全國中小學科展

佳作

瑕疵之美-矩形磚牆瑕疵線的探討

對於任一矩形磚牆,為了尋找如何用1×2的磚塊砌成沒有瑕疵線磚牆的策略。本研究發現:一、可以畫出沒有瑕疵線的磚牆最小規格為5×6(奇數×偶數型)或6×8(偶數×偶數型)的磚牆。二、(一)、在p×q磚牆中(p為奇數、q為偶數),若滿足條件p×q≧4p+3q-8,則當此磚牆被1×2的磚塊填滿時,必可以排出沒有瑕疵線的磚牆。(二)、在p×q磚牆中,(p、q皆為偶數),若滿足條件p×q≧4p+4q-8,則當此磚牆被1×2的磚塊填滿時,必可以排出沒有瑕疵線的磚牆。三、對於一奇×偶或偶×偶的磚牆(最小規格分別為5×6或6×8),必有策略可以畫出沒有瑕疵線的圖形。

鬼謎藏

我們這次的作品是探討一個撲克牌遊戲-抽鬼牌,其規則如下:一副撲克牌五十二張,外加兩張鬼牌,共五十四張,隨機發牌給二人各二十七張,發完牌後手中的牌同樣點數的兩張必須要丟出,之後兩人輪流抽對方的牌,且抽完牌後一旦手中有同點數的牌就必須丟出;玩到最後,一方手中沒有牌的人為贏家、另一方手中剩下兩張鬼牌的人為輸家。我們的目標是求出拿到各種不同牌型時,贏的機率是多少,最重要的是:找到這個撲克牌遊戲之贏的機率的函數。在求的過程中,我們一開始先畫牌組的樹狀圖並計算贏的機率,觀察機率的值,試圖找出其規律;後來由樹狀圖發現了牌組和牌組之間的遞迴關係,於是我們開始想辦法解遞迴數列,其難度甚高,讓我們苦惱了好一陣子,很高興能堅持到最後,完成這份作品。

再翻出一片天

m 個杯口向上的杯子,每次翻轉 n 個,讓所有的杯子朝下最少需要翻轉幾回合?去年的全國科展有一優勝作品,探討的正是這類問題。經過研究,我發現該文因較缺乏系統性,沒有提出快捷翻轉杯子的策略,在未證明翻轉次數確實是最少的情況下,即從所得數據歸納最少翻轉次數的公式,所以沒有發現部份結論有誤。一般研究杯子翻轉的問題都是在每一回合計算正反杯的數量變化,可是當杯數和翻量變大,這種計算杯數差的方法會十分複雜。因此本研究創造了三種特殊且簡易的操作法,分別稱為折半法、對稱法及折半法+對稱法。文內將介紹如何用這幾種快捷的翻法解各類型翻轉杯子的問題,並證明所得的確實是最少翻轉回合數。最後,本研究還會討論以連續數翻轉杯子的延伸問題,並設計一些生活應用題,以推廣研究的結果。

比潘朵拉之盒更神奇-自動抽空氣的收藏盒

我想設計製作一個能自動抽出部份空氣的收藏盒。我希望這個收藏盒能夠一直保持在固定的較低氣壓(和自然環境比較起來),如果它會滲入空氣的話,我希望當滲入的空氣達到一定的量,它會再自動抽出空氣。我利用四年級自然課所學習到的馬達和電路的開與關和幫浦,再加上我自己想的薄膜型氣壓反應裝置(利用手術用手套製成),經過許多次的修改、調整,才完成這個新發明-會自動抽出空氣的收藏盒。接著,我要用自製的收藏盒來存放食物類和金屬類的東西,來比較它的防霉、防鏽效果是否優於一般的保鮮盒。

馬上 SHOW

想測出自己騎鐵馬的最高速度嗎?想知道如何提高騎鐵馬的安全性嗎?想要測出自己騎鐵馬騎多遠嗎?如何電子防盜?背景簡介:在現今的社會中鐵馬成為人們用來代步或休閒的工具,也在各各地方出現了腳踏車步道供人們休閒,而我們的專題主要是要增加騎乘鐵馬的安全性以減少危險發生,我們也做了防盜功能減低鐵馬被偷的機會。創新所在:一、車燈安全系統:用大家習慣的紅綠燈使別人知道目前的騎乘狀況。二、車速安全系統:以車速於 35km/h 當作警訊以之減速。三、防撞車安全系統:以紅外線感測並用聲與光讓騎乘者知道後方有車靠近。四、電子防盜系統:當有人要偷車時,啟動防盜系統降低被偷的機率。

翻滾吧!「毛毛蟲」

這個研究從五上自然與生活科技領域中「力與運動」的單元出發,探究最佳翻滾紙彈簧的條件,及影響翻滾的因素。 『DIY』的樂趣,是我們研究這次主題“翻滾吧!『毛毛蟲』”的動力。使用容易取得的紙張,居然能做出有趣的玩具,實在簡單又有意思!首先我們從製作可翻滾的紙彈簧中發現:紙彈簧的內/外直徑大小、圈數和黏接方式都是製作紙彈簧的要件,其次我們也了解到重力、摩擦力、力矩,是紙彈簧翻滾的原因。透過實驗發現:紙張種類、紙張厚度與重量、砂紙粗細、斜面材質、斜面角度、翻滾的位置、不同造型都會影響紙彈簧翻滾的情形,利用前面的實驗結果,可以輕鬆製作出最會翻滾的「紙彈簧」。

隔不隔,差很多!

透過對擋風板的各種實驗,探討是否能減少風、雨對人的影響,找出最適用於各種地區的擋風板。我們得知:1. 擋風板能減少機車行進時,風、雨對人的影響,前座位置所受風、雨的影響最小。2. 擋風板的高度、寬度和溫度變化、受雨量成負相關。(1)擋風板的高度:人坐在椅座上半身的高度比多風地區約為0.9:1 ,多雨地區約為1.6:1 ,一般地區約為1.25:1,效益最大。(2)擋風板的寬度:人坐在椅座上的寬度比,在各地區約為1.25:1,效益最大。3. 擋風板的傾斜度、車速和溫度變化成正相關、和受雨量成負相關。4. 擋風板的曲度,縱軸:橫軸的比值為0.8,以擋風板曲面兩端2㎝往下15°時,效益大。5. 車速快,擋風板能發揮更大功用,受雨量的確減少更多。

消失星星的謎-背景光亮度、水氣、PM2.5對觀測星星的影響

本研究想了解不同因素對觀測星星的影響,我們採用實際觀測及模擬實驗進行研究。 我們發現觀測星星時,地面光害和月暈不會降低觀測到的星星亮度,但濕度、雲霧及PM2.5濃度會降低觀測的星星亮度,這些因素同時會增加背景光亮度,背景光嚴重的地區,背景光增加的亮度更多,使星星和背景光亮度相近,而 星星視星等/背景光視星等<0.8 時,人眼才易看清楚星星。 本研究特色: 1.自製的雲霧實驗腔,能在加壓後能進行絕熱膨脹相關實驗並進行攝影觀察。 2.能依據月相、濕度和 PM2.5濃度,預測本校操場當日夜晚「星況」。 遠程發展是依本研究之方法,繼續觀測不同觀星地點的環境條件,找出關連性,最終設計一個程式,讓人們能「依據天氣預報資料」評估當地的觀星狀況。

醇水之蒸

在實驗中,我們將探討拉午耳定律的偏差現象,測定混合液體的蒸氣壓、混合後的反應熱以及一系列的醇類之間關係,再比較不同種類的溶液性質。藉由實驗結果試著解釋為何蒸氣壓為正偏差的酒精溶液,混合後體積會減少以及為放熱反應。我們也將測量數種物質,包括有、無揮發性的物質,固定濃度的混合液體,改變其溫度,觀察蒸氣壓,分析其中的關係,並藉由數據推出關係式,並試著預測其沸點。最後,我們在實驗中發現,不同濃度的酒精與水混合液中,在特定濃度時會有混濁現象,我們去模擬內部結構,探討混濁形成的原因,藉由巨觀的現象去了解微觀的實際情形,使我們有更多討論的空間。

弧輪偵找—等腰三角形的擴張

本文利用尺規作圖的技巧求作三角形的第一型及第二型內接三角形,並擴展到任意凸多邊形。在第一型內接多邊形上找出其解的範圍,在第二型的順逆兩個內接圖形上,發現其解部分有共圓現象,部分有共橢圓或雙曲線的現象,直角△中有更多有趣的特性。關於正多邊形的第一型及第二型內接多邊形的尺規作圖,本文找到快速的畫法,並發現其解有許多特性。