全國中小學科展

國小組

智慧助力-自適應電動手推車系統

本研究針對傳統手推車於上坡、下坡及搬運重物時操作費力的問題,設計一套具智慧感測與動力輔助功能的自適應電動手推車系統。整合雙霍爾感測器偵測輪胎轉速與方向、陀螺儀辨識傾斜角度,以及壓力感測器判斷推拉意圖,可依環境與操作情境自動調節馬達輸出功率。我們建構13項輔助邏輯規則,簡化系統運算並提升反應效率。 實測推動34.5公斤負載上坡時,未啟動系統需7686克重(約75.3N)推力,啟動後降為1167克重(約11.4N),省力幅度達84.8%邀請100位使用者操作問卷,88%認為前推較省力,95%在上坡感受到輔助效果,75%認為下坡時系統阻力可防止滑動。 實驗結果證實本系統具備良好穩定性與實用性,未來可應用於物流推車、長照輔具或電動輪椅,提升操作便利與安全性。

方圓之間—魔錶3探秘

本研究找出魯比克鐘最少步數解法,發現立柱影響連動範圍、鐘面組合數和同步轉解法: 一、立柱具有唯一性:用於考慮鐘面重疊範圍時,2<=n<=8用鐘面集合的交、差集計算;以阿達瑪矩陣積得到全部鐘面連動範圍。 二、對稱性是決定影響唯一圖的關鍵,考慮「雙重對稱」特性,得到5種唯一立柱組合。 三、組合數與起始狀態數:無對稱軸時,鐘面有n個的組合,組合數為4n個,起始狀態數有4n-1。有1個對稱軸,對稱軸上有a個鐘,共有n個鐘的鐘面組合,組合數為(4n+2n+a)/2個,起始狀態數有(4n+2n+a)/2-1個。 四、鐘面同步轉在考慮立柱唯一性與鐘面對稱性,彼此獨立的鐘面僅有14個,同一指向0的最少步數一定是7步。

旋轉多邊形

我們先定義「旋轉多邊形」,再透過拼組六形積木分析出「旋轉多邊形」的性質為1.偶數個能密鋪的凸多邊形;2.所有頂點相連的2內角和為720°/K,K為拼組數量;3.若拼組數量是4個,則會組成平行四邊形的洞;若拼組數量是6個以上,則會組成等距放射狀的洞。若僅用六形積木組成「旋轉多邊形」,則能組成30種不同的樣貌。若將相同的「旋轉多邊形」彼此相拼,則只有四種結構才能無限擴拼,其中以4個正方形和6個正三角形這2種所組成的「旋轉多邊形」為拉脹結構,當轉動到有最大洞時,其長、寬會等比例分別放大1.5 倍和 √3倍。

頻率與微電流對小球藻生植力的影響

本研究使用磁場和微電流的刺激,分析不同頻率、特定頻率和不同電流強度的微電流對小球藻生長的影響。研究結果發現: 一、特定頻率微電流(7.8Hz、49Hz、528Hz)比無頻率(0Hz)微電流更具促進效果。 二、無意義頻率微電流(100Hz、200Hz、400Hz、800Hz、999.9Hz)對小球藻的影響可能因培養條件和電流強度而有不同的表現。 三、使用較大培養瓶需要較高電流強度,但太高的電流強度(1600μA和3200μA)反而抑制小球藻生長,顯示電流強度不是越大越好! 本次研究觀察到特殊頻率和微電流對小球藻生長的促進效果,為綠色科技應用提供了新的可能性。未來可繼續探討不同頻率對不同藻種生長的影響,並朝向更大規模培育,以及太陽能微電流頻率產生器的應用設計繼續前進。

『壩』氣『石』足~探討影響調整型鋼管壩儲砂空間之研究

台灣發生「土石流」頻繁,所以興建防砂壩已經是常態,然而,大量的泥砂使得防砂壩儲砂空間飽和,降低攔阻效能。因此,本研究的目的,希望找出影響調整型鋼管壩儲砂空間的因素並提出調整模式,以因應 台灣多變的氣候環境。經研究結論如下:一、壩後淤滿時,透過反覆調整鋼管壩開口,可以增加儲砂空間率,壩體的再攔阻率也會提升14.2%;二、建議枯水期調整橫桿或縱材,利用豐水期增加壩後的儲砂空間;三、壩後巨礫+粗礫逐漸提高,不利於增加儲砂空間率;四、壩後淤滿有漂流木,會造成儲砂空間率大幅降低;五、我們提出調階段性調整鋼管壩,第(一)、拆除中央橫桿、第(二)、拆除縱材、第(三)、拆除加深模式,可以增加儲砂空間並減緩土石流的衝擊。 >

果凍視界:看不見的頻率,看得見的「聲影」

探討果凍效應與捲簾快門間的關係及其應用,動機源自雨刷在錄影時產生變形,研究目的包括:(一)「測量LED燈閃爍頻率」,作為計算感光元件掃描速度的依據。(二)「測量不同攝影設備的掃描速度」作為後續測量的依據。(三)「探討如何運用捲簾快門測量快速變化的物體」(明暗變化、轉動、振動)(四)嘗試以捲簾快門記錄聲音振動,呈現可視化聲波形狀。研究發現不同設備的掃描速度不同,也影響變形程度,選擇合適的設備可減少影像扭曲或更適合測量不同變化速度的物體,證明捲簾快門可作為測量光源閃爍頻率、亮度變化、風扇轉速、弦樂器頻率的有效工具,也能捕捉聲音的「形狀」,拓展其於科學測量與攝影領域的應用價值。

塑材過招 電子雲湧

研究主要在製作出具可塑性的材料,形塑成不同樣式以自製成摩擦起電的裝置,得以有更廣泛的應用。歷程中,研發了鑄模裝置、摩擦起電裝置、驗電器和測耐用性方法,以進行探究。在測試生活中多樣具可塑性的物品後,發現橡膠是不錯的材料,因此我們利用市售膠鑄模成多種膠膜,發現含 PVA 的材料和矽膠適合用來做成摩擦起電的材料,接著我們利用PVA 膠和矽膠,添加不同物質,自製複合可塑性材料,探討何種材料互相摩擦之後,可以形成較高的電力。發現史萊姆膠添加硫酸銅,和矽膠添加聚四氟乙烯粉有最佳的效果,且可以形塑成薄膜、立體狀或塗抹在物品上,能夠吸 引 多樣的物品。最後將自製複合可塑性材料,做成摩擦起電吸引塑膠微 粒、煙霧裝置,進行實際應用。

「過」關斬將-不再為髒污「碳」息

本研究探討過碳酸鈉在衣物污漬清潔中的應用,主要評估其對不同類型污漬和布料的去污效果。實驗結果顯示,過碳酸鈉對醬汁類污漬有顯著去污效果;但對油性污漬效果較差。本研究創新性地採用RGB 色差分析量化去污率,發現不同布料材質對過碳酸鈉的反應亦有所不同,內裡布和排汗布的去污率較高。最適清潔條件為40℃溫水與使用4g過碳酸鈉,過高水溫將降低清潔效果。此外,加入過量過碳酸鈉未必提升去污率。研究顯示過碳酸鈉有良好的去污潛力,並適合於日常衣物清潔,但仍應關注如何解決油性污漬清潔與布料損傷問題。本研究為環保型氧系漂白劑的實際應用提供了量化依據,其無氯、低毒特性更具環境友好優勢。

「濕」在必行 ── 雨天對最大靜摩擦力的影響

連續雨天引發穿拖鞋上學是否安全的討論,我們發現課本裡對水與摩擦力的關係探討有限,因此透過實驗研究四種水量(0mL、5mL、30mL、67mL)下,不同類型鞋子(運動涼鞋、拖鞋、慢跑鞋、登山鞋)、地面材質(磨石子、標線、通學步道、柏油路)、重量(38g、500g、1000g)和鞋紋(樣式、數量、外框)與摩擦力的關係。結果顯示,在磨石子地上,拖鞋遇水就滑,應避免穿著;運動涼鞋、慢跑鞋、登山鞋相對防滑;柏油路防滑效果最佳,標線遇水就滑;重量可以增加摩擦力;沒有特定的鞋紋樣式能在四種不同水量下都有高摩擦力;鞋紋數量多和無框設計有助防滑。影響摩擦力的因素很多,未來還可以進一步研究鞋底材質與步行方式等的影響。

從「碟仙」到「梅杜莎」-海月水母碟狀幼體養殖之探討

水族館中展示的水母缸,水母們優游自在的漂浮著,極受歡迎。但我們對水母的了解卻甚少,水母是很特別的生物,它有有性世代,和無性世代。當水母交配後,受精卵會孵化成浮浪幼蟲,浮浪幼蟲會固著在介質上形成水螅體,水螅體還會複製分化,當水溫變化超過攝氏4度,水螅體開始形成橫列型態,出芽分裂形成碟狀幼體,碟狀幼體再發育成水母體。 我們嘗試養殖海月水母的碟狀幼體(Ephyra)世代,除了瞭解碟狀體轉變成稚水母(Medusa)的變化過程,更嘗試做遮光與不遮光餵食餌料生物豐年蝦與輪蟲。發現遮光飼養輪蟲存活率最高,遮光飼養豐年蝦生長速度最快。此外我們還設計了不同溫度、鹽度與水質實驗,來了解海月水母碟狀體對環境的耐受度。