全國中小學科展

佳作

九尾謎咒

在撲克牌遊戲中,我們選擇了一個單人撲克牌遊戲,找尋在這40 張牌中迷人的規律。遊戲中發現要玩出一個結果似乎要花費很久的時間,並且也很容易失敗,所以我們簡化遊戲規則,讓完成的牌組不再循環,剩餘牌再重新排起。規則簡化後,不僅更快完成,並發現從中可找出最簡化的結果,40張牌可找出13組牌組,還剩一張固定剩餘牌3。接著我們討論出三種方法來觀察遊戲所遵循的規則,第三種方法可以找出一個規律,讓我們確定此遊戲的剩餘牌為3。得到遊戲規律後,我們試著以八尾來做推論,並試著將規律推測至所有的數,發現過了五以後,就不可能出現剩餘牌。我們很高興,以後這個遊戲可以不用侷限在九尾了,可以換作八尾、七尾,甚至只有一種可能的五尾。

凍結pm2.5

上一屆作品「pm2.5遠離我」,探討如何藉由通電的金屬網吸附pm2.5,達到約32%的過濾效果,這次利用冷凝的方法來降低pm2.5的濃度;大約可以平均降低63.4%左右;過濾時, 大氣中水氣相對濕度愈大,過濾效果愈好;測量被吸附的水滴中,含有更多空氣中的雜質;最後探討在室溫不冷凝的狀況,只用水過濾,過濾效果仍有37%,這可以減少因為冷凝而耗費的能源。在密閉空間中自然蒸發樟腦油或是薄荷油等,即使氣味濃烈,偵測不到氣味分子的數值,但是加熱使蠟燭蒸發或是燒2張A4紙、線香,都使密閉空間中pm2.5數值飆高至危險值的10倍左右,幸好用水或甘油過濾都能有效降低。

風狂寶寶巴士-寶特瓶動力車初探

本實驗使用寶特瓶及其他生活中隨手可得的素材製作寶特瓶動力車,藉由改變輪子設計,如輪子寬窄、車輪紋路及路面材質設計等,來了解車輪與路面對動力車行進快慢的影響。再改變動力風扇葉片的構造設計,以改變風扇大小、葉片數量、葉片彎折角度以及葉片造型等方式,來探討風扇葉片對動力車行進距離與速度的效果。實驗結果發現:使用窄輪子的行駛距離比寬輪子長;加裝橡皮筋在輪子上時,胎紋為1條橡皮筋的行駛距離最長;路面部分,動力車行駛在美耐板路面上的距離表現較佳;風扇部分,則以直徑13.5公分、8片葉片、葉片呈現80度彎折角度以及裙子型的風扇葉片組合,能使寶特瓶動力車行進更遠,速度更快。

「雨」出驚人—台灣地區降雨型態及變遷的探討

本研究利用中央氣象局2003年至2010年日雨量資料,選擇20個測站進行分析。首先以降雨相關性分析而言,較高相關性天氣預報區域,可分為北部及中南部地區,而恆春半島可另外劃分成一預報區以提高預報精準度。再者,我們訂定降雨空間與時間指標,並依兩種指標繪成指標特性分布圖,且從圖中的趨勢線判斷出四種降雨型態,像是受到地形及季風影響在各雨季表現差異外,也可以發現山區較易出現異於其他地區的空間降雨。另外,從8年所有地區降雨變遷線發現台灣地區降水趨勢一致,若能分析數個區域的雨量升降趨勢,就足以代表全島的雨量變遷。最後,我們分析30年的長期雨量,發現降雨天數略微下降,但在夏季的降雨量有顯著增加趨勢,而乾季的雨量卻有下降趨勢,顯示未來乾雨季將更加分明。

物換星移 折折稱奇

本研究利用幾何和代數的方法配合Corel Draw 繪圖軟體突破一般探索星形內角和公式的範圍,從直線星形延伸探討至折線星形。另外,使用GSP 繪製星形,用以呈現折線星形的動態漸變過程,且驗證公式的正確性。主要的研究流程及結果如下:1. 直線星形種類:首先,利用正N 邊形的外框,固定相隔L 點連線即可完成星形。經推理和實際連線的結果,最多可連出[(N-3)/2]種。2. 探討直線星形內角和的一般性公式:無論星形內部的層數存在與否,可證得任意N(L)星形內角和公式為S(N,L)=(N-2L-2)×180°。3探討折線星形的一般內角和公式:當星線為一個折點時,任意N? (L)折線星形內角和為S?(N, L)=Q? (N, L)-(2L+2)×180°,其中Q? (N, L)是折角總和。4. 在一個折點,且折角均相等的條件下,正N? (L,K)折線星形內角和為S?(N, L,K)=(NK-2L-2)×180°。其K 值的變化範圍(2L+2)/N ?K? 1+2(L-[L/2])/2,星形變化的範圍為正N 條放射線至正N([L/2] )直線星形之間,在這個變化的範圍中除了包含了不同層的直線星形([(N-3)/2]- [L/2]+1 種)外,層與層之間尚存在無窮多個星形。5. 當折線星形具 M 個折點時,一般的星形內角和為S?(N, L,M)=(N(1-M)-2L-2)×180°+ Q? (N, L,M) ;而當M 個折角均相等時,正N? (L,K,M) 星形內角和為S?(N, L,K,M)={N[MK-(M-1)]-2L-2}×180°。

風塵僕僕—以PM10探討大陸沙塵暴對臺灣的影響

本研究利用PM10值的逐時資料,探討1996年至2009年間,臺灣地區發生沙塵暴之時間與空間的分佈特徵。本研究獲得重要結論如下:一、 沙塵暴好發於春夏交替之際,北部區域受沙塵暴影響最為明顯;南部區域次之,東部區域和南部區域相似。二、 沙塵暴嚴重影響的區域分布類型共可分為10類,最常發生的類型為「北部區域嚴重影響」。三、 2004年沙塵暴發生次數最多,但強度方面卻較為不顯著。四、 馬祖測站PM10值上升的時間大多較北部區域為早。五、 沙塵暴逐時分布特徵之分析,可將逐時濃度變化分為7種類型。風向的變化可能是造成類型變化的可能原因。六、 到達臺灣的懸浮微粒含硫化物的比例較高,導致臺灣在沙塵暴發生期間SO2有增加的趨勢。

氫「氣泡」燃料電池

綠能環保意識抬頭,擁有無污染、單位能量轉換效率高等特性的氫氧燃料電池,常是陪伴在科學家身邊的好題材,但由於電池反應牽涉固、液、氣三態之間的非勻相接觸,所以真正在做實驗時,氫氧燃料電池「高能量轉換效率」的特色並沒有獲得完全發揮,一般研究大多在進行「固相」的電極改造,本研究則對「液相」的電解液進行改良,利用界面活性劑黏稠、易起泡的特性,將界面活性劑與電解質溶液混合,並利用電解時所產生的微小氣泡,氣泡為電解液、氫氣同時存在的狀態。氣泡包覆氫氣、增加電池三相接觸表面積,增加電池效能,並探討不同的溫度、濃度、電解質、氣泡大小是否會影響電池效能的升降,而推論造成上述影響的可能因素,並多方面地輔以佐證。

追「沙」-北海岸黑金再探秘

延伸去年的研究,針對新北市從西到東沿海12個地點進行研究。採用改裝瘦身震動帶的自製簡易分層篩沙器測得石門沙子平均粒徑最大,挖子尾最小。大園潮差最大但粒徑並非最小,因此沙子粒徑與潮差無負相關。沙子都含石英砂,而白沙灣的貝殼、珊瑚含量高,挖子尾則無。沙子密度與磁鐵沙含量並非完全一致,黑色的物質為磁鐵沙且純度低因密度都小於5.17g/cm³。模擬海岸坡度越大,不論粗或細沙在哪一種地形,沙子往外海移動距離越遠。模擬富貴角海岸以緩坡模擬浪從東北方來時,岬面上沒有沙,細沙往北及東南沿岸(老梅)移動;來自西北方的浪會使磁鐵沙堆積在左邊(白沙灣)。老梅磁鐵沙最多,因為有發源於竹子山的老梅溪及富貴角因東北季風作用漂移雙重影響。

萬縷牽(千)絲

我們主要是在研究絲與水之間的相互關係,我們分別觀察蠶絲、蜘蛛絲對水的附著情況,並比較兩者之間的蒸散速率,我們發現兩絲分別測量時,蜘蛛絲上所附著的水珠較多並也較大顆;而蠶絲則較小且較少,蜘蛛絲上水珠的蒸散速率較蠶絲慢。之後我們再將蠶絲、蜘蛛絲放置在一起做水的蒸散實驗,並比較放在一起測量時的附著位置、水珠的大小、蒸散的速率和分開做實驗有什麼區別,我們發現蠶絲和蜘蛛絲放在一起時,附著在兩絲上的水滴都較易被蠶絲給吸附去,但蜘蛛絲上水珠的蒸散速率較蠶絲來的慢,如果不只有附著力對其在作用,那又有甚麼原因會導致如此的現象呢?我們發現蜘蛛絲對水的附著力比蠶絲來的大,但絲的附著力對水的的影響有一定的作用範圍。

水中的吸塵器-黃花狸藻生活史觀察以及捕蟲行為與消化功能研究

黃花狸藻(Utricularia aurea Lour)為狸藻科狸藻屬,是臺灣瀕臨滅絕的原生的大型沉水性食蟲植物,目前的研究顯示,在台灣僅在宜蘭雙聯埤、台北士林、汐止的新山夢湖發現其蹤跡。它不僅與其他植物一樣能行光合作用,且能利用特殊的捕蟲構造,捕捉水中如孑孓等小生物,補充在貧瘠環境中所缺乏的必需營養元素,因此也降低了附近地區的蚊蚋數量。 本研究針對黃花狸藻的形態、生活史、捕蟲行為、捕蟲囊的消化及其原生地調查進行一系列的研究。在研究生活史的過程中發現黃花狸藻的花果期為6-11 月,此時花果挺出水面,在其他的月份全株會下沉至水底,打撈不易,因此野外取材最佳時間為花果期;此外,我們以水蚤及孑孓,餵食研究其捕食機制;以剛果紅-酵母菌溶液餵食得知其四臂腺毛的消化吸收功能;並以螢光分光光度計測定在捕食水蚤及孑孓2天及4天後,捕蟲囊內總蛋白的磷酸水解?及幾丁質水解?的活性。希望能藉此研究了解黃花狸藻的完整生活史,及有關捕蟲行為的形態構造和生理變化,未來可探究在各生長階段黃花狸藻可適應的環境範圍,為其在台灣的復育,及生態多樣性的維持上盡一份心力。