全國中小學科展

佳作

A.S.R.自動感測雨量控制系統

汽車擋風玻璃的清晰度影響駕駛行車的安全性,下雨天時,雨刷扮演著很重要的角色,但雨量時多時少,擋風玻璃上的雨刷卻無法適時的改變刮水速度。雨刷控制皆採用段位速度控制,無法適時有效的因應雨量多寡來做速度變化控制。本研究將傳統控制方式改以自動控制模式,駕駛者只要將雨刷段位設定於Auto檔位時,即可因應雨量多寡而自動操控雨刷擺動速度。雨水量大小能改變浮木高度並操控可變電阻位移量,藉此改變流進雨刷馬達電流而達到馬達轉速控制。測試結果與數據顯示,進水量與浮木上升高度呈線性關係,而電阻值的改變與馬達轉速亦呈線性變化,能完全發揮雨刷自動操控的主要功能。本設計名為:自動感測雨量控制系統(Auto Sensor Rainfall Control System,簡稱A.S.R.)。

城堡保衛

我們試著尋找所需最小的城堡個數以看守整個a × b× c (a,b,c ? N) 的長方體。在a = b = c 及a = b 的結果,而在a = b > c 與a > b > c 情形下我們得到了上界,其中a = b > c 我們更發明了區塊分割法來快速求解,此外我們運用clique polynomial的x多項式來描述a ×b× c 城堡數刪去的過程中完全圖分佈的變化,直到最後求出clique polynomial只有常數項的解。

色解(ㄐ一ㄝˋ)—以比色法測量奈米光觸媒分解染料色度之研究

環保署對於染料廢水之色度訂有排放管制標準,因此將染料廢水脫色再排放才能符合環保規範。本研究是利用奈米光觸媒置入染料溶液中,探討經紫外光照射後,不同pH 值與觸媒劑量對染料之脫色速率之影響,找出最適化的條件。並利用最簡單、低成本之比色法原理,將初始染料濃度與脫色之染料濃度高度比例可計算出其相對濃度。結果顯示TiO2\r 與ZnO 兩種光觸媒處理孔雀石綠與莧菜紅溶液之脫色,都可有效降解此兩種染料。使用不同光觸媒處理染料溶液之脫色,在不同pH 值下,皆有個別最佳使用量,因此處理時應視染料及奈米光觸媒種類而定,尋找出最佳化條件,以確保在最少光觸媒用量及最短時間內完成。藉此結果希望能夠運用在染料廢水處理上,以得環境保護之效應。

再探液滴的顯微投影世界

去年我們以學校以報廢的投影機內組件及顯微鏡自組出顯微投影機、自設螢幕及聚光散熱箱等,今年再與電腦融入教學設備接軌,將一滴顯微電解實驗透過電子螢幕與顯微鏡結合,可進行立即操作、力及觀看、同時錄影成影片的多重功能。而且經由以下重點實驗,成功的証明了『顯為一滴液滴的電解實驗是可行的!』1 微觀一滴汽水、硫酸銅溶液因在不同載物面上的表面張力不同而比較起泡、結晶分佈的差異性均頗大。2 加適當濃度的界面活性劑可是硫酸銅的結晶分布更為展開且愈趨透明。 3 外加不同距離、不同磁極下的磁場可影響硫酸銅的結晶排列 ,且不同接觸面材質排列亦有所不同。4.可做微觀電解一滴硫酸銅溶液的實驗探討,比較出外加與電極呈不同角度的磁場、提高溫度等均可減少電解硫酸銅溶液的反應時間、加快反應速率等不同程度的影響。5.也可做微觀電解一滴碘化鉀溶液的實驗探討,從電解產生的顏色變化更可看出令人驚嘆的畫面!

探索校園中七里香葉片上的「荷包蛋」和「味素」─月橘白輪盾介殼蟲

本研究目的是探討月橘白輪盾介殼蟲的行為及習性,以便找出控制牠的方法。研究發現雌蟲為漸進式變態,雄蟲為完全變態。在正常情況下,是行有性生殖,生活史短;但當環境中缺少雄蟲時,會行孤雌生殖,此時生活史較長。生長習性為雌蟲散生,無偏好在葉背或葉面;而雄蟲則聚生,喜歡寄生在葉背上。發現蟲害傳播方式主要靠風力將有蟲落葉吹至遠處,其傳播距離至少可達80公分。同一隻雌成蟲所產的卵為同一性別,且經由孤雌生殖產下的後代也出現同一性別,即為全雌或全雄。經過長時間調查發現牠們的天敵有雙斑方瓢蟲、黑背寡節瓢蟲、粉白小黑瓢蟲的幼蟲、四星小黑瓢蟲、墨黑異角蚜小蜂及塔六點薊馬的幼蟲。此外以錐形水柱噴洗葉子可有效去除蟲害。

運用之妙,存乎於「心」

在三角形第三點繞半圓的研究中,我們求出三角形五心座標的相關性質及公式,其中重心的軌跡是所繞半圓縮小1/3的半圓;垂心的軌跡圖形較為多變,其圖形和固定兩點所在位置有著高度的相關性,我們並試著用不同的方法證明垂心的軌跡方程式;外心是中垂線的交點,因此不論如何移動第三點,其交點總落在固定兩點的中垂線上,所以其軌跡不是一點就是一直線,且直線出現的位置也能證明出來;內心和旁心的軌跡類似,只有在固定兩點分居於直徑兩側時,才真正是一個90°的圓弧,而其餘皆不是圓弧。研究過程中出現許多繁複的代數運算,我們也嘗試用幾何的方法加以證明,希望”心”的性質更平易近人。

從”食”招來~二氧化碳的擇”粉”條件

本研究透過發糕來研究泡打粉產生的二氧化碳在麵糊內,如何影響發糕體積膨脹及裂痕情況,並找出各種麵粉膨發的最佳條件。透過實驗得到二氧化碳的最佳擇”粉”條件如下︰ 一、低筋麵粉︰糖60公克、水65公克溶解放涼,加100公克低筋麵粉與4%泡打粉攪拌6分鐘,麵糊完成後立即入鍋蒸20分。 二、中筋麵粉︰糖60公克、水65公克溶解放涼,加100公克中筋麵粉與4%泡打粉攪拌6分鐘,麵糊完成後靜置60分鐘再入鍋蒸20分。 三、高筋麵粉︰糖60公克、水75公克溶解,熱糖水加100公克高筋麵粉,攪拌9分鐘(倒數1分鐘加4%泡打粉),麵糊完成後立即入鍋蒸20分。 只要找到各種麵粉和二氧化碳的最佳配合條件,大家都可以做出”膨”而且”發”的發糕。

超重力鎖鏈-交錯排列結構對鎖鏈下落速度增加之探討

多個木棍以傾斜的方式,由兩側繩線固定形成一鎖鏈(如圖0-1),使其自空中自由落下,我們發現撞擊到下落面的木棍會因碰撞而轉動,拉扯連接木棍的繩線,使鎖鏈下落加速度大於重力加速度。本研究主要在探討此現象的成因,提出最合理的解釋,並研究相關參數之影響。我們比較以棉繩和釣魚線作為繩線來製作鎖鏈的差異,發現棉繩製的鎖鏈加速度達到一定值後就不再上升,且繩張力傳遞時間較長;而釣魚線加速度則會持續增加,且繩張力傳遞時間較短。進一步研究後發現,短邊繩長與木棍數會影響繩張力傳遞時間,而不影響最大加速度;木棍傾角會影響最大加速度,且有一最佳傾角,可以使鎖鏈加速度量值達到最大,而開始加速的時間在短邊固定時與角度無關。

“橋”與“路”

本文主要是要探討在兩岸平行河流兩側(或同側)的兩個地點間,應在河流的何處造橋,方可達到首要要求(1)造橋經費最省,次要要求(2)各地與各地之間造路經費最省,即以「最短總路徑」建立道路及橋樑之間的聯絡路徑、進而推廣至多地時應於何處造橋與如何構造「最短總路徑」。

利用因次分析法研究圓形水躍的變因

流量Q 的液柱由高度H 處流下,撞到水平板時,輻射狀的向外散開,在半徑R 處突然跳躍成一水牆,稱為圓形水躍。 我們假設影響圓形水躍的變因有(1)流量(2)高度(3)重力加速度g(4)黏滯係數ν, R= kQαHβgγνδ,先用因次分析法找出α, β, γ, 和δ的關係,再用控制變因法實驗,由logR 對logQ 圖, logR 對 logH 圖,及 logR 對logν圖得到α, β, 和δ。實驗的結果和近年來期刊上所發表用繁雜數學得到的公式甚為接近。 水和酒精的溫度改變時黏滯係數變化很大,甘油水溶液的濃度變化使黏滯係數的變化更大,用以探討黏滯係數對圓形水躍半徑的影響,效果很好。