全國中小學科展

第三名

揭開謎底

二十九屆科展,我們得了很好的成績後,學校送我們很多書,有幾本是數學遊戲的書,我很感興趣,也常常拿出來研究,其中「趣味數學問題集」第二八八條「如何贏」是讓我又怕又愛的題目:「在圖的八個方格中,於 4,6,8 中放入三個棋子,甲、乙兩人輪流將棋子往左移,如果需要的話可以跳過一個或兩個棋子,但不得連跳,將最後一個棋子放入1格就贏了。甲總是贏得比賽,你是否能找出如何移動?」我和許多同學下過,但一直找不到必定贏的方法,而書後又沒有解答,只好去請老師幫忙,在老師的指導和同學的共同研究下,有了下面的結果。

醋鹽Cu(NH3)4SO4H2O製作方法之探討

在化學實驗第三冊實驗八之二,我們按照實驗手冊上的方法來製備錯鹽晶體,並觀察其晶型,而我們做出來的錯鹽卻幾乎看不出有任何結晶,只能稱之為一堆「糊狀物」經過探討是因乙醇加入速率太快,故不能得到漂亮的片狀晶體,所以用半透膜來改進這項缺點,並且對於為何加入乙醇感到奇怪,經過老師詳細探討後,知道是乙醇的介電常數( dielectric constant )比水小的緣故,我們也曾試用無水 CuSO4(s)做實驗( CuSO4(s)+ 4NH3(g)+H2O→Cu(NH3)4SO4•H2O)但因 CuSO4是固態, NH3是氣態,故很難反應,於是改用CuSO4 · 5H2O及氨水來做實驗( CuSO4•5H2O + 4NH3(aq)→ Cu(NH3)4SO4.H2O+ 4H2O )結果反應可以進行。

追風逐電-無扇葉型風力發電機

鑒於人類用電的需求,能源枯竭,人類急尋解決方式,再生能源成為風潮,環保發電方式推陳出新,如何利用再生能源是現今重要的課題。 實驗利用卡門渦街,使中柱振動帶動磁鐵而發電。和有扇葉風力發電機相比,有噪音小,體積小,製作成本和方法容易等優點。 為增加發電量,須讓振動物有更大的振幅及頻率,需利用「共振」的現象加強振幅,振動裝置運用中柱的彈性來產生擺動,藉由改變各種變因尋求最大的發電效益。 實驗中,找出了感應電動勢會正比於振幅的1.5次方、頻率的2次方。且發現以截面距為9cm、自然振動頻率為2.1Hz,放置於軟風(0.4~1.1m/s)下,會有較佳之發電效能。未來期望做出即使自然條件變化也可做出調整的無扇葉型流體振盪發電機。

人工智慧化病毒掃描系統開發與探討

一個優良的防毒軟體應該要盡可能的減少病毒對電腦造成的損害,然而面對千變萬化的網路世界,必要先發制人的預測病毒,本研究基於機器學習開發一套智慧型病毒掃描系統,運用人工神經網路訓練模型,進而由大數據進行預測。 本專案分為兩個階段,第一層是基於檔案中的各種特徵做靜態分析,第二層是基於執行檔做動態行為分析,且兩者皆採雲端化架構。 雲端掃毒雖非創舉,但本系統有著極高的病毒偵測能力,且無大量資料庫做後台比對,再複雜的變種病毒都難逃本程式法眼,以前陣子鬧得沸沸揚揚的Wanna Cry勒索病毒為例,我們獨自研發的人工智慧病毒掃描系統在沒有看過其原始碼的前提下,就能將其揪出並加以制止。

母親的叮嚀

從小時候起,每當吃飯時,母親總對我們說:吃飯要慢慢吃,多嚼幾下,這樣可幫助消化。我們都以母親的話做,但却不了解原因,剛好在白然科學第七冊裡,談到飯經咬嚼後叫消化成葡萄糖,可由本氏液交互作用中顏色的改變而知道。在做這個實驗時,我們發現液顏色的政變情形是由淺藍一淺綠一黃綠一土黃一紅。而且飯中溶液顯色的改變有所不同。是不是飯裡葡萄糖不一樣多?還是有其他原因?如果吃飯時多咬嚼幾下,可否使飯產生更多的葡萄糖?那我們能否由與本氏被交互作用中顏色的改變而知道嗎?為了能親身體會媽媽這句話真實性,我們在老師指導下,做了以下的研究。

身邊被遺忘的「氣質」

由於北京奧運的空氣品質報導,讓我們對家鄉的空氣品質感到興趣。我們從十年來台中市空氣品質的變化為探究的起點,然後探討颱風和空氣品質的關係,最後從實測來分析不同時段及地區的空氣品質好壞以及針對影響空氣品質好壞的因素作進一步探究。經過一連串的資料統整,及近一千片的落塵樣本分析,我們明白了台中市近幾年來空氣品質已有逐年改善的趨勢,以及並非每一個颱風都會為台中市帶來較佳的空氣品質,而其中的颱風路徑是一個重要的因素。此外由實作調查發現不同時段的空氣品質差異;天氣、地形等都可能是影響空氣品質的因素之一。

窺視星際的小眼睛-固定天域攝星系統

從古至今,天文知識大多都是透過肉眼觀測,但畢竟肉眼所見的範圍有限,可視星等不高,直到天文望遠鏡的發明,將人們的視野拉的更遠的星體,然而對於較暗的天體或較暗的星體還是有觀測的極限,另一方面也無法詳實的紀錄。直到發明了攝影技術,人們才有機會把一些天上肉眼難以分辨或看不見的天體拍攝紀錄下來。當攝影科技進入到CCD 的時代,拍攝一張天文照片已經不需要再花費大量的時間和體力,就可以記錄天文的現象。主要是CCD 的感光效應比傳統底片來的好,感光的時間也不需要太長就可以有相同的影像呈現,且可以直接以電子檔來儲存和分享,這些都是傳統底片所比不上的。然而天文攝影用的CCD 攝影機十分的昂貴,往往動輒數萬塊。所以我們嘗試的使用Webcam 的CCD 來改裝成可以用來拍攝天文照片的攝影機,驚覺效果可以媲美天文用的CCD 攝影機,而且價格低廉,只需自行改裝,不需要花大錢也可以做出一台屬於自己的Webcam CCD 天文攝影機。本系統主要的目的是修改Webcam使其能夠進行長時間曝光的功用,並套用於短焦的相機鏡頭做攝影機,利用網際網路遠距控制赤道儀上調整赤經、赤緯座標,將攝影機定在固定的天域位置來進行拍攝。藉由拍攝的天體或星體照片,供做後續的研究及分析,主要可應用於小行星、彗星及暗星體的觀測、發現及研究,甚至模擬超新星的發現。

百「絲」莫解--黑棘蟻(Polyrhachis dives)蟻絲蛋白探秘

在蟻科(Formicidae)中的山蟻亞科(Formicinae)這個類群,終齡幼蟲會用絲腺分泌的獨特絲質纖維將本體包裹,形成蟲繭(cocoon),這本來是很容易讓人理解的,但是,棘山蟻屬(Polyrhachis)的工蟻卻能操控幼蟲使其將奈米纖維狀(nano fibors)的蟻絲蛋白塗布蟻巢內部形成膜狀物,這種由工蟻調控幼蟲改變棲息微環境的進化情形更甚南美洲的織工蟻,而且罕有人研究。本研究嘗試水解蟻絲蛋白進行各項試驗,另發展大量取得乾淨蟻絲蛋白膜的人工養殖技術,同時詳述黑棘蟻幼蟲吐絲的習性,以及利用工蟻來調整控制蟻絲蛋白膜的生成和成品的功效,讓蟻絲蛋白的研究,奠定發展的基礎。

平行光反射後形成焦線的研究

學校的教材中都只提到凹面鏡有焦點,但都沒有提到何種凹面鏡才會匯聚於焦點。但經過本研究後,我們發現其實光射入很多曲面後,除了拋物線外,並不會匯聚在一個焦點而是會匯聚成一條焦線。本研究藉由數學計算來推導出平行光射入幾種中不同的二次曲線後,形成的焦線之參數式。之後再藉由電腦繪出焦線的圖形,並加以討論。最後,將之前的推導出的二次曲線的焦線,加以推廣,討論若平行光射入由該二次曲線垂直堆疊所形成的曲柱面後,會匯聚成怎麼樣的曲面。

骨牌與撞擊原理在日常生活中的研究和應用

(一)弟弟在電視看到骨牌表演覺得很好玩!想再試試,正苦無材料時,書桌堆滿了一堆音樂、故事 … … 等錄音帶及光碟、磁碟的匣子,他們的形狀大小、體積重量看起來都差不多,是很好的骨牌材料。 (二)媽媽時常叮嚀我們聽完的錄音帶要放進錄音帶匣子,並且要按照種類、單元順序排列好,一方面不會佔用太多空問,一方面也可以節省取用時間,要我們到百貨公司看看有沒有收容這些束西的器具。