全國中小學科展

佳作

叩頭蟲的彈跳力---生物力學

本研究目的在探討叩頭蟲彈跳的原理及影響彈跳的因素。研究中以機械模擬彈跳、環境影響彈跳高度以及所能承受的力等實驗來檢驗叩頭蟲彈跳的原理,並進一步探討其生態意義。根據實驗結果,叩頭蟲之所以能夠彈跳是運用了彈器造成反作用力,而溫度與地表等外在環境則會影響叩頭蟲的彈跳力,且叩頭蟲所能承受的力大約為自己重量的100 倍。此外,我們也驚訝的發現,當牠受到威脅及壓力時,叩頭蟲可以正面彈跳,這在我們所查到的文獻中均未記載,而且成功率高達53.65%。其主要的生態意義應與叩頭蟲的反面彈跳大致相同,是為了逃避危險。

藍色狂想曲-藍晒變色探究

藍晒圖是利用檸檬酸鐵銨與鐵氰化鉀調配成的感光劑,塗在紙上經過曝光、水洗、晾乾等程序,產生深藍色的影像而得名。藍晒圖的成功關鍵有四個條件:(1)適當比例的檸檬酸鐵銨與鐵氰化鉀混合的感光溶液比例60:40,會曝晒出最漂亮的普魯士藍。(2)太陽光是最佳的光源,且藍光是影響藍晒感光的主要色光。(3)最佳的沖洗液是中性1%的雙氧水溶液,顏色鮮明且艷麗。(4)藍晒圖的紙張選擇很重要,我們以紙張的吸水性、紋路、磅數來選擇最適合的紙張,日本水彩紙300磅就是不錯的選擇。藍晒也可以調色,用紅茶、綠茶等浸泡都有不錯的調色效果,藍晒調色也可以淡化、加深。用藍晒法可用來檢測市售抗UV產品的功效,也可以檢測紫外線指數。最後我們用藍晒法製作書籤和相片。

柏拉圖送禮

本研究探討「以正方形紙包裝正多面體」的問題。藉由拆解正多面體為展開圖的想法,將立體問題轉化為平面,再進一步分析展開圖的各種樣式,並利用各種方法找出展開圖的最小覆蓋正方形,得到本研究的答案。其中本文所提及之「四邊形固定法」與「貼邊固定法」可作為一般化尋求最小覆蓋正方形的工具。

天蠶外傳~蠶繭的研究

在一年多的時間裏,我們觀察和培育了三個世代的蠶兒,參訪了台灣池上、苗栗及中國北京的蠶桑養殖場或展示中心。(09 )(11) 這段期間,我們不斷在「產生疑問─獲得解答」的過程中循環,其中對於「圓繭的存在價值」的疑問最大!我們藉由觀察、對照比較和設計一些理化實驗,發現圓繭具有多項優點,首先,可以讓蠶家族相當安全又舒適的完成變態;其次,圓繭在物理上的很多特性,如果人類能善加利用,相信會有遠遠超越僅將蠶繭發展在紡織業上的成就。

3D列印殼不殼以成家呢?~南部地區陸寄居蟹棲地與寄居外殼研究

看見寄居蟹住塑膠殼以及大家想為寄居蟹募殼或列印3D螺殼的報導,因而實地到墾丁後壁湖、青年活動中心、西子灣三地進行棲地調查,透過螺殼種類分析、形質測量、選殼實驗等方法,測試陸寄居蟹對外殼的選擇偏好與適合度。結果顯示寄居蟹喜好透水性佳的礫石底質。短腕陸寄居蟹為陸棲性,寄居螺殼以陸生蝸牛為主;灰白陸寄居蟹偏半陸棲性,寄居螺殼多海水螺與淡水螺。寄居螺殼殼口寬與寄居蟹前節長有正相關。選殼時喜好右旋、空間大、殼口寬、無破損的天然螺殼。小型寄居蟹對3D列印螺殼適應力較高;大型寄居蟹無法入住3D列印螺殼的原因是ABS塑膠及PLA木料材質密度小、摩擦力低易導致進住螺殼時重心不穩或滑倒,對3D列印殼的適應性以藍紫陸寄居蟹最佳。

有跡可循─C/2004 Q2 (Machholz)彗星軌道之研究

適巧Machholz 在去年8 月發現新彗星C/2004 Q2,而IAU 公佈其軌道根素,言明Q2 為拋物線軌道,永不回歸。本研究以14 次彗星觀測,以Find_Orb 程式計算Q2 軌道根數,並分析軌道變動性及可能原因,進一步驗證萬有引力並尋覓可能之擾動因素,同時進行了彗星運動模擬。結果顯示:Q2 軌道為橢圓而非拋物線。各根數中,a 變動稍大,其餘誤差小於2 %。軌道形狀雖有不同,但不改變與黃道相對位置。再者,Q2 近、遠日距為1.2、114AU,回歸週期438 年,表示它來自歐特雲,屬週期彗星。又因Q Q2 與地球軌道相距0.3AU,並不會造成流星雨。以星曆表做靈敏度測試,顯示本研究相當準確。在三點軌道計算,若時間取樣適當,根數並無明顯誤差。因Q2 到訪不久,引力攝動不明顯;由Q2 亮度對時間作圖可知Q2 亮度屬規則變化,故Q2 受非引力影響極微,後續應著重引力攝動項。將來Q2 軌道會如何呢?有待後續追蹤。

大自然的甘泉-竹霄地區浣衣池地下湧泉之探討

霄裡地區舊有「看不盡的霄裡田,吃不完的霄裡米」的稱頌,地下湧泉扮演重要的給水、灌溉功能。本研究以浣衣池地下湧泉為核心,分成四部份研究:一、調查浣衣池的數量及位置。二、探討湧泉水形成的原因,瞭解所在土層分布,透過實作湧泉模型呈現其原理。三、將湧泉水、附近水體和自來水進行水質檢測與分析。四、採集該區的土壤,製作簡易雨水滲透模型,並檢測流出的水質。 調查發現:竹霄地區湧泉分布於中壢台地下方的坡崁,是因地勢造成高度差而自然湧出。湧泉水質經檢測,發現和自來水數據相近,是乾淨的水體,為探究原因,我們用連通管原理,製作模型模擬湧泉從土壤縫隙流出;從簡易雨水滲透模型過濾後的水質,也比原本的水質乾淨。

一步一腳印-探討方格棋盤中各種路徑問題

在這次的研究中,我深入的研究三種結論:第一,路徑的步數和最大公因數有關。第二,圖形最後會回到起始點,之後路徑就會重覆。第三,如果起始點不同,圖形看起來似乎不一樣,但是實際上是有關聯的。而在同一個棋盤中所有的圖形數也和最大公因數有關。而且,很多圖形看起來好像是無關的,但是我歸納出7種基本圖形,所有的圖形都是這7種圖形延伸和擴展出來的。最後,在棋盤中,不同的起點會出不同的圖形,當然有些是相同的。我也發現到不同起點但是圖形相同也有規則,剛好形成S形的排法。這些結論其實和線對稱有很大的關係,利用線對稱的想法可以解釋出很多規則。而且,所有的棋盤可以看作是某一個正方形棋盤的延伸。

大有「旋機」—透過旋轉式機制重新探討機翼升力

在本實驗中,我們將測量升力常見的「懸吊式」裝置改良為「旋轉式」裝置,透過馬達轉動,會產生電力的原理延伸:以馬達為主體,並將機翼接於馬達上,此時產生的電流大小,即定義為機翼升力大小。並配合月曆紙與珍珠板所製作的環保風洞,測量不同長、寬及弧高位置的機翼,更透過雙腳釘更進一步的測量前、後掠式的機翼升力,也另外探討了表面材質對機翼升力的影響。

航向未來-羅倫茲力電磁船

電磁船是一種性能優異的未來船艦。在各個先進國家陸續展開電磁船研究的同時,我們也嘗試利用自己動手做的實驗模型、裝置來進行電磁船動力性能的探究、分析。實驗發現:電極材質的種類會造成電磁船推進力和電極損耗的差異。各種實驗材質中以鋁‐銅電極的推進力最為理想;石墨‐銅電極在損耗方面最具優勢。實驗變因中,電流、電極表面積、磁鐵數量都和推進力呈正相關;電極間距、電極寬∕長比值和電磁推進力則呈負相關。其他的環境變因如海水鹽度、溫度以及船本身的推進角度對於電磁船的動力性能也都有一定程度的影響。