不定, 又一次在浮力的實驗中,觀察到密度大於水的溶液中物質上升速率比起水慢,我 們推論出是黏滯性造成的影響,我們進一步選用水、甘油、膠水這三種黏滯性差 異大的溶液,以及改變甘油濃度,再設計出夠長的壓克力管,觀察氣體、固體在 三種溶液中行進的差異,在實驗及影片分析後推論出結論,當溶液黏滯力小時泡 泡在溶液中的行徑較不穩定,當溶液黏滯力大時泡泡在溶液中的行徑較穩定,因 此我們就利用其軌跡、氣泡外型、偏移角度的變化,定義溶液的黏滯性範圍。另 外在實驗中發現影響泡泡速率的因素有太多,黏滯力與速率之間不會出現線性的 關係,因此不做深入探討。

從平分問題到動態穩定

本文探究由一人獨自進行的遊戲,探討最後是否能將兩堆石頭移動形成數量相等的狀態,稱之為「穩定狀態」。探索過程中,我們利用數對(x, y)來表示兩堆石頭分別有x, y顆的情況,利用輾轉相除法的形式來記錄移動過程,而因為遊戲進行中,兩堆石頭的總數不變,因而以此總數進行分類觀察,我們發現並非任意數對(x, y)皆能形成穩定狀態。 藉由列表觀察後,我們猜測當x+y=2k時,任意數對(x, y)皆能形成穩定狀態,我們用二進位制驗證,並進一步得到定理1: 定理1:數對(2k-p×2m, p×2m))形成穩定狀態所需的次數為k-1-m次。 另外,因為數對(qa, qb)和(a, b)的移動方式類似,得知定理3及4如下: 定理3:數對(q2k-pq×2m, pq×2m)形成穩定狀態所需的次數為k-1-m次。 定理4:若x+y=q×2k , q≠1, 且x, y的最大公因數為r×2m,q≠r時(x,y)無法形成穩定狀態。 由以上定理1、3、4,可歸納為定理5如下: 定理5:若x+y=q2k(q為奇數), 且x, y的最大公因數為r×2m,則 1.q=r時,數對(x, y)形成穩定狀態的次數為k-1-m次。 2.q≠r時,數對(x, y)無法形成穩定狀態。

何時澆水「土」知道

本研究旨在建置可以「自動偵測土壤缺水的裝置」,我們利用簡單的電路設計,以LED燈作為指示燈,以其明暗提醒澆水時機,幫助人們更正確的判斷澆水時機,讓植栽所處環境乾、溼適宜,更適合生長。因此,我們先採用電阻法探討各式土壤的含水性質,測量土壤的飽和含水量,結果發現混合土(培養土、砂質壤土體積比2:1)的飽和含水量最佳,達31.7%且水分滲入的速度也相當快。以我們設計的「自動偵測土壤缺水的裝置」來對室內容積1600毫升的混合土(培養土、砂質壤土體積比1:1)盆栽進行澆水,每年可節省的水量約為9.8公升,對室外容積1600毫升的混合土盆栽進行澆水,每年可節省的水量更達22.8公升,省水效果相當驚人。

「蚓」出生機

本研究以不同微生物發酵方式(EM 菌(Effective Microerganisms)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)、蔡十八菌、木黴菌(Trichoderma))養殖蚯蚓,並固定牛糞、紙污泥與太空包與其 他輔料(米糠、蔗渣、果皮、腐葉)成分(原料來自雲林縣工、農業廢棄物),並用本土種的 掘穴環爪蚓(Perionyx excavates)分解,以室內分層式堆肥採收蚓糞,再用機械篩選出高純 度蚓糞;以雲林縣農作物:小白菜(西螺鎮)、香瓜(二崙鄉)、番茄(口湖鄉)為實驗作物,探 討蚓糞當有機肥,作物生長與甜度變化;並將蚓糞與剩料(純度較低)運用於雞場除臭功 能,經實驗結果顯示,蚓糞用於農作物與除臭皆有顯著的效果呈現。