全國中小學科展

第三名

「岸」藏玄機~探討在不同條件下離岸堤的作用

經過實驗的設計探討,我們發現:無設置離岸堤打上岸\r 的波明顯比任何一組有設置離岸堤的波痕高,說明了離岸堤\r 確實能阻擋海浪侵蝕海岸。而離岸堤的設置,在海岸旁的距\r 離、離岸堤間的間距、水中的高度、方位及消波塊的密合度\r 等都會影響到對海浪的阻擋效果。\r 研究結果發現:設置離岸堤較佳的條件是離海岸愈近、\r 離岸堤間距愈小、露出水面愈高、與海岸形成某種夾角、消\r 波塊的密合度越大及增加離岸堤長度都能增加阻擋海浪的成\r 效。但是消波塊使用的個數太多時,將造成成本過高及景觀\r 的破壞,也是值得考量的。\r 建議在未來設置離岸堤時也應將當地海水流動的方向、\r 海水潮汐高度變化等列入考量,以使「離岸堤」發揮最大的\r 功效。

冰風暴—液態二氧化碳冰敷包

在發生意外傷害時,冰敷包是緊急處理的利器,但是傷害發生在戶外活動時,往往無法及時取得冰塊進行冰敷治療,我們計算出人體皮膚單位面積的散熱量,並以它為基礎設計出一款新型的冰敷包,這款冰敷包利用液態二氧化碳(LCO2)汽化時產生的吸熱反應來降溫,符合「可攜帶」、「可長久保存」及「隨時可用」的條件,並製作樣品來證明它的實用價值,這對於經常從事戶外活動而又有受傷風險的人,實在是一大保障,在延伸研究中,我們以「液態二氧化碳冰敷包」為基礎,設計「液態二氧化碳冰桶」,使它更具有應用的價值。

神奇的金屬樹─鉛樹及銅樹的研究

在一次旅遊活動中,我們在百貨公司裡,無意中在商品廚裡看見在透明塑膠管中生長著美麗,光亮燦閃如樹枝狀及珊瑚狀的金屬樹,我們在嘆美欣賞之餘,推想這樣美麗燦爛的金屬樹到底怎樣製作?它的製作原理如何?有的細長如樹枝狀,有的大如珊瑚狀,為何有這樣的差異?如何使它成長更長的樹枝狀或育成更大更美的其他形狀?又製作時須要那些原料?那些條件?……我們就發生這種種的疑問,因此回家後開始搜集資料後得知這些金屬樹製作原理與種種疑題與理化課本第十九章19~2元素對氧的化學活性與金屬鹽的還原原理相關,因此我們就利用聯課活動,寒暑假時間進一步從事研究這「金屬樹─鉛樹及銅樹的研究」。

任意矩形的三階多米諾骨牌填圖謎題

三階多米諾骨牌(Tromino)填任意矩形R(m,n),m,n≧0解之謎是一個很有趣且複雜的問題。本研究利用塗色法、歸納法,巧妙應用矩形的上下、左右對稱特性,經過系統化分類與邏輯化推演,成功且完整求證下列三個以L-tromino填任意矩形的問題:一、當3|(mn-1),填任意移除一格小正方形的一階缺陷矩形問題。二、當3|(mn),填R(m,n)矩形問題。三、當3|(mn-2),填任意移除二格小正方形的二階缺陷矩形問題。本研究成功得證,並給出所有符合解條件的m,n及於矩形中任意移除一格或兩格小正方形且符合解的所有限制條件。

鼠力發電廠

我們從「附計次器的跳繩」和「手搖式免用電池手電筒」得到靈感,利用楓葉鼠會在夜間跑滾輪的特殊習性,設計了「老鼠滾輪計數器」、「老鼠滾輪發電機」和「老鼠滾輪發電機的充電夾」。實驗過程中,老師指導我們,利用齒輪可以傳遞能量改變力量大小的原理,將鼠力動能,透過「老鼠滾輪發電機」轉換為電能,儲存於充電電池中,再利用充電電池的串聯、並聯技術使電壓、電流變多,供應我們生活需求使用,這個奇妙有趣的實驗,給我們一次豐富的科學之旅。

虧格

學期末了時,老師鼓勵我們利用暑假時間,多做數學方面的課外閱讀,增廣見聞。暑假中接觸到了許多耐人尋味的數學題目,尤其對虧格問題特別有興趣,便引發了研究動機。

快,又有酵–廚餘堆肥快速發酵機

本研究的目標是改進廚餘堆肥的三大關鍵:微生物、溫度、翻動,製作一台可以讓廚餘快速發酵、變成肥料的機器。 我們在廚餘中加入好氧發酵菌,利用"溫度升高"來判斷是否成功發酵。研究發現加入「米麴菌」可以加快升溫、發酵過程;廚餘鹽分超過正常飲食23倍會阻礙升溫發酵;澱粉、蛋白質類的廚餘適合讓米麴菌好氧發酵。 接著根據米麴菌好氧、升溫的特性,打造了一台「廚餘堆肥快速發酵機」,讓廚餘可以定溫保溫、攪拌接觸空氣,我們還設計方法測量哪種攪拌爪最能均勻攪拌。結果3天就能把廚餘變成乾燥的肥料,而且用活性碳粉解決了臭味問題。 最後用自製廚餘肥料種菜,結果葉寬葉高明顯增加、更快開花結果。所以我們設計的機器真的是快,又有效!

翻滾吧!骨牌~旋風魔方陣

推推樂的連鎖效應遊戲是多數人對骨牌的印象,殊不知骨牌上的點數也可以營造出好玩且具思考性的數學拼組活動,有幸在去年高雄市的科展中看到多米諾骨牌的活動介紹,激發了我們深入探究的動力,因此以骨牌拼組的九宮方陣作為本次研究的主題。本研究將骨牌上的點數改換成數字模式,製作出整組的數字骨牌,進行九宮方陣的拼排,在窮盡所有的組合中,我們歸納出三大組型~對稱型、可逆型及單一型,並分別進行規律的分析與探究。再則,我們也發現同骨同 N 不同組法的骨牌組成元素及同骨不同 N 的骨牌組成元素,並利用自己研發的交錯搭配法來快速研判能否拼組成功。除了九宮方陣外,我們運用九宮方陣的性質延伸設計出更有難度的方連組型及風車組型,並將此本次的研究成果設計成五套益智動腦的遊戲組,讓大家一起來挑戰動腦筋。

果蠅

有一天,我和媽媽到水果行買水果時,看到在快爛掉的水果上有飛來飛去的蟲,有大有小,就順手用塑膠袋套了幾隻帶回家觀察,結果發現了這種蟲飛行時發出的聲音像蒼蠅,心想:「蒼蠅不是只愛吃腐爛食物和「米田共」嗎?怎麼也會要吃水果呢?」於是就上網查了一些資料,還請教了水果店的老板娘、也問了媽媽,最後請老師幫忙證實,才知道這些小飛蟲叫"果蠅"。因此我和幾位同學做了許多有趣的實驗來研究這些愛吃水果的果蠅。

由排容原理探討如何快速計算或預估“不大於A且與B互質之正整數個數”

令正整數B=q1β1q2β2……qnβn(標準分解式),其中q1(B)表示“不大於B且與B互質之正整數個數”,則由排客原理知 : ,......n,故 此即有名之尤拉方式,計算非常方便。但若給另一正整數 A ,令( A , B )表示“不大於 A 且與 B 互質之正整數個數”,則由排客原理知 若 ,同上面(B)推演過程,可得 ,計算亦非常方便。但若有某些 qiA ,則求( A , B )之計算過程將非常繁瑣,尤其當 A 很大或 B 之質因數個數很多時,計算將更可怕嚇人,因此引發興趣尋找“大量簡化計算ψ( A , B )式值”之方法。 另外,在習作課本第四冊 2 - 2 第 4 題, A = 1000 , B = 2 . 3 5 ,計算得( A , B ) = 266,無意中發現 A ( 1-1/2)(1-1/3)(1-1/5)=266.,與( A , B )之絕對誤差只有0.引發研究之絕對誤差之興趣。