全國中小學科展

佳作

海邊的風吹砂怎麼會膠結成塊呢?

風吹砂的砂粒中含有大量的碳酸鈣,當帶有酸性的雨水和濱海植物根部釋出\r 的物質溶於水中,就會侵蝕碳酸鈣,並沈澱於顆粒的細縫中,形成灰白色、半透\r 明和黃褐色的細小顆粒,將風吹砂顆粒膠結起來,這些細小顆粒就是膠結的介\r 質。碳酸鈣含量越多,介質與顆粒間的接觸面積越大,膠結就越緊密。\r 而風吹砂顆粒膠結時形成的分層,是由規律的季風帶來砂粒並膠結,其中一\r 次風吹就會造成一次膠結,若過程中有間斷,會因分界處較脆弱而形成分層。

出『棋』致勝

正如大家所知:「鴿子棋」又稱「對頂棋」,是一種規則簡單,清晰易懂的遊戲,其玩法複雜且富挑戰性,便想要將其致勝的方法完全找出,可是過程中在網路上發現名為鴿子棋的遊戲可以直接在線上與電腦比賽,由此可見其致勝的方法一定被研究出來了,於是想到改變遊戲規則-最多走3 步來研究,發現找到的一些致勝點在鴿子棋規則下是不適用的,且在網站中並未發現有類似的遊戲,也就是說這算是新的遊戲。經歸納後發現:設「a1,a2 ,a3 ,…,an」為一組棋盤m×n 的間隔,若a1, a2 , a3 ,…,an 中有大於3 的數字,先將其減去4 的倍數,得到新數據「b1, b2 , b3 ,…,br」,其中1≦b1, b2 , b3 ,…,br≦3,而當r為偶數時,若「間隔」可拆成x組棋盤8x2的致勝點,則「a1,a2 ,a3 ,…,an」為一組mxn棋盤的致勝點;當r為奇數時,若若「間隔」可拆成1組棋盤8x3及y組棋盤8x2的致勝點,則「a1,a2 ,a3 ,…,an」為一組棋盤mxn的致勝點。另外,我們也歸納出快速檢驗致勝點的方法:若有一組間隔,其\r 中有數字大於或等於4,則先將該數字減去4 的倍數後,而能將該組數據拆成若干組「1,1」、「2,2」、「3,3」或「1,2,3」的組合,而沒有剩下任何數字時,則此數據即為致勝\r 點。還有,在整個研究中我們也探討其致勝的規律、原因及致勝移子的技巧等相關性質;雙方棋子在「布局」及「對弈」的過程式相當複雜及有趣的,若能利用本研究結果,不但方法容易、步驟簡便、且不易出錯,更能達到省時間與高效率!使我們充分體會「從遊戲中學數學」的樂趣。

陀螺大「倒」~就是要「翻」!

以直徑4.00cm乒乓球作為球身、原子筆的塑膠筆心管作為轉軸,製作不同切口直徑及軸長的自製倒轉陀螺,並以自製發射器帶動自製倒轉陀螺旋轉,探討切口直徑、突出軸長與偏心率對倒轉陀螺翻轉的影響。發現倒轉陀螺必須兼顧球體的大小、轉軸長度、陀螺轉速等條件,才能從「轉軸朝上」旋轉,成功翻轉成為「轉軸朝下」旋轉。 我們製作出能最快翻轉成功的倒轉陀螺,平均只需約2.3秒就能翻轉成功,其比例為切口直徑2.00cm、突出球體軸長0.53cm;而翻轉成功後能繼續旋轉最久的倒轉陀螺,其比例為切口直徑2.00cm、突出球體軸長0.73cm,平均翻轉後還能繼續旋轉約17.3秒。兩者偏心率皆在0.37~0.39之間。 我們更進一步製作球體直徑10cm以上的大型倒轉陀螺,並將自製倒轉陀螺結合市購戰鬥陀螺的發射器,使自製倒轉陀螺更具科學性與娛樂性。最後我們從實驗中提出輕鬆快樂製作翻轉效果良好的倒轉陀螺要領,分享給大家。

弦...話家常

此研究為探討圓錐曲線與弦的關係,主要分為兩大主題,一為探討在平面上一點與圓錐曲線所成之任一弦,其中點軌跡及按任一固定比例下所成之軌跡圖形與方程式;另一主題為研究圓錐曲線所有平行弦之中點軌跡及按任一固定比例下所成之軌跡圖形與方程式。經過研究有些軌跡方程式非常複雜,我們透過 GSP 與 Cabri Geometry II Plus等兩套幾何繪圖軟體協助觀察。最後得知主題一以弦中點繪出的圖形具有不變性,而按固定比例下所成的圖形看似蚶線(點在圓內), 經過研究發現是不一樣的曲線(類蚶線), 其他這類圖形似乎和擺線有一定的關係;主題二以弦中點所得的圖形為圓錐曲線之軸,而按固定比例下構成的圖形一樣具有不變性。

屹立不搖-以積木模型模擬建築物探討地震S波的影響

本實驗目的在探討哪種建築結構可得到最佳的抗震效果,我們下載軟體(AccelView)測量地震時的加速度大小,自製滑車及橡皮筋製造震動平台模擬地震情況。實驗後發現(AccelView)軟體可測得精確的加速度大小經高精密度加速度感測器證明。建築座向需考慮台灣附近斷層位置,減少地震所產生的破壞。加強地基深度時,可增加建物的抗震能力。建物高度越低,底面積越大抗震能力越佳。目前常見的建物造型如L形、ㄇ形、H形、十字形、T形不影響抗震效果。建物突出造型,連結處會在地震發生時造成受損情形。當梁柱位置不對稱或梁柱不足時,地震會使建物產生轉動現象,容易因扭轉而倒塌。土壤顆粒較小的粉沙地質產生土壤液化,會使地震造成建物下陷或倒塌的結果。

醇醇欲動─乙醇燃料動力車之設計與探討

一、設計一自製動力車模擬真的車體,及底片盒製作簡易的引擎(燃料引爆室),再改良點火槍作為類似火星塞的引爆裝置。二、以改造的點火槍點燃酒精動力車,藉以探討燃料種類、濃度、揮發時間及燃料體積等變因對動力車速度的影響,藉以找尋乙醇燃料所能發揮最大動力下的條件。三、由於氣體膨脹後的急速產生的威力遠大於液體,所以我們便著手探討揮發時間對動力的影響。結果顯示,揮發時間愈長,動力愈佳。但有一上限,約在2分鐘後,效果便無太顯著差異。四、由實驗結果得知,在室溫(20~25 度)時,乙醇燃料受引爆而產生的動力,會隨著濃度增而提升,而相同條件之下,80%以下的濃度則需提高溫度才能順利產生動力。五、在固定體積的引爆室(底片盒)中,添加的酒精體積有一定的合適範圍,太少量不足以引爆,而過量的效果並無較好。

BlingBling的渦鞭毛藻-塔瑪亞歷山大藻的生物發光

塔瑪亞歷山大藻會受震盪刺激產生生物發光現象。本實驗為探討塔瑪亞歷山大藻的生物發光機制,設計震盪平台結合高感光度數位相機,藉照片紀錄其發光變化情形,並以Photoshop軟體計量各實驗組藻液的螢光亮度。實驗比較了不同細胞密度、刺激模式、光週期變化及光合作用抑制劑對其生物發光的影響。結果得知該藻只在夜間發光,並有跟隨培養期間光週期適應的生物時鐘效應,黑暗期愈長,其維持發光狀態愈久,天亮前自動減低其亮度且在晝間不發光。此外,細胞密度、電擊強度與其受刺激後發出的光強度成正相關、而刺激愈頻繁,亮度驟減愈快,需足夠的時間間隔以恢復應有亮度,推測其與螢光素、螢光酵素及能的消耗、復原有關。因較短光照期或在晝間加入光合作用抑制劑(DCMU)將降低其夜間受激發光的亮度,且與抑制劑濃度有關。

蒴果僅存-台灣欒樹蒴果在地面移動情形的研究

用自製風洞測試台灣欒樹蒴果,以白努利原理找出構造如何影響移動情形。發現:單邊易受氣流影響,移動距離遠;上反角的角度愈大,距離愈遠。而果皮寬與長的比是展弦比,越大的移動距離越長。表皮越平滑移動距離越長。而且種子的位置會影響重心,愈後方重心偏後移動距離愈長,而偏前,會出現飄動。當氣流通過蒴果表面,上反角大小會影響翼間渦流數量和擺動次數,造成翼面穩定度不同。

花仙子的美麗與哀愁

我們以不同濃度雙氧水來模擬逆境時的活性氧狀態,結果發現,20mM雙氧水會促進阿拉伯芥開花,50mM雙氧水會促進開花,但花會停止生長,高於100mM雙氧水會讓植物本身停止生長。維生素C則會抑制植物活性氧,20、35、50mM維生素C會抑制阿拉伯芥開花。同樣的處理,在矮牽牛上也有效果。利用早開花突變植物做維生素C噴灑試驗,發現阿拉伯芥開花抑制基因svp可能是活性氧下控制開花的重要因素。從晚開花突變株噴灑雙氧水的實驗結果中,也發現開花基因ft可能也參與在活性氧控制開花的過程中。總而言之,我們的實驗結果證明,低濃度的雙氧水可以當作低濃度活性氧訊號,促使植物提前開花。維生素C會抑制植物的活性氧濃度,進而抑制植物開花。

鹹「魚」翻身,「海」好沒「塑」~以廢棄魚骨與海藻酸鈉製成生物塑膠之探討

全球每年生產塑膠製品約1.4億公噸,而塑膠製品需要大約四百年的時間才能被自然分解,在海洋形成塑膠濃湯的情形,近年來環保意識抬頭,我們關心這個議題,因此本研究想了解如何利用生活中唾手可得的素材製造環保塑膠,從廢物中尋找可行的機會,從打魚丸刮除魚肉後所剩下的魚骨為材料,探討何種魚骨較適合製作生物塑膠,並探討加入魚骨後製成的生物塑膠的抗菌性為何;以何種材料作為魚骨黏合劑有較強硬度,如何增加魚骨塑膠耐重性,製成的魚骨塑膠耐熱性、耐酸性範圍以及魚骨塑膠的防刮性為何,進而瞭解魚骨是否有再利用價值,形成具有良好物性及化性的生物塑膠。