全國中小學科展

佳作

天羅地網-揭開校園二角塵蛛之神秘面紗

有一天,老師帶領我們介紹校園裡生物,同學們發現校園內有許多蜘蛛,而且網子和網子之間不僅相連在一起,還可以分成好幾層,真好玩!就像是在住公寓一般,網子中心處有一隻背上有兩個黑角的蜘蛛。\r 這是什麼蜘蛛?我們很好奇於是大家分別去找資料想知道這背上有兩個角的蜘\r 蛛,到底是何方神聖?原來牠叫做二角塵蛛,為什麼取做二角塵蛛呢?那些樹木、花草會有牠的蹤跡?大家也不太了解?!於是我找了好朋友組成研究團隊一起和老師來認識二角塵蛛。\r

圓錐曲線與作圖

尺規作圖定義可作出直線、圓及其互相的交點,而無法完整作出一個圓錐曲線,但在已知決定圓錐曲線的要素時,仍可利用尺規作出圓錐曲線上的點和切線。在圓錐曲線中,給焦點和給五點的初始條件其實是等價的,在參考資料 3 中已找到了給橢圓上五點求出兩焦點以及給拋物線上四點作出焦點頂點的尺規作圖方法;但是其中的證明程度稍高且過於繁雜,我們發現一種簡單的證明方法,並將類似方法延伸至雙曲線。後半部分討論作出圓錐曲線和直線、圓、圓錐曲線的交點的可行性,將尺規作圖應用在圓錐曲線上的情形作一個概括性論述。

泡泡面面觀

影響泡膜強度因素:1清潔劑濃度 2添加物極性 3 添加物H+濃度 4添加物分子結構 5 添加物礦物質濃度 6溶液、環境溫度 7 泡泡大小 8 泡膜厚度。 泡泡越大,泡泡內壓越小,泡膜膜壓越小。 相同大小兩泡泡相連,半徑不變,總寬度縮小為0.8倍。體積縮小,壓力增加, 大小不同兩泡泡相連時,小泡泡半徑變大,交界面凸向大泡泡,小泡泡內壓大於大泡泡。大泡泡再吹大,小泡泡半徑也變大,交界面半徑變小。小泡泡的半徑為R1、大泡泡的半徑為R2、交界面半徑R,其關係式接近(1/R)=(1/R1)-(1/R2)。 兩相同大小的泡泡合併時,泡泡越大、礦物質濃度高,合併機率高。 泡膜虹彩顏色越鮮豔,膜強度越強,膜越厚,泡泡不易破。

多功能抗眩膜的研究

一般陰極射線管(CRT)的電視螢幕易造成反射光線過強,使得眼睛刺眼而看不清楚螢幕的影像。但經過表面霧化處理的液晶螢幕,可以使入射光源產生散射,達到「抗眩」的效果。表面霧化處理,指的就是再螢幕上貼一張含微米粒子的薄膜。PDA(Personal Digital Assistant)或觸控式面板,螢幕除了要求抗眩外,更要求高硬度。本實驗利用「實驗設計法」設計實驗組別,將奈米粒子、微米粒子、膠、含氟的矽烷類、溶劑(IPA)等五種物質攪拌、塗膜、用紫外光照射使其發生聚合反應(高中化學下第八章),形成一張具抗眩效果的薄膜,再利用光學反射原理(高中物理上15-17章)測量薄膜的眩光度,結果約有一半組別(表一)均優於商業抗眩膜(眩光度2.6)。另外,我們利用不同硬度的鉛筆畫膜的方法測量薄膜的「硬度」,結果最高可以承受3H的鉛筆,而不會留下刮痕。之後,研究膜的「潑水性」的性質,結果「接觸角」大部分均大於100度最後,以IPA稀釋的配方塗在玻璃上,結果稀釋5倍後的接觸角仍然很大(>100度),撥水性質佳,可進一步應用在玻璃上。

精益求「晶」

我們延續自然課製作鹽的結晶實驗,嘗試進行明礬的結晶實驗,在購買材料時,意外的認識了「銨明礬」,才知道明礬其實很多種!我們很好奇究竟這種「食品級」的化學原料,能不能也變成吸睛的美麗結晶?經過一連串的實驗後,我們發現:1.銨明礬的溶解度會隨溫度升高而明顯的增加,很適合用來進行冷卻結晶的實驗。2.冷卻速度或震動都會使銨明礬水溶液變得不穩定而容易析出晶核,使得結晶顆粒多而細小。3.附著物的材質會影響結晶析出附著的效果;附著物在水溶液中的空間結構,如形狀、粗細都會影響晶核沉降時附著的量,繼而影響總結晶量。4.洛神花、咖啡、鐵鏽等天然素材、食用色素、水彩等都可以讓銨明礬染色;其中以食用色素效果最均勻,成色效果佳。

雄蟻先成之矛盾與現實

本研究主要在探討不事生產的雄蟻,為何會違反漢彌爾頓定律,而在生殖季節前就提早出\r 現。我們除了觀察雄蟻先成的時間及原因外,還要進一步討論雄蟻的地位及其對蟻巢的影響。\r 從研究結果發現,雄蟻確實是會在生殖季節先產生,且數量會在生殖季前一年的冬天達到高\r 峰。雄蟻先成的情形在山蟻亞科中最為明顯,且食物多寡、聚落大小等因素都會影響其雄蟻先\r 成;而管琉璃蟻(Ochetellus glaber)的工蟻會在沒有蟻后存在的情況下,自行產下未受精卵。\r 先成雄蟻在蟻巢中的地位僅高於工蟻,並會隨著蟻巢生存壓力的增加而逐漸下降,最後工\r 蟻甚至會透過各種弒親行為來調控雄蟻的數量進而減少蟻巢的負擔。雄蟻先形成除了能確保在\r 非生殖季時蟻巢基因的延續以外,還能提早為生殖季的來臨做準備。

傑克密碼

「神奇的傑克」是上屆全國科展第二名作品,由於考慮其內容還有充實的空間,我們便決定以更有系統的討論觀點,來完成這份作品。我們的作圖方式是以傑克中心為標準,完整討論傑克結構九種不同連法下,向傑克中心的異側做正方形時,面積發展的關係與性質。由於以推理幾何驗證面積關係的過程,必須用到複雜的輔助線、且驗證步驟冗長,所以轉而運用「解析幾何」以簡化繁瑣的驗證程序。因為解決了坐標設定的問題,才得以為傑克結構開拓更大的研究空間。我們進一步以「解析幾何」討論向傑克中心同側做正方形時,九種不同連法下,圖形或面積發展的關係與性質。我們以MB(i)、MT(i)、MC(i)、NB(i)、NT(i)、NC(i)、HB(i)、HT(i)、HC(i)表示九種不同連結情況下的第i層四邊形;A[MB(i) ]、A[MT(i) ]、A[MC(i) ]、A[NB(i) ]、A[NT(i) ]、A[NC(i) ]、A[HB(i) ]、A[HT(i) ]、A[HC(i) ]表示九種不同連結情況下的第i層四邊形面積,最後整理不同連接情況下,同一層四邊形間的各種面積關係,「從一粒沙看一世界」,窺探永恆、無盡的幾何之美。

「倒」行「逆」施-從建模中看穿翻轉類型與結構

本研究透過函數模型的設計進行探討翻硬幣的問題,主題聚焦在翻動量為費氏數列與等差數列的情況。在費氏數列翻的方面,我們利用「逆推法」設計出「次數關係圖」和「奇偶函數推算表」,進行理論推演並證明出簡潔公式,由於我們的理論探討是架設在硬幣足夠翻的情況下,因此在進行實際操作時,還需要判斷究竟需要幾個正面硬幣才足夠翻,探討完後將所有情況分為五類。而等差數列翻,竟也可用相同的手法進行推演。此外,我們也找到了兩圖形互相轉換的問題解法,也就是完全創新的「比照圖」。

影像互動技術之應用

網路攝影機(WebCam)提供使用者便利的拍攝功能,價錢低廉也取得容易,目前已被大量建置在各裝置中。本作品主體為『以軟體結合網路攝影機,對影像進行色彩的分析、辨識』;本系統支援辨識多個指定目標,透過追蹤、分析色標的行為,可知指定目標之位置,並以此來完成指定的動作,建立出全新的使用者介面,讓系統能夠廣泛的應用到生活中。本組以此項核心技術,將資訊引導結合至醫療、教育、日常生活等方面,並完成相關的研究及應用,特別選出「復健輔助系統」、「兒童筆順輔導教學系統」及「影像追隨智慧載具」三項作品。本組期盼此項技術能廣泛應用,使生活更便利。

200 多年前生活智慧大公開-探討鹿港『曲巷冬晴』防風科學之玄機

本研究可以說是從「巷道來風」研究探索彰化鹿港的「九曲巷」的建築之玄機及「曲巷冬晴」的生活智慧。從發現兩邊高樓聳立,風力突然會變大,經詳細穿梭大街小巷注意觀察,發現在不同的地點,風力大小的確會有不同,對風為什麼會變大變小?是否受高樓的影響?略有所得,為了進一步解開此謎,首先從設計製作風力計開始進而設計6個實驗來驗證風撞到建築物後流動特性及各種型態的巷道會產生不同風分佈情形及風力變化情形;進而探討巷道建物高低、巷道寬窄、長短對風力強弱,風力流動情形,及巷道風通過連續彎道對風力變化的情形。同時從網站資料得知彰化鹿港的風情--「曲巷冬晴」。為了進一步瞭解「九曲巷」的生活智慧,特地到鹿港的「全盛巷」實地觀察、實測,研究--------。使大家對鹿港的特色及二百多年前防風建築科學有更進一步的認識。總而言之,在二百多年前,鹿港為了阻擋冬季強烈的海風(九降風),巷道設計採用T 型交叉方式,狹窄多折,建築房屋每建十間左右,巷道便一曲,這樣便能斷風沙,釀造春暖,連現代建築師對先民的建築科學都嘖嘖稱奇。