全國中小學科展

佳作

說什麼鳥話?!-八哥學習人聲之歷程

八哥的學語黃金時期短,相對學習的詞彙也會較少,這和八哥腦內語言學習區和其發聲構造有關。八哥鳥的學習初期和人類的學習初期順序有些相似,只是學語的時間較人類短,需要在學語的黃金期不斷的練習,才會有極佳的學習成果。八哥某些音可模仿到非常相似,因為八哥鳥在黃金學語時期,會將之前學到的語調在腦中不斷地修正、調整。聲音在八哥鳥接收後,需要經過反覆聆聽及調整頻率並持續一段時間後,會在腦內形成基模。過了黃金時期才會形成晶體智力,且維持詞彙的記憶,再由發聲構造發出聲音。據觀察,這些模仿的叫聲,都是在無意識的情況下叫出來的,可能是為了想要吸引異性的注意,也就是牠並不了解語詞其中的意義,只是隨機發聲。

搗杵之音

本研究分析布農族與邵族的杵音,發現杵音可分成四~六個音群(Do、Re、Mi、Sol、La、Si),我們也探討了不同的變因(木頭種類、粗細、長短及溼度),對於杵音響度及頻率的影響,並且利用科學化分析,成功地自製縮小版杵音及麻竹版杵音,可以改善原本只憑原住民耆老經驗製造杵音的誤差,並利用”木頭音響學”中Young 的公式『E=〔4π2L4ρ(fn)2A〕/IKi4』,來計算杵音頻率的理論值,結果我們發現杵音頻率的實驗值與理論值,有正相關;同時以竹籤與乒乓球及彩蛋創造出迷你版的可調頻式杵音,來增加原住民音樂的多元性,達到推廣原住民文化的目標。

捍衛福爾摩沙與天災和平共存~探討土石流防治工法的攔阻效益與過壩行為之

「土石流」令人聞之色變,攔阻工法是土石流防災的重要課題。由渠槽的模擬實驗,探討防砂壩的攔阻效益與自清能力,藉以瞭解土石流防治工程。實驗發現:通過式壩體雖無法完全攔阻土石流的流動,卻可減緩土石流的衝擊力,又具備清水流的自清能力。通過式壩體的攔阻效益受開口間距大小和當地土石流最大粒徑大小的影響很大,土石流穿過壩體的行為受土體粒徑組成、土石滲流速度、坡度、水流量大小、表面逕流速度和壩體開口的間距大小等影響,也影響壩前堆積的情形。建議在設計壩體時要多方考量,方能兼顧貯砂率、自清能力和粒徑分離能力,以減緩土石流威力。最後,我們設計多款不同規格的壩體,來印證研究結果,希望可提供日後壩體設計的參考。

滿足 Σ=(m,n) = 1 , ?k 恆有解(x1, x2,..., xn )且0 < ai < m的數對(a1,a2,..., an )之條件

因為讀數論的同餘方程時,看到許多一元二次同餘方程的解法,又在不定方程中遇到ax2 + by2 = k 這樣的題目,使我開始思考這個問題。

「冰」不厭「炸」─冰棒棍骨牌的研究

本研究首先探討井字型、田字型、沙漏型與雙三角型等四種冰棒棍骨牌結構的彈開效果(音量、彈開高度和反應時間)。發現井字結構效果最好,且骨牌彈開高度會呈現遞增到一定高度後不再增加。接著研究井字型結構的疏密度、厚度、在不同材質上彈開以及兩端為起點等變因,對彈開效果的影響,結果顯示:(1)骨牌的疏密度1.40公分時,彎曲高度最高,彈開效果最好;(2)厚度2.0mm骨牌的彎曲高度大,彈開效果較好;(3)地面材質平坦且堅硬時,骨牌彈開效果較佳;(4)以兩端為起點施放骨牌,能量的釋放具有方向性。我們並首創了「彈力點分析法」,可以有效的解析彈開效果。最後研究骨牌結構間的銜接,讓骨牌可以做到轉彎、分岔等動作,也製作了兩組環保鞭炮。

骨牌夾心餅之同心圓探討

一、4×4骨牌同心圓 1. 下圖一則成功的4×4骨牌同心圓示例:(1) 內圓(紅色部分)每行每列總和皆相同都為3。(2) 外圓(含紅色部分)每行每列總和皆相同都為9。(3) 設計源自於骨牌魔方陣的變形,本遊戲不探討對角線的總和。 2. 本研究發現:(1) 4×4同心圓之內圓總和≠外圓總和。(2) 4×4同心圓的內圓總和範圍介於1≦內圓和α≦11。(3) 當4≦內圓和α≦8時,其外圓總和β的最小值與最大值有其固定的範圍:α+1≦β≦α+11。(4) 當內圓和不在4≦α≦8的範圍內,其外圓最大值逐漸從兩頭遞減;外圓最小值逐漸從兩頭遞增。(5) 4×4骨牌同心圓的排列方式有七大類共32種。因不同骨牌排列的變化,會產生更多4×4骨牌同心圓的拼組可能。 二、5×5骨牌同心圓 1. 下圖一則成功的4×4骨牌同心圓示例:(1) 3×3內圓(紅色部分)每行每列總和皆相同都為12。(2) 5×5外圓(含紅色部分)每行每列總和皆相同都為17。(3) 設計源自於骨牌魔方陣的變形,本遊戲不探討對角線的總和。 2. 本研究發現:(1) 5×5同心圓的內圓總和≠外圓總和。(2) 5×5同心圓的內圓總和範圍介於4≦內圓和α≦12。(3) 當7≦內圓和α≦9時,其外圓總和β的最小值與最大值有其固定的範圍:α+1≦β≦α+11。(4) 當內圓和不在7≦α≦9的範圍內,其外圓最大值逐漸從兩頭遞減;外圓最小值逐漸從兩頭遞增。

炎之呼吸-火焰燃燒時間與空間、位置的關聯性探討

在這個實驗中,我們針對火焰在燃燒時,它所在的「空間形狀」與火焰的「位置、高度、長度」,來量測燃燒時間,期待利用量測出來的數據,配合自然課課程中有關「熱的對流」來推論,並找出一個適合燃燒的條件;實驗時,我們選用圓柱、四角柱、圓錐三種形狀的玻璃瓶,搭配五種不同的點火點高度、二種火焰長度來取得數據,其中圓柱、四角柱,除了在「瓶口圓心測量」,另也測量了「偏向瓶口邊緣位置」數據來做比較,圓錐因為瓶口較小,只測了圓心,實驗初期,遭遇到不少問題,如「火點不著」、「火焰變長」和「排除廢氣、冷卻」等問題,經過大家討論後解決,最後依數據來推論「瓶子形狀」與「火焰的高度、位置、長度」,對於「燃燒時間長短」的影響。

微型風力太陽能自行車警示燈方向燈

本作品以夜間騎乘自行車時的安全作為研究方向,由於在夜間騎乘腳踏車時如果沒有足夠的照明設備常常會發生意外,故我們將警示燈加在自行車帽上,以增加夜騎時的安全性。顧慮到轉彎時的安全,我們也將左右方向燈加裝到安全帽上。加上現代環保意識的提倡,所以本作品以太陽能及風力等再生能源作為電力來源,在白天或是光線充足時太陽能板會對電池充電,在騎乘腳踏車時平均風速達到4公尺/秒(以自行車平均時速15公里/小時)的條件時也會充電,本作品不僅可保護自行車使用的安全,也結合了綠能環保的概念。

創新型微動能感測系統之研製

感測器為系統最前端裝置,影響量測結果甚鉅。目前量測微弱振動的感測器,絕大多數為日本或美國生產,主要為半導體橋式壓力感測器。雖然體積較小,但受溫度與非線性影響,無法真實地將感測動能轉換出來且價格昂貴。有鑑於此,我們將水添加微量的電解質,產生的阻抗配合薄膜與震動面接觸,薄膜上的電極隨震動起伏,與固定電極間產生位移使阻抗產生變化。經四項實驗,證實此感測器具有極佳的低頻響應與能量轉換曲線,並且造價低廉,配合相關電路建構出微動能感測系統,能廣泛運用於科學研究、視聽電子、地震分析、生物資訊、製造業產品檢驗等範疇。

風生電起—探討風能的有效應用

在科展製作時,我們曾參觀過大潭發電廠。從大潭發電廠的參訪經驗,我們知道設立風力發電廠需考慮當地的風場及風向是否穩定,因此我們利用製作穩定器流作為實驗的氣流來源。為了探討不同旋轉翼對轉速之影響,我們分別削製出各式各樣不同形狀、寬度的旋轉翼,測量不同旋轉翼片數、翼片剖面形狀、受風面積與攻角對風力機轉速之影響,並探討風力機的不同轉速與發電機發電量之關係。我們做出不同線圈數的風力發電機,測量其發出的電流,並且是著於線圈中加入磁性物質及非磁性物質探討發電機的發電量有何不同。