全國中小學科展

國小組

Do It Myself – 智能射箭訓練系統

為了精進射箭的能力,我們開始研發「智能射箭訓練系統」,並透過該裝置判斷舉弓、拉弓、放箭速度等數值,讓使用者能清楚地知道現在的姿勢是否有達到射箭時的標準動作。本實驗分為四個大方向進行操作:穩定、力量、精準度、以及計分靶。為了找出符合選手最合適的射箭動作,我們另外以一名選手的舉弓高度(130cm)及拉弓距離(57cm),做出固定射箭模擬器。透過該裝置發現:該選手於10公尺距離時,傾角 -1.2 ~ - 0.2度能夠命中九分的範圍。除此之外,我們用紅外線感應框、投影機與scratch程式製做出互動計分靶。透過裝置,便可以快速紀錄下射箭時的分數和落點。我們將整個設備整合為成完整的智能射箭訓練系統,供使用者能夠快速且精確的矯正自己錯誤的射箭姿勢及方向。

「均濕」的妙計–等壓出水等量灌溉裝置

本研究主要探討在同一條灌溉管線上,不同情況下各孔洞的出水量、管線前中後水壓的情形。為了要準確測量水壓,我們自製【微量水壓計】,解決外購水壓計刻度太大的問題。 研究發現,造成管線前後端出水量有很大差異的原因:j孔洞過多;k管線向上傾斜; l管線轉彎,它們的共同點就是:管線水壓前大後小。 因此「水壓」是解決問題的關鍵!我們利用針筒、彈簧設計了【孔洞等量出水裝置】,運作方式為:開水à累積水壓同時推開活塞à各孔洞同時出水à關水à水壓降低à彈簧推回活塞止水。 管線裝上等量出水裝置後,出水量的差異有效降低了:j孔洞過多61.5%à15.3%;k管線向上傾斜85.9%à15.7%;l管線轉彎98.9%à16.3%,最後也實際運用在蔬菜盆栽灌溉上,希望為省水盡一份心力!

費氏漫步

本作品啟發於 2020 年一月份科學研習期刊中的特約專欄「森棚教官的數學題 – 散步的費波納契」,探討在數線上以費氏數列作正向或負向的移動,走 n 步的期間內距離最遠時的最小值為何?又有多少種方法?我們先利用窮舉法、樹狀圖與 Python 程式找出 n 在 1 到 22 之間的所有情形,發現最遠距離最小值近似於費氏數列的一半、方法數與「整數數列線上大全(OEIS)」收錄的類費氏的數列 A254308 相符。在探討走法時,得到符合條件的走法推廣並非是增加最後一項,而是在已知的走法中添加第一步。並利用找到規律性的走法、走法延伸規律與數學規納法驗證最遠距離最小值與方法數可推廣至所有的 n 值,最後我們將行走的方法改成盧卡斯數列與類費氏數列,也出現相似的結論。

詭譎多變的離岸流

本研究是探討詭譎多變的離岸流,透過文獻蒐集來理解離岸流的種類與成因,做為現場觀察的對照依據,經實地觀察詢問居民耆老讓我們發現海浪沖擊到海灘時會遇到阻礙物而潰散,大量海水必須回到海裡,因地形因素和後續海浪推擠會沿著與沙灘平行的方向移動~沿岸流,最後匯集成一道或數道的強大水流退回海中,若不去注意其現象,就會增加潛在危險。 為了更進一步了解,離岸流造成原因是否如我們晤談與文獻中所獲知的,我們透過設計模擬不同海岸地形架構物,觀察及驗證不同海岸地形形成的狀態與強弱,預測離岸流發生的路徑及可能行,結果我們觀察到模擬沙灘、沙洲地形所產生的離岸流現象特別明顯,因此前往這樣的海邊潛在危險,要非常注意自身的安全。

魚道魚到--魚道對大屯溪水生動物變動探究

本研究進行鄉野調查,以簡易水質測檢儀檢測水質,改良蝦籠、手撈網、攔截網、誘餌、拍照觀察進行水生動物分布調查,並設置自製改良舟通魚道進行研究。依據鄉野調查結果,大屯溪水質變差,魚蝦數量減少;水質檢測結果,大屯溪流域在大屯橋以下呈輕度汙染,其他區域則無汙染;大屯溪共設置16處高度100~450cm的攔水壩,其中有12處設有魚道。依據水土保持設施常見通道分類有8種魚道,設置魚道可降低洄游障礙,部分攔水壩落差太高,未設置魚道,形成水生動物洄游斷點,尤其第4攔水壩以下與以上區域,魚種減少6種、總數減少75%、生物多樣性降低0.42、豐富度降低1.38;設置自製改良舟通式魚道發現,短時間上下游水生動物變化不大,因此須長時間設置。

豔麗的編織者—棒絡新婦

棒絡新婦是我們校園中常見的蜘蛛,雌蛛的身體背面黃黑交錯,腹面還有一大片紅色斑紋,非常豔麗。我們透過高度角觀測器和指北針,調查出棒絡新婦所結的網,高度大多落在1.0公尺到3.0公尺之間,傾斜方向則是以東高西低的比例最高。此外,有將近一半的棒絡新婦會群聚結網,但佔網機率非常低,幾乎不會互相拜訪。從攝影畫面中發現,棒絡新婦在織網時,會先吐出不具黏性的支撐絲、框絲、軸絲和踏腳絲,最後再由外往內以螺旋方式繞上具有黏性的橫絲,整個蜘蛛網就大功告成了!

看美麗日「RAW」,終究得---「閃」一「邊」趣

在日出或日落出現在地平線或海平面,僅一、二秒鐘的綠色閃光非常難見到,因為無意間拍攝到,引發我們的探索興趣。研究先拍攝日出與大量日落RAW檔格式照片,以影像處理軟體觀看還發現到綠邊、藍邊、雲頂閃光等日出光學現象;為了解發生原因透過四種實驗方法驗證綠色閃光發生的機制,結果在日光下以三稜鏡與黃色及白色圓形紙片,即可重現綠色閃光、綠邊與藍邊等景象;以影像處理軟體做連續截圖,更可了解綠色閃光發生過程;最後再比對出現以上四種太陽色光後三日的氣象資料,發現降水時數幾乎為零。因此日出日落時,太陽出現四種色光景象以做為判別未來天氣變化的應用。我們甚至在東部或西部海邊觀光景點,以能拍到綠閃這難得的景象,促進觀光。

河中「漩」機

實地到大豹溪觀察漩渦、河道與石頭的分布,再到實驗室模擬石頭分布與河道。探討水流衝擊石頭時,石頭數量與位置是否影響漩渦的數量與形成的位置,以及單邊河道出現凹槽時,是否會影響漩渦的形成。透過石頭的密集度、水流速度、石頭的數量,三種方向研究漩渦產生的位置與數量;以及用三種不同深度的河道凹槽,觀察漩渦的數量與位置差異。發現石頭間的縫隙較寬的話,特別容易形成漩渦;石頭的間距增加或是水流速度較緩慢時,漩渦數量會增加;石頭間的夾縫、水流的匯集與分流處都是漩渦容易產生的位置;石頭數量減少漩渦也會變少;河道單側有凹槽時,會出現漩渦;凹槽深度不同時,漩渦位置與旋轉方向會有所差異。

「弦」來無事測測看

網路上流傳一段影片,影片中的鴿子不用拍動翅膀就可以飛,「頻率」是造成這現象的主要原因,只要攝影機拍攝的影格率和某個東西週期性運動的頻率相似,就可看到類似時間暫停的現象,稱之為特定運動頻率。自然課學到弦的振動影響聲音的高低,但弦振動太快看不清楚,是否也可以用時間暫停的原理,來看清楚弦的振動? 本實驗使用了micro-bit和紅外線感測器來測量圓盤的轉速,圓盤上的開孔可讓光線閃爍,光線照在金屬琴弦上,閃爍的頻率如果和弦振動的頻率一致,就能清楚的看到弦的振動波形。

以「獨」攻「獨」—探討獨角仙的格鬥模式

根據文獻搜尋顯示本研究為首篇發表探討獨角仙的打鬥模式。本研究透過採集、飼養台灣亞種獨角仙,觀察獨角仙的身體構造與打鬥行為的關係,分析獨角仙在夜晚七點到十點間的打架機率,找出獨角仙較會打鬥的熱點,再以手機或平板錄下獨角仙打鬥畫面、分析影片、探究打鬥模式。研究結果顯示獨角仙擅長以頭部獨特構造攻擊對手,雄蟲攻擊以「頭角」為主;雌蟲擅長以「頭部」攻擊對手,較量力氣。雄蟲與雄蟲打鬥模式為「插入式」、「拋摔式」、「掀翻式」、「互頂式」、「棒打式」;雌蟲與雌蟲間打鬥模式為「頭頂式」、「腳攻式」、「爬壓式」;雄蟲與雌蟲打鬥模式為「插掀式」、「爬壓式」、「頭角攻式」、「頭頂式」。