全國中小學科展

佳作

幽靈竹節蟲的環境適應性與生存策略

幽靈竹節蟲(Extatosoma tiaratum )是澳洲引進的外來種,在臺灣已經廣為飼養,若逃逸至野外,是否會大量繁衍,影響生態環境?本研究探討其在台灣的適應與防衛方式,結果發現幽靈竹節蟲在環境的適應性方面,可食用多種果樹和本土植物;風吹時身體會隨風搖擺,融入所處的枝葉環境中;在生存策略方面,幽靈竹節蟲主要採取有性生殖、孤雌生殖為輔的繁殖方式,卵會偽裝成種子以增加孵化率。其防衛方法有剛孵化時會擬態成蜘蛛蟻、若蟲擬態成蠍子、雄成蟲擬態成大螳螂,此外雌蟲會偽裝成帶刺的枝葉等。其體色也能隨著所處的環境改變以融入環境中。若幽靈竹節蟲若逃逸到自然環境中,可能對芭樂等果樹產生衝擊,於相關的飼養與管理,須儘早謹慎因應處理!

水之呼吸-陸之型-扭轉旋渦

本研究自製排水模型與設計連通管的水位觀察法,來探討水槽排水速度的影響因素,結果發現排水速度的影響主因有三: 1.水漩渦:當水槽內的水排出時,水流穩定沒有旋轉、或者破壞水流旋轉使其不產生漩渦,會加速排水的速度 。 2.空氣:當水漩渦產生時會造成水槽上方的空氣往下流動,如果阻擋空氣的流動就可降低水漩渦的產生,提升排水的速度。 3.排水孔洞:排水孔洞越大,排水效果越好,但同時也更容易因為水的初始旋轉而產生水漩渦,降低排水的速度。 最後,利用水流阻擋板與空氣阻擋板來破壞水流旋轉,使其無法產生水漩渦,造成水管充滿水而產生虹吸現象,進而加速排水的速度。

「真」「震」破瓶術

無意間看到許多空手破玻璃瓶的影片,感到很神奇,便進行了一系列的實驗探究。首先,想辦法克服了用空手就可以順利將玻璃瓶擊破的方式,再來便設計實驗來找出破瓶的原理,特別的是,我們自製了一個壓力變化觀測器,可以用來觀測瓶內液體所受壓力的變化。最後,真正破瓶的奇妙原理被我們找出來了,主要可分成兩個部分:一是利用力的慣性作用,使得水與瓶底發生瞬間分離,因而產生了真空泡。二是利用真空泡的壓力幾乎等於零,使得周圍的水瞬間往真空泡收縮而產生震動,因而震裂了瓶底。這個發現也破除了一些人認為這個實驗會造成危險的疑慮,因為真正破瓶的原因,是由於水瞬間收縮而震裂瓶底,而不是會讓玻璃瓶爆裂碎片四飛造成危險。

格子點上選擇位置之性質研究

本文從一個現象開始:一群陌生人在坐一排座位時常不與他人鄰座,對此現象建立了一對數學模型探討。我們主要研究一維的情況下,能坐下的人數、以及若第一個人策略性的選擇,其至多能坐下的人數及策略、和隨著椅子數的增加至多能坐下的人數之變化。進一步地,我們將其中一個模型推廣到二維的情況,推導出在正方形的格子點中能坐下的人數。過程中我們先做一些預處理得到遞迴函式,然而常會遇到帶有高斯符號或是分段的遞迴函式,因此我們主要採取的手法是先猜出遞迴式的通式再歸納,或是利用調整法。最後雖然礙於二維以上的一般情況會因沒有規律而導不出完整的結論,但本文中我們做出了一些部分結果,未來也會試圖往更廣的情況突破。

百元語音辨識系統

探討在低成本下,完成非特定人語音辨識的可行性,讓一般廉價的小家電,擁有精準的語音辨識能力。 為使成本降低,必須要設計一個ROM、RAM使用很少、反應速度很快、辨識能力高的語音辨識系統,整理作品重點如下: 一. 音節簡化:發音去掉聲音調後,再將同類聲音進行整併,整理出133 個音節→資料量是繁體13060 字數的1/100 二. 資料庫化簡:使用整數的指數取代符點運算→資料量為傳統的語音特徵的1/20 三. 語音辨識演算法:使用梅爾倒頻譜係數、隱藏馬可夫模型 四. 處理器:用16 位元的整數運算,可在低價的處理器上執行 五. 訓練用的語音:向中華民國計算語言學學會(MAT)購買純語音的資料庫 完成麵包板上的百元語音辨識系統:

車床刀具研磨附件設計製作

針對現行課程標準,車床實習只有三節課,刀具使用捨棄式車刀成本太高,研磨車刀又耗費太多的時間,光練習就佔掉全部的實習時間,更不用說其他切削技能的學習。我們就利用現有的砂輪機設計製作一個車刀研磨附件裝置,可以研磨大部分各式的高速鋼及碳化物車刀,縮短同學們磨車刀的時間,又不失車刀研磨的基本技巧與概念,增加其他技能的學習時間。

過定點分割N邊形所形成之直角三角形內切圓半徑和之研究

本研究討論「過一定點P,對一凸N邊形的各邊做垂線,可得N個垂足。利用P點、N個垂足點及N邊形的N個頂點所形成的2N個直角三角形,對應2N個內切圓及半徑,此時若依序每次間隔一個三角形取其內切圓半徑(參考下圖),共可將2N個內切圓分為兩組內切圓半徑和」,經過研究討論發現以下結果: (一) 定義適當區域為:由垂直此凸多邊形各邊的垂線所共同圍出的封閉區域,當圖形為正三角形時,適當區域為正六邊形,較原圖形大,其餘的圖形所形成的適當區域必在原圖形內部。 (二) 兩組相間隔的直角三角形之內切圓半徑之和相等的限制條件 圖形類型 限制條件 正2N邊形 P點在任意位置 正2N+1邊形 P點落在適當區域內 等角且非正N邊形 P點落在適當區域內

深呼吸--孑孓與搖蚊幼蟲如何在水中呼吸和閉氣

水蟲呼吸主要透過氣管系統,新近發現透過血紅蛋白的機制可在缺氧環境中提高獲氧。戶外調查記錄8種孑孓和1類搖蚊幼蟲,室內錄影觀察發現孑孓和搖蚊幼蟲活動有明顯分層。量測呼吸管、氣管長度和氣泡大小,顯示其與孑孓在水中分布位置沒有顯著差異,但閉氣與氣管長度高度相關。竹生翠蚊、白腹叢蚊幼蟲和搖蚊幼蟲長時間停留水體底層;反觀家蚊、斑蚊則反覆上下移動至水表面呼吸。本研究假設底層活動的孑孓與搖蚊幼蟲具備類似的血紅蛋白呼吸機制以獲得氧氣,顯微鏡下觀察發現白腹叢蚊幼蟲幾丁質外殼內側充滿紅色素點狀物,且隨著調控富氧與缺氧而有色澤變化。現階段已成功增幅6種蚊幼蟲的血紅蛋白基因,未來將釐清血紅蛋白在孑孓呼吸所扮演的角色。

「藻」到「白」頭~綠藻(礁膜)褪白探究

在校訂課程清洗「遛海菜(礁膜)」時,耆老說沾染到露水的礁膜會變白,因這句話展開這次的研究。 我們探討不同來源水、日照、紫外線燈照、溫度、脫水時間等變因,再利用手機光譜儀與ImageJ軟體分析,得到以下結論: 一、浸泡過海水的葉綠素萃取液優於其它來源的水,其餘各來源水的差距不大,所有淡水接觸皆易造成礁膜褪白,並非僅有露水。 二、日照會影響礁膜褪白,紫外線對褪白的影響勝於日照;此外,以碘液檢測澱粉反應亦可是檢測指標。 三、氣溫對於礁膜褪白並無影響。 四、以海水清洗,脫水時間對於礁膜褪白無明顯影響;但以自來水清洗,脫水能明顯改善礁膜褪白。 五、澎湖日常清洗礁膜的方法,以海水清洗時,礁膜較不易褪白,優於自來水。

利用學校廢紙再製成多功能收納櫃

基於環保的觀念以及資源回收再利用的精神,本研究針對回收的紙類,經過再製的過程,做成多功能收納櫃。實驗過程藉著試驗失重率、表面摩擦力、厚度、變形度、耐應力等方式來驗證紙漿板的特性,最後結果經過統計分析後評選出製作紙漿板的最佳條件以及紙與膠的最佳比例(2:1),為製作出符合需求、美觀且耐應力強的收納櫃。 成品的外型設計上,考慮應力及可堆疊性等因素,決定採取六邊形(蜂巢式)設計,並且專門為六邊形收納櫃製作一組模具,另外,更研究此模具如何將紙漿定型、脫模以及成品的乾燥方式,最終將最佳比例的紙漿填入模具中,經過乾燥的過程,做成符合需求的收納櫃,以便能運用在生活中並達到資源回收再利用的目標。