全國中小學科展

第三名

棋盤中的美好「缺」憾

本研究首先發現在n×n棋盤的所有和平排列(每行每列各放一個棋子)中,皆可找到不包含棋子的k×k正方形,同時得到n和k的關係:k的最大值為⌊√(n-1)⌋。 接著延伸這個題目,從找k×k正方形變成找(k×k-m×m)的缺角正方形。並在程式的輔助下,除了得到fa(k,m)和fb(k,m)的值,也可以知道n=fa(k,m)和fb(k,m)時放不下缺角正方形的和平排列,而基本上,報告的整體架構就分為兩個部分,證明每個(n+1)×(n+1)的和平排列都找的到,以及構造n×n的和平排列找不到(缺角)正方形。 f(k,0)=k2 fα (k,1)=k2–k fβ (k,1)=k2-1 fβ (k,k-1)=2k-1 fα (k,k/2)=k2/2

雙棋互動-在m×n的棋盤中,任意放入兩個不相鄰棋子放法之最大值

本研究探討在m×n的棋盤中,任意放入兩個不相鄰棋子放法之最大值。我們透過觀察、尋找關係、猜測、檢驗、證明以及公式的探究過程而得到計數公式,得到研究結論如下: 一、在不同大小的棋盤中,要尋找放入2個不相鄰棋子的放法之最大值時,發現圖形樣式法比階差法較快速,且可以由觀察圖形樣式的變化,而明顯的觀察到數量的變化。 二、在3×6~3×9、4×6~4×9、5×6~5×9、6×6~6×9的棋盤中,找到放入2個不相鄰棋子的放法之最大值,如表6-1-1、表6-1-2、表6-1-3、表6-1-4。 三、在不同大小的棋盤中,找到放入2個不相鄰棋子的放法之最大值與邊長的關係,其關係如陸-二-(一)與陸-二-(二)。 四、在m×n的棋盤中,找到任意放入兩個不相鄰棋子放法之最大值的計數公式,如表6-3-1,且加以證明。

六隻小豬的夢想屋-「三合土」灰漿探討與古建築復舊

我們的研究主要探討古建築「三合土」灰漿的施作與應用,並以實驗所得的「三合土」灰漿進行古蹟復舊。研究過程中,分別就「不同白灰配比」、「添加不同纖維材料」和「養灰」三個實驗變因進行灰漿的力學性質測試,希望由實驗過程得到灰漿的最適配比。進而針對「三合土」灰漿與現代建材-水泥的力學性質進行比較,並實際搭建古蹟建築。 研究結果顯示:(1)內層灰漿重量配比為,蚵殼灰:水:糯米漿:糖漿:麻絨絲=1:0.4:0.4:0.05:0.005。(2)外層灰漿重量配比為,石灰(養灰):糯米漿:糖漿:麻絨絲=1:0.4:0.05:0.005。(3)「三合土」灰漿在黏結力、結構強度透氣性三種建築需求上均優於水泥。(4)「三合土」灰漿可應用於古蹟建築的復舊與修復。

哇!在沙子裡泡澡~流化床應用之研究

本研究來自對網路上「流化床液體沙池」影片的好奇,想嘗試自製沙池,並探究沙粒種類、高度、排氣強弱及排氣孔距、孔洞尺寸、排列等因素,對沙池液體化影響。研究藉由對「沙池中物體拉動固定距離所需時間」、「沉入沙池物體減少重量」、「浮於沙池物體沒入體積」,定量測量沙池的阻力、浮力、密度等性質,並與「水」做比較,計算液體化程度。研究結果發現最佳沙池裝置為:用顆粒較小的沙、3mm最小孔洞、12cm適中沙面高度、6級最大排氣,排氣孔斜下的裝置,可獲得「阻力、密度約為水的1.5倍、浮力與水相仿」的液體化效果。最後研究以傾瀉實驗證明沙池除了具休閒娛樂功用,也能有效提昇運送固體顆粒的效率。

賊頭賊腦詭計多-應用機器學習軟體探索虎斑烏賊的捕食行為

我們探索虎斑烏賊捕食動態獵物行為,分析捕食策略,建立捕食行為模型。結合程式控制機械手臂帶動蝦子移動,高速攝影機連續拍攝烏賊細微行為變化,再藉助新近問世機器學習軟體DeepLabCut快速量化烏賊姿勢變化,並發展修飾演算法修正DeepLabCut輸出缺陷,提高辨識率,讓軟體動物烏賊的姿勢辨識首次成為可能,從而建立分析捕食行為的大數據。烏賊捕食動態獵物時嘗試與獵物同步行進,即使烏賊已游進它的攻擊腕可觸及距離,仍有漫長的捕捉等待時間,創造同時滿足注視與定位獵物條件的最佳捕抓時機,才在視覺回饋參與下射出攻擊腕捕捉獵物。我們依此提出新的烏賊捕食行為模型,可以同時解釋動態與靜態獵物的捕食行為。我們認為烏賊等待最佳捕抓時機的策略是智力的表現。

駕著手機 乘著光 飛向類3D的世界

本研究探討「浮空投影」相關原理,並比較浮空投影器效果之影響因素,含不同斜面角度的四角錐、相同材料製作三、四、五角錐、不同厚度的透明清玻璃與PVC片及壓克力、相同厚度的黑半透明壓克力與透明壓克力、半反射綠玻璃與透明清玻璃之投影清晰度,以及貼上同廠牌三種不同隔熱紙對強光下投影之改善情形。並針對浮空投影器媒體螢幕影響因素進行探究,含不同螢幕亮度、對比度、濾藍光量、環境照度之投影清晰度。 結果顯示1mm透明壓克力製作的45度四角錐在成本、製作與使用效果上有最佳表現,輕便投影器以市售2或2.5mm A4 PVC膠片製作較優;螢幕則以高對比、高亮度、不濾藍光、亮度高於環境等條件可以達到最佳的投影效果,最後將結果應用在虛實互動浮空投影器及類3D立體投影電話。

穹頂之下--高雄地區三種空氣汙染物時空特徵之探討

本研究採用高雄地區前金、前鎮及美濃測站在97-102年的NOx、SO2和O3濃度進行探討,並進一步分析其季節變化與假日效應,接著利用個案分析討論不同氣象因子對濃度變化的影響,重要結論如下: 1. NOx和SO2逐時濃度大小順序為:前鎮>前金>美濃;而O3的逐時濃度大小順序為:美濃>前金>前鎮。 2. NOx平均濃度最高值皆出現在冬季,SO2平均濃度主要在春季出現最高值,O3平均濃度主要在春秋二季出現最高值。 3. NOx和SO2有假日效應,平均濃度:非假日>假日;而O3的平均濃度並無明顯的假日效應。 4. SO2逐時濃度變化可能受風向變換影響,推測風向一致時,汙染物濃度較低。 5. 逆溫現象使汙染物不易擴散,可能造成高汙染事件。

大「逆」不道 —— 局部逆境下植物體內傳訊與物質分配機制

植物一葉片受到逆境時,其體內如何將逆境訊號傳遞到其他組織並進行物質分配?此領域過去研究甚少,而品萍特殊的葉狀體相連構造搭配二分盤裝置,很適合處理局部逆境並探討體內傳訊與物質分配機制。研究發現:當母葉遭遇局部逆境時會將健康子葉釋放以減少子葉產生連帶傷害;而子葉遭遇局部逆境時,母葉選擇保留子葉並持續送物質助其生存。深入研究發現,逆境子葉累積的ROS將觸發物質分配,使其向母葉傳送求救訊號,促使母葉內部以Ca2+做訊息傳導後將物質送往子葉助其生存。選擇性斷裂則由母葉內部Ca2+與ROS共同調節觸發,母葉遭遇逆境時, Ca2+為上游觸發母葉節處累積ROS並向子葉傳遞單向斷裂訊號,使子葉節處累積ROS後誘導斷裂,降低母葉對子葉的連帶傷害。

鋁空氣電池

本實驗探討以回收暖暖包、廢棄濾心碳材、鋁箔、鋁罐加上食鹽水製成鋁空氣電池的可行性。第一部分我們比較不同炭材和不同隔離膜種類的組合,發現備長炭和厚紗布的組合測得最大電壓約1伏特;第二部分則以活性碳粒及碳粉、透氣防水布、鋁箔及鋁罐,找出較佳發電效能的組合,發現備長炭添加活性碳粒的組合得到最大電壓約1.13伏特、電流0.2A;第三部分以使用過的暖暖包自製設計四種暖暖包鋁空氣電池,電壓均可達約1伏特。最後利用廢濾心碳材,自製設計五種濾心碳材鋁空氣電池,並經由簡單串聯後電壓可達3伏特、電流接近0.1 A。其中實用性較高的電池有二,一是濾心碳棒浸泡鹽水鋁罐空氣電池組,二是堆疊六層「碳塊-鹽水果凍-鋁片」空氣電池組。

自製創意切片機

生物課時,許多學生會因製作植物切片標本而受傷,同時也發現切出的樣本不夠薄,導致無法順利觀察;而市售的切片機價格不是所有學校都負擔的起,因此本研究以做出一個使用安全、取材容易、操作省力及價錢低廉為主的切片機,供一般的樣本切片之用為目的。我們研發了三代切片機,尤其以第三代切片機,使用創意的削片的方式來製作植物玻片標本,並使用液壓系統控制切片臺的升降;此切片機可切出厚度達 5 × 10-3 cm的切片,與市售切片機的切片厚度 5 × 10-4 cm 相差約 10 倍左右,但兩種切片機的價錢卻相差140000元,因為此切片機主體使用的材料為木台,兼顧便宜、堅固及攜帶方便的優點。而且我們的切片機不僅可以切新鮮的樣本,亦可切石蠟樣本。