全國中小學科展

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防淤大作戰~探討水庫淤泥問題及其改善方法

本研究透過資料蒐集了解台灣的水庫現況,其中的13座民生水庫,平均淤積量已超過三分之一,因此,水庫的清淤刻不容緩。 經設計實驗探究發現:自然的水流不易帶走泥沙,需要大量的水流或攪動,比較容易透過水流帶走泥沙,達到排沙效果。 另外,發現運用洩降排沙時,壩體底孔開啟的閘門應該選擇接近泥沙和水的交界處,再使用適量的水就能達到較佳的排沙效果;並發現移動式虹吸的排沙方式,排沙效果較佳,是一項簡易方便的清淤工法,如果能再配合攪動泥沙的方式進行虹吸,排沙效果應該會更好。 最後提出建議:可以增加排沙道長度,讓不同工法排出的泥沙可在排沙道上流動一段時間,泥沙因沉降作用而分離出泥沙和水,再將較乾淨的水源導引至水庫內再利用。

偶然中有必然──怎樣才公平?

本研究發現n個人的約瑟夫問題,反覆淘汰留下來的第m個人,m=1〜lcm(n,n-1,……,k) 時,倒數第k個淘汰的編號f(n,m,k) 會循環,其循環節長度是lcm(n,n-1,……,k);又找出 f(n,m,k) 的遞迴公式,再以該公式使用 Excel 推算 n=1〜16,m=1〜lcm(n,n-1,……,2) 時,發現人數不變時,每個編號倒數第 k (k=n〜1) 個淘汰的機會都相同;據此提出並證明「約瑟夫定理」:人數n人,反覆淘汰留下來的第m個人,取 m=1〜lcm(n,n-1,……,2) 時,每個編號倒數第k個淘汰的機會都相同。

好牛吃盡窩邊草

本研究從牛吃草問題出發,將牛以繩子綁在房子固定的點,牠吃草的範圍是個部份圓(如圖一斜線部份),我們改變固定點的位置、改變繩長、改變不同的房子形狀、讓固定點變成可動式等,研究所圍成形狀面積的變化,找出規律,並將研究結果進行實際的應用。

「凍不凍有關係」續集

從學姊愛玉凝膠研究的激發到媽媽魚鱗凍製作的偶然,引發想要研究魚鱗片凝膠條件及情形的動機。主要發現有如後幾項:加熱加酸再冷藏才容易使魚鱗麟片溶液凝膠;加熱時間越長,鱗片會變越輕,溶液的凝膠情形越硬;溶劑濃度越酸,鱗片會變越輕,溶液的凝膠情形越硬;加熱加酸再冷藏的條件相同時,虱目魚鱗片糯米醋溶液最快凝膠,其次是烏魚鱗片糯米醋溶液,最慢的是吳郭魚和鱸魚鱗片糯米醋溶液;虱目魚鱗片凍最硬,其次是烏魚鱗片凍,最軟的是吳郭魚鱗片凍和鱸魚鱗片凍。

"風"情萬種的模型跑車-模型跑車水平阻力與抬升阻力的探討

本研究是探討行進中的車子遇到風時所產生的水平空氣阻力與抬升力。實驗過程所拍攝的影片使用Avidemux免費軟體擷取和照片使用Xview免費軟體縮圖。我們使用米箱自製風洞並使用二氧化錳加雙氧水製造煙霧,來觀察製造的直流風。我們採用迎風面30度、車尾30度的模型跑車,車前端高度2cm、車末端高度3cm的車體,使用電子秤測量出車子行進的水平空氣阻力和抬升力。我們發現2cm寬、與水平面向上夾60度角的珍珠板最能擾動氣流,防止模型跑車因白努力現象造成升抬現象,也使因車後方因無風區所造成的吸力減少阻力,讓車子的行駛暨快速又安全。

從巧拼問題探究L型與I型、田型的覆蓋填滿之解析

此作品研究是「將問題先轉換成二元一次方程式的解(其中二元一次式為3x+4y),再者,透過推導過程研發找到『間隔標記點數模式』方法,能快速且無遺漏的畫出,判斷能否將圖形覆蓋填滿;更進一步延伸到N×N方陣或M'×N'矩形,只有總格數為3的倍數,可完全被L型填滿,若一定都要用到I型或田型,則分別最少需3塊;當總格數為非3的倍數,則I型或田型分別最少為1塊或2塊,需視總格數推知。對I型與田型拼片數同但結構不同,部分巧拼是無法填滿,經總格數切割成小方陣或小矩形的組合,推導找出符合可將方陣圖形及矩形圖形覆蓋填滿之劃分方式的一般式,同時以『數學歸納法』證明之。最後,以程式C#寫出執行操作的友善介面,進行驗證其規律與異同點。

有「球」必應的泥菩薩

為了減輕水泥塊的重量,我們找了六種輕隔間(又稱中空樓板),傳導實驗中,保麗龍球25的傳導效果最佳。物體大小的影響比較中,保麗龍球12的各種效果比保麗龍球25好。在不同體積測試,保麗龍球25的體積最大,無添加的體積最小。隔音實驗乒乓球12的效果最佳。熱輻射實驗以市售的效果最佳。耐震度實驗乒乓球12的效果最佳。多層方格測試果實25的各種效果比果實30好。耐熱測試保麗龍球12的效果最佳。回溫測試果實30的回溫效果最佳。乾燥實驗保麗龍球12的乾燥效果最佳。升溫實驗,無添加的效果最佳。碎裂實驗,乒乓球12最不容易碎裂。反潮實驗,果實25反潮效果最佳。從實驗中可知,6種水泥輕隔間有好也有壞,無添加的缺點仍然很多,期待今後的研究。

強強滾–探討不同變因對圓柱體滾動之影響

本實驗在探討不同變因對圓柱體滾動的影響,實驗結果得知,圓柱體內部重量與滾動 快慢沒有絕對關係,而圓柱體內部重量分布位置不同,對滾動的方向、快慢及形式則有 相當影響。重量相同時,重量分布在圓周比分布在軸心的滾得慢,但滾得久,滾得遠。而圓柱體能否滾動與整體重心位置和支點間是否產生力矩有關。若裝入半滿內容物,此時圓柱體是否滾動,則要考慮內容物是否移動,造成整體重心改變和支點是否產生轉動的力矩。裝半滿黏稠液體加入彈珠,會使重心位置緩慢改變,滾動速度也變得極為緩慢,但在坡度角度變大時,內容物則會隨著圓柱體的滾動,呈現翻轉的現象,圓柱體滾動速度也會變快。

「旗」待未來;「塑」造新能源

校園鄰近海邊四周環海,長期與海共存共榮,現今海洋污染仍日益嚴重,過去行之有年的淨灘活動,展現對於愛護海洋環境行動與心意。除了落實ESG全球永續發展裡「E-環境永續」的目標,讓淨灘除海廢的活動,不再只是將海底塑膠污染轉成陸地上的空氣汙染外,而是能真正落實循環經濟的精神”讓污染源變成能源“別讓淨灘活動的用心變成二次污染的轉移。 將廢棄物轉製成SRF(Solid Recovered Fuel),運用在地資源為資材“轉廢為能”淨灘後塑料進行分類,與在地濱海植物透過破碎磁選,製成固體再生燃料取代燃煤、減少化石原料及燃料開採。並加以均質化形成單一性的燃料,同時也能解決農廢和海廢的問題,以循經濟的概念,取代過去線性經濟的慣性思維,可說一舉數得。

阿嬤的手可別再抖了~降低手抖的研究

本科展利用震動材料,嘗試做出一個震動手持裝置,期待手抖症狀的人配戴後能降低手抖,使配戴者有穩定的雙手重拾更好的生活。 我們測試不同型式和轉速的馬達、改變電壓、增加馬達、增加重物,嘗試找出可能減少或干擾手抖的方法;發現重物抑制震動的效果不佳,也發現震動馬達會干擾原來的震動。實驗後期我們做出並比較幾款穿戴式的減震裝備,並選出一款最佳手持裝置供親人實際感受。 工作7個多月,仍然無法做出完全降低手抖的裝置,因此截稿送件後仍然繼續重組各種零件,期待能組合或創作出更好的減震手持裝置。 震動感測模組已經設計完成製作與測試,期待可以組合減震裝備與感測模組,以便完成智慧型的減震手持裝置。