全國中小學科展

國中組

浮屋減振定錨設計之研究

本研究目的在找出浮屋定錨系統最佳避振的懸吊系統裝置方式。研究發現串接的定錨設計方式,且上重下輕能有效的減少晃動。在水深度不深的情況下,水下的懸掛物越重(但不可超過浮力)、越深,並且放置在與波前垂直的重心線兩側可以減少許多水平方向的衝擊。經過實驗數據的檢視與物理駐波的討論,發現串接的懸吊系統其懸吊物擺放在節點處可以大大的降低晃動。本研究依據物理公式v=√(F/μ)與v=fλ推算出懸掛物的節點位置,實際安裝後減振率達50%以上。振波藉由繫繩傳遞能量,而配重的定錨在節點處提供繩張力並且穩定的振動,利用繩的振動來消耗振波的能量,繩上的浮球可以降低繩張力並增加振波能量的消耗。文末並提出其他減少晃動的可能性建議。

無線你的無限--無線電力傳輸效能的改善

無線傳電是非常新穎的創舉,但卻沒有人用簡單且便宜的方法來改善傳輸效率不佳的問題。在主線圈加入軟鐵後,輸入和輸出的功率比從52%增加到70%,大大減少無線傳輸能量損耗,且若次線圈再加入諧振線圈,則功率比可從52%再增加到80%,這是一個重大發現。在主線圈加入軟鐵實際無線充電之效果是:充電到10mAh時間從9分32秒縮短到5分23秒,減少3分51秒,效率提升40%。在次線圈加入諧振電路對實際無線充電之效果是:大大提升次線圈原本輸出功率約3.8倍,且主線圈加入軟鐵後,充電時間又再縮短20%。由實驗最佳數據,本組設計了無電池風扇並結合3d列印及雷射切割技術,使研究結果商品化,只需插上電源就可以使用。

左閃右躲,哪裡逃!

本文旨在探討街道上面對面即將碰撞的兩行人A和D,做左右閃躲的過程。 如圖(1),作(BC) ̅的中垂線交(AB) ̅於E1得L1 (左閃),連(E1C) ̅,再作(E1C) ̅的中垂線交(AC) ̅於E2得L2(右躲)依此規則繼續操作,得L1、L2…。但不是所有△都可以連續作出左右閃躲的中垂線,我們找出可以連續閃躲時∠B和∠C的關係,並預測左右閃躲次數上限。也針對當中垂線Ln恰巧通過A點時,n值及∠B和∠C的關係進行探討;接著擴充到△的每一邊同時各作一輪L1、L2…觀察三邊都能達到Ln的n值及當下的特殊幾何點。研究完中垂線後,將中垂線改成過(BC) ̅分點的垂線,並仿照中垂線的做法,探討∠B和∠C的範圍關係式。

分道「陽飆」-太陽能最佳發電探討

本研究目的為探討太陽能最佳發電方式。首先,發現太陽光經過菲涅爾透鏡與光柵分光後出現中央亮紋及第一階亮紋分布;經實驗設計出與太陽光接近之模擬太陽能光源做為實驗對照組,減少使用太陽光之不穩定實驗環境的影響。 接著,實驗後發現紅、綠、藍光與紫外光等波段能使太陽能光電板發電,紅外光能使溫差發電板發電,但環境溫度上升卻會造成發電效率降低,考量質輕、耗能低且降溫效果佳後,以壓電馬達霧化降溫方式為目前最佳降溫選擇。此外,本次實驗透過光柵進行有規則的分光,再依不同電壓加裝升壓模組,可延長太陽能光電板的使用壽命。 最後,設計出兼具光能與熱能發電、降溫功能之太陽能發電裝置試運作並持續改良中。

莖聲尖叫–探討被子植物在受到傷害時的超聲波差異

本研究在了解不同植物受傷時是否會發出超聲波,及超聲波頻率是否會有差異,我們將被子植物莖切斷後,使用自製超聲波感測器接收植物在受到傷害後發出的超聲波數據進行分析。實驗結果發現,植物在受到切斷這類的物理傷害時,會間斷地發出60分貝以上的超聲波。單雙子葉植物不同的維管束排列,並不影響植物發聲的狀況,而是跟植物種類的個體構造差異有關,維管束的數量越多,發出超聲波的次數也越多;維管束面積比例越高、發出的超聲波頻率也越高。最後我們推論植物超聲波的產生,主要是維管束切斷時導致水分運輸速度不同而產生的水錘效應,及木質部斷面水分蒸發產生的空氣柱有關。這樣的超聲波可能對周圍的植物產生警示並進而調節生理機制。

蜘蛛互聯網

我們在校園的花圃中發現蜘蛛的共織網,而且共織網上的蜘蛛通常是肩斑銀腹蛛,所以我們決定做一張模擬肩斑銀腹蛛的網,並另做仿生獵物,射向單個與多個仿肩斑銀腹蛛的平面網,最後進行比對。從實驗中,我們發現力道對仿生網的晃動幅度無太大的影響,仿生獵物的質量則會影響。在多個平面網的實驗當中,我們將仿生獵物射在第一個平面網,第二個連接著第一個網,但沒有直接接觸仿生獵物。而我們分析完數據後,發現第一個網的震動幅度大於第二個網。

滾積木遊戲之研究與推廣

在mxn大小的棋盤上,將一個sxsxt大小的長方體積木立於左下角的格子(始點),以「倒、滾、立」三種移動方式,以及「向右、向上」兩種方向移動至右上角格子(終點)。本研究的目的在找出所有的有解盤面,以及盤面有解時所有的可行路徑數。作品中我們找出了路徑數的遞迴關係式,並推導出所有可行路徑數的通式,同時求出最小移動步數與最大移動步數。

多邊形之邊長依等比例切割之面積比值探討

本研究先利用「直角坐標、畢氏定理、全等、相似、三角函數」等基本概念,探討正多邊形之邊長依逆時針方向等比例m:n切割之面積比值(以下均簡稱為母子多邊形之面積比值)。我們依序研究母子正三角形、正方形、正五邊形及正六邊形之面積比值,接著透過母子正多邊形之切割線,推導出任意母子正多邊形之面積比值均為定值(此值只與m,n,θ相關)。最後,我們為了探討更多元廣泛的凸多邊形議題,於是運用「解析幾何、海龍公式、行列式、測量員(surveyor)面積公式、單位向量、線性轉換」等概念,順利推導出母子任意三角形、任意四邊形之面積比值均為定值,而此值只需用m、n表示。以上研究結果均已透過GSP繪圖軟體、Excel軟體獲得相關檢驗,正確無誤。

你以為紙板很弱?紙板承重與紙板家具製作

以前曾經在新聞上看到過紙板製作家具的報導,覺得非常的新奇有趣,所以決定以此為題進行探究,動手試試看瓦楞紙板所製作的家具應該如何設計才能夠有足夠的強度,以承受實際應用時的真實需求。為此,我們蒐集了相關的文獻進行研究,並對於不同的設計方案與實作成果的瓦楞紙長凳進行了多次的測試,發現瓦楞紙長凳靜載重可達100公斤重,證實了紙製家具的實用性與可行性。

大地之腎-探討淡水河溼地之特性

淡水河分別有三大支流:大漢溪、基隆河、新店溪。大漢溪與新店溪流經於新北市板橋區的江子翠匯流後即稱為淡水河,淡水河於關渡納入基隆河後,向北流向淡水油車口而注入臺灣海峽,早期淡水河肩負台北盆地的水運重任,近代以降的淡水河則兼具供給臺北都會區民生用水、農業灌溉、都市排水及防洪等功能,中下游則成為排水集汙之河道,所以政府在沿岸設置許多人工濕地,來淨化汙水,所以濕地就像是大地的腎臟一樣,提供教育、研究及休閒的場所。我們沿淡水河捷運線,第一站來到華江人工濕地,處理板橋區的污水。第二站來到關渡自然公園,參與心濕地導覽解說,第三站來到紅樹林自然保留區,實地考察取樣,透過親手操作,檢測水質和調查生態。