全國中小學科展

佳作

論木塊堆疊的最長延伸值

堆磚塊問題的最長延伸值在150年來普遍的被探討,甚至也出現在我國的物理課本當中。然而在我們的特殊堆疊之下,發現最大延伸值或許可以延長。在過去等寬等質量磚塊的堆疊中,所有磚塊皆遵循上面n塊的總質心位在第n+1塊的右邊緣正上方。但是,我們可以跳脫原本「只能向右延伸」的框架,有計畫地其中某幾塊向左排列。這些延長值的範圍可以透過函數的歛散來解釋。 我們也探討如何堆疊不同長度及質量的磚塊而得最長延伸值。我們以不同順序堆疊磚塊,並且同樣透過典型方法及特殊方法來討論,並且由上到下以數列來描述不同長度木塊的擺設順序,由此討論可能的最大延伸值,並寫成數學式,用於計算每層磚的不同長度的最大懸伸。

庶民的管樂器-吹笛產生薩克斯風的聲音

音樂可以陶冶性情但是購買樂器費用不低,自製樂器時要注意振動的薄膜和共鳴腔體積影響聲音的產生,氣體移動距離會影響駐波的波長導致音調變化、樂器的出氣孔大小會影響薄膜振動持續時間,出氣管深入共鳴腔的距離會影響共鳴腔內氣體振動的持續性,自製的吹笛利用開孔的距離和按孔的指法位置來調節共鳴腔的出氣量比例,就可吹奏出常見低音薩克斯風相同音階的基音,若是利用電腦聲音分析程式則發現二者組成聲音的三要素結果是有差異的,尤其是泛音差異更大,但是一般人的聽覺是不太容易分辨的。

「紫」命的吸引力-紋白蝶翅上的蝶呤色素研究

分析日本紋白蝶和台灣紋白蝶間的差異。實驗發現日本紋白雌蝶能反射紫外光,而日本紋白雄蝶及雌雄台灣紋白蝶是吸收紫外光,因此日本紋白蝶的雌雄蝶間在短波光源有明顯的對比。再利用SEM觀察,發現翅膀上奈米顆粒的數量是造成紋白蝶吸收或反射紫外光的原因。 利用氨水及氫氧化鈉溶液清除紋白蝶的奈米顆粒,發現奈米顆粒具有反射400 nm以上及吸收350~400nm的特性。因此日本紋白蝶藉由奈米顆粒數量的多寡形成的明顯性標。 蝴蝶翅膀吸收紫外光的特性,應該與奈米顆粒上的蝶呤色素相關。隨著蝶呤奈米粒的數目增加而提高吸收紫外光的能力,使日本紋白雌蝶反射、雄蝶吸收紫外光,因此容易找到同種異性個體,具交配優勢而成為臺灣優勢蝶種。

三角形邊長指數與線性轉換存在與否論證

本次的科展研究,分別探討等腰及任意的銳角三角形、直角三角形、鈍角三角形,其三邊長經過指數轉換: 及線性轉換:√T, T-1, Tn及線性轉換:sT+r後,新三角形存在性的探討,是必然存在亦或是條件式存在,並且利用餘弦定理檢視新三角形的最大內角,進一步判斷為何種三角形。另外,我們讓變數 或 或 分別遞增,發現新三角形的變化會有一定的趨勢。

超疏水表面上水珠碰撞之探討

此研究的主要應用在於提升表面導熱的效率,在一般的發電機中,水蒸氣重新冷卻需要藉由一導熱裝置,而在冷卻水蒸汽的過程中,水蒸氣會凝結在此導熱裝置的表面上,在表面形成一層水膜,阻礙之後熱的傳導,使導熱效率降低,我們的研究顯示當兩極小水珠在超疏水表面(接觸角>140°)上結合時,水珠的表面能會下降,造成多餘的表面能轉為動能,使水珠跳離表面。如果利用此現象應用在導熱裝置上,使水珠不易附著在導熱裝置上,便能提升裝置的效率。我們主要研究此水珠彈跳現象發生的條件;此外,我們將兩水珠結合之間的作用力做分析,並考慮水珠的帶電,建立整個水珠彈跳過程的模型。

化磁力為阻力-磁性流體的探討與應用

三年級學到磁鐵單元時,利用水中鐵粉形狀可看到立體的磁力線,移動磁鐵還能控制磁力線的各種變化,想到若是能設計出可隨磁力控制的液體,一定會很有趣。於是便針對:管路口徑、鐵粉數量、磁力強度、磁極排列等變項設計實驗,發現 1.由磁性液體,對磁力變項產生的相互影響,可有效調控阻尼效能 2.透過油脂包覆,可使鐵粉均勻分布在油中,可提高磁性流體的控制 3.利用可控制的磁性流體,成功發展出自動感應強度的聰明避震器 利用機械感應壓力強度,連動改變管路外的磁鐵排列,來控制磁性流體的流速,達到聰明避震的效果,經測試發現:受到1~5kg五倍的壓力範圍,阻尼可自行反應並調整到20~25秒作用時間,可見遇強則強的避震器,可聰明的幫我們避免震動的危害

圈上的波扭:有趣的滾圈圈

滾子(橡皮圈、踏墊圈及彈簧圈)在轉盤內滾動時,會產生滾動、滑動、跳動、滾滑、跳滾等各種運動現象,亦會有下凹、前凸、上凸、後凸、橢圓、擴張波動... 等各種形狀的變化,並伴隨著滾子周長的增加。透過本實驗可驗證滾子的運動模式受到轉盤跟滾子的接觸面性質、轉速等因素的影響,而滾子在轉盤速度產生改變時,會因為摩擦力及重力的影響,產生後退或前進的現象。透過分析錄影檔,可計算出滾子的後退角及臨界轉速,促使滾子後退角產生改變的因素除了轉盤的材質之外,原因尚有其質量與表面狀態的差異。除此之外,我們又延伸出其他不同材質、大小的轉盤及滾子,嘗試各種組合,也因此發現把彈簧作為滾子時,能觀察到明顯的共振駐波...等有趣的現象。

探討鉑錫合金結構對直接乙醇燃料電池陽極催化反應之影響

現代各國重視環保,醇類燃料電池因此崛起,而其中最為安全的乙醇燃料電池使用之Pt金屬觸媒容易受中間產物毒化降低穩定性,因此Pt與其他金屬形成合金觸媒之相關課題具極高的研究價值。 本研究主要針對鉑錫合金觸媒的結構進行探討,選用內核—外殼型奈米鉑錫合金粒子與無特定結構結合(Random-Alloy)之鉑錫合金進行比較,經由電化學圖表分析後,得到油相法合成內核—外殼型鉑錫金屬觸媒的標準流程。經過乙醇氧化反應的循環伏安法及其他分析測量方法比較後,發現本研究製成之內核—外殼鉑錫金屬觸媒,可以有效使乙醇在較低電位開始反應、提升乙醇氧化之反應活性及維持較長時間的穩定度,可應用於乙醇燃料電池之陽極。

食品大解碼~油「燃」而生 糖與鹽的爭霸

本研究源自新聞報導高油、高鹽、高糖等食品三高對身體不好。因而,我們進行了一連串的實驗,探討這個問題。 研究結果發現: 一、吸油面紙及燃燒法,均可檢測油含量;且洋芋片都是下層比上層多油。 二、市售的糖度計不測糖,鹽度計不測鹽~檢測的是溶液總濃度。 三、旋光儀,隨著糖的濃度增加,偏轉角度增加,而且鹽水不具偏光效果。 四、檢測糖鹽混合水溶液時,旋光儀的旋光偏轉角度,隨著糖濃度增加;而鹽的濃度增加時,旋光儀不受鹽濃度增加而影響。 五、方糖顆數增加時,旋光儀的旋光偏轉角度,都隨著濃度增加而偏轉角度增加。 六、利用糖的旋光偏轉角度轉換成方糖數,較容易了解食用一整份食品的總糖量。 七、鹹的食品,利用旋光儀檢測後全部均含糖。

力爭上游-虹吸式管狀魚道規劃及試驗研究

目前臺灣未有成功使用虹吸式管狀魚道。本研究為了設計出可虹吸現象和適合台灣魚類的魚道,同時改良傳統水泥魚道建設和維護困難、難以適用多樣魚類、枯水期功能中斷等問題,進行一系列相關試驗。我們採用塑膠管及大小頭減速器,嘗試組裝虹吸式管狀魚道,用水球測量流速,過程中多次因氣泡而導致水流中斷,後來使用氣球、防水膠布解決了氣密問題,做出可成功形成虹吸現象的管狀魚道。後續於人工水域測試魚類使用情形,雖魚未上溯成功,但流速符合魚種需求。野地實測發現,魚雖未使用魚道,但魚道仍可正常運作,推測魚未使用,可能因當地成體魚數量不多、不合魚上溯的季節等因素。目前仍有一些問題尚未克服,但本實驗為台灣魚道發展建立新的里程碑。