全國中小學科展

最佳創意獎

現代龐德~水黴菌

台灣重金屬污染日漸嚴重,因此我們想找出簡便、快速、價格低廉的檢測方法。許多研究報告指出水黴菌對重金屬十分敏感,因此我們利用水黴菌這項特質來檢測水中或土中的重金屬濃度是否過高。首先我們測量水黴菌對不同重金屬的敏感程度,發現水黴菌對鋅離子較敏感,再來我們對鋅離子做更進一步的研究,我們發現微量的鋅離子反而是有助於生長的,但是超過1ppm 便對水黴菌的生長有害,超過150ppm 時水黴菌則完全無法生長。對於其他重金屬,我們發現當銅的濃度超過450ppm,鉛超過600ppm 皆會使水黴菌完全無法生長。我們只要將疑似受重金屬污染的水或土壤以煮沸或用火燒的方式,進行初步滅菌,並將其放入培養基中,進行水黴菌的平版培養,便能檢測其重金屬是否過量。相較於現行的檢測方式,這種方式明顯較省時、省錢,加上菌種取得容易,判別方式又簡單,且較普遍化,如此一來我們就可以有效的避免銅木瓜等的情形發生了。更進一步,我們亦希望找出能大量吸收重金屬的植物,解決台灣日漸嚴重的重金屬污染問題。

滾滾紅成

嘗試澳洲 AMC 從競賽題出發,探討一正 n 邊形中的一點在單位圓內滾動,及一正 n邊形的繞一正 n 邊形滾動軌跡,發現該軌跡均會產生奇妙的循環規律。接下來推廣探討圓形其他的規律,發現若將一單位圓去繞另一單位圓或其他由單位圓組成的幾何圖形,探討其滾動軌跡,並探討在何種情況該單位圓繞回原出發點時會和原圖相同,從研究中得知所繞全等圓圖形與旋轉圈數和邊長所需個數的關係,如:『邊長為 3的全等圓正方形』其旋轉圈數是 2+4(3-1)/3=14/3圈,此時和原圖不同,而回到原點且和原圖相同邊長所需個數則為 3k+1(k?N)等。另外,『繞一間隔大小等於圓直徑的全等圓圖形』是指從第一個圓開始逆時針滾動,若接觸到另一個圓時則往反方向繼續繞圖形滾動,依此類推,探討圓心所繞的軌跡型態及長度繞一間隔全等圓圖形,發現其圓心軌跡型態存在著規律性,且圓必繞回原點。最驚人的是,應用我們的研究結果於許多商業用途,並創造出寓數學於遊戲的「多功能滾滾樂尺」。

翻滾吧!蓮霧

本研究以蓮霧為題材,探討非均質圓錐形浮體(蓮霧)的平衡與穩定。結果發現,蓮霧浮在水面上具有雙浮態,分別是直立式浮態(鈍端朝上)與橫臥式浮態。並透過自製蓮霧模型發現此類浮體的浮態與重心位置高低有關,重心越低則會產生直立式浮態。實驗選用蓮霧為非均質圓錐體,重心位置經測量為5/12h,較一般均質圓錐體1/4h高,且浮於水面時因重心低於浮心,使二種浮態呈現穩定平衡。並透過實驗證明直立式浮態穩定性較橫臥式浮態高。並進一步研究蓮霧在水面下的翻轉。最終浮態受到入水方式、初速大小的影響,並與第一次落下最低點時蓮霧是否呈現穩定平衡有關。初速大的落水,蓮霧最終浮態多為橫臥式;而初速小的落水,最終浮態則傾向較穩定的直立式。

天旋地轉─旋轉盤好好玩

旋轉盤是一種操作簡單又好玩的益智遊戲。利用對稱與旋轉的原理,測驗一個人的空間位置轉換概念。 本研究藉著一步步推理,希望找出它的規律性,首先定義角度、方向、不同玩法模式,以利分析歸納。我們先從簡單的模式開始尋求規律,發現角度和及位置和有固定的數值,進一步研究較複雜的模式,尋求它們的相關性。發現不管左右轉、上下轉,甚至斜著轉,其實答案都相同。 再以單一模式的轉動,對答案的變化來分析,發現答案受兩種因素的影響,一個因素是線對稱〈鏡射對稱〉Y=-X。另一個因素是起始點的角度差。最後我們歸納出答案的公式:Y=-X+(Y0-X0)。這個公式符合所有模式。 在實際操作上,經由公式分析,發現一個快速的解題方法:以角度夾角中線為對稱軸,找反向的對稱圖案方向即可。 最後,我們將發現的規律,找同年級的同學做測驗,發現同學答對率有明顯提高。為了增加趣味性及合成各種模式,我們也設計一些相關的玩具。

空氣中奈米污染物之簡易感測方法

由於奈米科技之進步發展神速,許多難以偵測的奈米污染物可能對生物體造成不可預知的負面影響,然而傳統之感測方法主要針對氣體分子,可能不適用於感測粒狀奈米污染物質。因此,本研究之主要目的是探討(也建立一套)奈米污染物簡易感測方法之可行性。利用二至三個塑膠瓶、塑膠管組裝簡易感測實驗,並且使用非常少量(約0.05 mL)之綠色溶劑(離子熔液),實驗結果顯示奈米ZnO及螢光粉塵灰 (2或奈米CuO 反而使電阻增加;但未通過過濾材料之螢光粉塵灰(

尿者有液,電流無情

經由我們自製的電解動態電解質溶液裝置,可以測得在短距離(3cm)內的電流。動態電解質溶液在外加不同電壓下,經由I-V圖,依舊會符合歐姆定律得到線性關係。在相同V時,兩極距離3 cm下,動態電解質的電流約僅為靜態的1/3。各項變因下之測試:改變電壓、兩電極距離、電解質種類、濃度、黏滯性等,電流大小會與電解質濃度有正向關係、與兩電極間的距離成反比關係,濃度、黏滯性、流出水柱的環境、對水柱加壓等可以影響流下水柱的連續性,拉高兩電極的距離。雖然以活性電極鐵當電極進行電解,但仍以電解水為主要反應。經由自製膀胱模擬與估算,在水柱連續的前提下,電影裡對著通有電流的電極尿尿會觸電的情節是有機會可以發生的。

包大人警濕器

行動不變的老人,尿濕了有時並不自覺,而過多的查看,除了造成不便外,在冬天也容易導致感冒著涼,尿布警溼器於尿布溼至適當程度時發出聲響,可提醒看護者即時更換尿布,保持被照顧者的皮膚乾爽舒適,以避免溼疹、尿布疹等皮膚病變,也可使看護者照顧起來輕鬆又安心。

動態還原-探討一種創新的相似形作圖法

最被廣泛使用的相似形尺規作圖法是使用投射中心作相似圖。這方法也被應用於相機、影印機……等依靠光源作放大縮小的機器上,本文創造了一種全新的相似形作圖法,不依賴投射中心,改成在各邊的延長線上依所要求的面積比,先建立一系列的動態還原表,擇最易操作組做動態操作。△依指定的投射比經一次順時針再一次逆時針後即可相似,多邊形則從一固定頂點處切割後,分別依指定的投射比及相同次序的順逆時針各一次操作,再合併回來後,即可得所要的相似形。放大圖及縮小圖本文的新方法都能達成。

有秩序的糾纏

在日常生活中其實很容易去發覺多面體的存在,像正六面體、正四面體等,這些多面體出現在日常生活中是一點都不奇怪但其實這些線和面組成的規律變化是很多樣化的!例如:高雄市政府聯合服務中心處(Art corner),展示出與一般人差不多大的大型雕塑作品,名為SnubDodeca。這類富變化的多面體,也可使用星狀延伸體的型態來表現,並以幾何原理、點、線、面之其中有規律但複雜交錯的特性所製成。我們研究的多面體是從紙模型觀察出多面體的組成結構,加上中國結的纏繞原理,過程中,研究出將中國結的撓性組合轉換成具剛性的積木組合。籐球也是運用中國結的纏繞原理編織而成。若將《圖a》這顆撓性籐球轉換成剛性,就會變成《圖b》剛性模型。 之所以會把作品名稱取為「有秩序的糾纏」是因為我們研究的多面體中運用了中國結的纏繞原理,看似複雜卻有秩序,這就像英式探戈糾纏環繞的舞步一樣。

強強滾-沸騰氣泡與氣體測溫的研究

水的沸騰是一個很平常的現象,但卻隱藏了許多深奧的學問。本研究配合牛頓版自然與生活科技第五冊第三單元奇妙的水,第六冊第一單元物質與熱,延伸深入探索水的沸騰現象,觀察水加熱時氣泡的大小變化、上升的速率及路徑、不同氣壓下的沸騰溫度等,並試圖以強制氣泡的大小和冒泡的頻率來測量水溫,最後發現容積固定的燈泡球內,氣體熱脹冷縮的體積、壓力都隨著溫度而成比例變化,因而成功的自製一個玻璃球氣體溫度計,搭配毛細管則靈敏度更高。