全國中小學科展

佳作

兩同心圓系重疊形成曲線的研究

兩透明片A和B分別印著同心圓系,A的半徑依序為:λ1,2λ1,3λ1...B為λ2,2λ2,3λ2...。當兩透明片重疊時,會形成干涉圖樣,兩圓重疊處,形成加強性干涉,相當於水波槽實驗中波峰和波峰重疊形成腹點。此種干涉圖樣的最大特色為:移動其中的一片透明片,就會形成極大的圖樣變化。 本作品推導出一個四次極座標方程式,這個四次方程式滿足兩透明片重疊時所顯現的所有圖樣。我們證明: 1.若λ1 = λ2 則干涉圖形為雙曲線或橢圓。 2.若λ1 ≠ λ2 且A和B兩圓心的距離 = 0時,形成新的同心圓。 3.若λ1 ≠ λ2 且A和B兩圓心的距離 ≠ 0 時,形成類似心臟線或蚶線,我們證明在離圓心較遠處為蚶線或心臟線。

環保新能源

利用生活週遭的簡易器材,製做出簡易的風力發電機,觀察電磁感應的現象。做法:使用一般的十四吋風扇可產生四級到五級的風力,吹拂削刨出翼形剖面的四片木片,可產生最大的旋轉效果。將強力磁鐵固定在壓克力的轉軸上,外圍以0.8mm的雙份六層漆包線,放置在與磁鐵的最近的距離,製作三組磁鐵及線圈裝置,可讓風力發電機產生較大的感應電壓及電流。尋找理想的參數條件,設計出小型的風力發電機,觀察到明顯的交流電的變化。

西爾平斯基猜想(Sierpinski Conjecture)—未完成的埃及分數問題

此篇報告重點主要在研究「西爾平斯基猜想」: 西爾平斯基猜想(Sierpinski Conjecture) 對於任意自然數n≧5而言,不定方程式5/n=1/a+1/b+1/c均有相異自然數解。 得到相關的結果如下: 一、若n為自然數,則1/n=1/a+1/b+1/c至少有一組解。 二、若n為自然數,則2/n=1/a+1/b+1/c (n≧2)至少有一組解。 三、若n不是「6k + 1」型的自然數,則3/n=1/a+1/b+1/c (n≧3)至少有一組解。 四、設k為自然數或0,若n不是「60k + 1」型的自然數,則5/n=1/a+1/b+1/c ( n ≧5)至少有一組相異自然數解。

娃娃車安全系統

娃娃車悶死幼童事件時有所聞,但人們往往只記得一時的教訓,事過境遷悲劇一再重演。有鑑於此,本發明乃是要克服娃娃車悶死幼童的問題。當車輛熄火,且車門開啟且又關閉後,經一預設之時間後,當偵測車內仍有活體存在時,自動驅動喇叭警示,並且利用無線發射及接收模組將此異常現象傳送至駕駛人或園方即時處理。若經過一段時間仍無人前來處理或車內溫度上昇至危害活體之溫度,此時車輛之車窗將自動下降一定距離以供救援人員到達前車內活體呼吸及降低車內溫度,以避免悲劇的發生。

圓外切多邊形之旁心與內切點多邊形性質之研究

本研究從「雙心多邊形其旁心n邊形和內切圓切點n邊形面積成等比且相似」為靈感,將雙心條件放寬為圓外切四邊形,觀察面積等比關係是否繼續存在或作了何種改變,後來延伸到圓外切多邊形時發現奇數多邊形因為能證明旁心n邊形和內切圓切點n邊形相似,我們證明了其必為雙心多邊形,偶數多邊形因不相似,我們利用每一層圓心角的性質變化,觀察到偶數多邊形面積變化規則。

E 世代的風力

風力發電一般都使用細長形葉片,這種葉片承受風力作用效率較低,因此我們將細長形葉片,改為平面式葉片,此平面式的葉片利用偏心的原理,當受風時張開,逆風時能收平,以減少阻風力,藉此能提高發電機的發電效率。

待「石」而「凍」,熊「鈣」讚!

石花菜是臺灣東北角重要的漁村文化產業,其細胞壁遇熱90℃以上會釋出親水性黏性多聚醣-瓊脂,它的構造是由長鏈狀瓊脂醣和瓊脂膠所組成,當溫度低於45℃時,長鏈狀結構會因氫鍵結合成雙股螺旋狀,最後再變成網狀凝膠體,也就是我們俗稱的石花凍;而東北角常見石花菜-瓊脂含量多寡分別為:鳳尾>小本>大本,當瓊脂濃度越高,凝膠速度越快,硬度越高,但若釋出過程中遇到酸鹼,會因長鏈狀瓊脂醣水解而降低凝膠效果,且濃度超過30%就不易凝膠,但若石花菜在凝膠過程中遇到鈣離子或是帶二價正電的離子時,凝膠效果會更佳,其主要原因為帶二價正電荷的離子可以形成鍵橋連結水解狀態長鏈瓊脂醣的CH2O-,使長鏈狀可以較快速形成穩定的網狀結構。

「蒸」蒸「日」上

我們想利用太陽能來製造蒸餾水,其實原理很簡單,就是利用水的蒸發與凝結。實驗中發現裝水容器的『開口大小』、『顏色』與『材質』都會影響水的蒸發,但是要怎麼多收集一點太陽能、提升水蒸發的效果,是我們要努力的地方。我們自製了第一代、第二代與第三代太陽能蒸餾水器,不斷改良,增加製造蒸餾水的量。我們更利用溫室概念,使用太陽能板與燈泡增加內部溫度,也用可調整式反光片增加外部溫度。經過了實地測量,確實可以將泥水轉換成乾淨的蒸餾水。希望我們研究的概念與結果,將來能夠成為一股清流。

探討蝶豆花進行電解反應時內部離子與分子運動狀態

本研究結合電解反應以及蝶豆花遇酸鹼會變色的現象,讓正離子、負離子與不帶電分子此三類粒子,在膠體內的移動情形可「同時」透過「具體的顏色變化」來進行量測與分析。透過本實驗得知,蝶豆花膠體內部粒子受到電力作用、摩擦力作用(此處摩擦力指的是欲測量粒子在未摻雜質之蝶豆花內部所遇阻力)、濃度梯度、雜質散射等因素影響。同時,本研究也 將粒子在無電場下的擴散與在電場內漂移的兩種運動情形分別分析,並求出粒子在電場作用下的遷移率。若應用於教學上,可使學生對於電解質的解離與移動方式了解有所助益,未來另可對粒子移動情形如何受到熱效應影響做進一步分析,使理論更趨完善。

層出不窮?!

『美麗的幾何圖形,與數字的運算,這之間居然有著奇妙的關係!你相信嗎?』93年9月的科學研習期刊中的這句話吸引了我們的注意。只要在一個正方形的四個頂點處各寫下一個正整數,如1、2、3、4、…然後算出相鄰兩角數字的差,寫在四條邊線的中點,再以四個中點畫一個新的正方形,繼續重複這個程序,最後一定會出現一個四個角數字都相同的正方形。如下圖: