全國中小學科展

第三名

小蛙人的匍匐前進

有一天晚上看到電視「女兵日記」,其中最讓我驚訝的是女兵的「匍匐前進」,也就是在地面爬行,雙手和雙腳都呈現八字,交互爬行。剛好學校的「園遊會」,也有一個活動,很像「蛙人前進」,只要轉動操縱桿的左右扭動,就可以控制「小蛙人」的匍匐前進,真有趣。 我們從設計製作「小蛙人匍匐前進」的玩具中,發現小蛙人的前進是靠著穿過吸管的繩子和管子間一來一往的阻力,使小蛙人前進,而且會朝向「八」字的尖端前進。如果把試驗器材變大,就可以應用在日常生活中的搬運物品及輸送物品。利用繩索、塑膠管及木板,就可以製作簡易輸送物品的器材,由樓下的人操作,使物資安全的送上去。

畫『圓』為方

本研究主題是探討在三角形和四邊形中尋找出唯一的正方形,使此正方形的頂點分別落在三角形和四邊形各邊向外或向內作之半圓上。我們探討其存在性之幾何作圖法並證明之,同時試著從中求出此外框或內嵌正方形面積的一般式。我們發現凝聚三角形只要作出垂直且等長於其最長或第二長的線段,即可以逐步找到外框正方形的頂點,也證明了任意三角形都可以作出內嵌正方形。至於凝聚四邊形,則可以作出垂直且等長於對角線的線段,即可以逐步找到外框正方形的頂點,而任意四邊形都可以作出內嵌正方形。研究過程中亦發現對任意三角形或四邊形,若正方形的頂點可以選擇落在各邊內或外之半圓上,那麼,這種正方形也是存在的。

化浮咻為神奇,只給我電其餘不要

日本福島核能電廠的地震災變,再次引起人類重視核電安全,採用再生能源發電或許是減少核電使用及降低溫室效應的可行辦法。老師曾給我們觀看一種旋轉裝置少少的力量讓它一直轉動,這使我們想到這個裝置阻力這麼小,如果用在風力發電機上或許是很棒的點子,在家長及老師的帶領下以科學的研究,探討磁浮軸發電機發電效率與風扇,葉片形狀、扇葉數目等等的相關性。主要發現:磁鐵磁力無法任意控制大小,磁鐵間相對位置稍改變就會引起磁力交互作用跳開平衡狀態,必須堅固基座來穩定磁力交互作用; 雙環磁浮軸以磁力取代軸承接觸轉軸,在小風力下也可轉動發電,可以串接多個扇葉磁浮轉軸增加發電的效果。

牛奶河之謎─以自製Arduino測量裝置檢測硫酸鈣膠體乳光效應與環境因子關係並對照大氣水文數據之分析與探討

2018/03/21新聞報導高雄市三民區明誠橋的愛河變成了牛奶河,引發官方「自然現象」與民眾「工業汙染」的爭論。本研究分析相關報導內容及文獻資料,針對硫酸鈣溶液的溶解度(沉積)、鹽水、膠體溶液、乳光效應與溫度之關係,運用Arduino電路板及電子元件設計實驗裝置,編寫軟體程式計算訊號資料,另實地踏查變色河段,採集河水進行檢測,彙整變色河段工業汙染情形,比對實驗結果與大氣水文數據。 研究結果顯示牛奶河屬感潮河段,成因與河水中的硫酸鈣、海水(鹽度)及膠體溶液有明顯關係,而突然降水帶來汙染物(懸浮物)增加,以及環境溫度突然變化(20℃至30℃硫酸鈣溶液乳光效應變化最為明顯)是主要影響成因,此外;研究分析發現河水變色與潮汐變化無明顯關係。

層層相映

本文主要分為兩個部分:第一部分專注在一維直線上及二維平面上的各系統運算存活的最大層數公式探討,其中最有趣的是臨界值的角色,讓玩家能預判該遊戲的層數壽命。第二部分專注在應用上,分為幾何鏡射作圖印證,及三維空間上的四面體系統延伸,成果奧妙精彩。

微型沖床的製作研究

這篇研究,主要是在探討製作一部微型衝床的方法。我們利用學校實習工廠現有的機器,自行設計、自行配線、自行製作一部微型衝床,它的外型尺寸僅約15×19×29 cm,比市售桌上型衝床縮小了20倍,相當於一張A4紙的大小。另外,這篇論文也有針對衝床的類型、用途、安全防護裝置進行討論,並應用在微型衝床的設計上,內容包括微型化設計、曲軸設計、齒隙調整設計等等。這個作品,從構想到成品,我們皆在學校實習工廠完成,沒有委外代工,「動手做、做中學」,也是這個題目的特色之一。

”瓶”水相”澆”的漏刻與九龍杯

在家中種植物可以綠化環境,令人賞心悅目。但照顧起來卻有些麻煩,有時忘了或出外旅遊無法澆水,而使植物變得奄奄一息的。為了解決這個問題,我們嘗試利用回收資源做為材料,設計出環保實用的自動澆水器,讓家裡種的植物可以一直綠意盎然。 我們主要是利用自製的漏刻與九龍杯,來控制澆水的水量與時間,並從中探討漏刻及九龍杯的現象與原理。在實驗中,觀察漏刻出水孔的孔徑粗細、數量多寡等變因對水流流速的影響,觀察九龍杯杯身大小、管口位置等變因對水流流量的影響。最後,利用毛細現象將澆水後流入集水盤中的廢水導引到其他花盆中,提供其他植株生長之用,充分利用水資源。

發現三角形「比例點」─歐拉線上又一點

本研究探討三角形的「比例點」。已知∆ABC,定義「比例點」是滿足比例式PA:PB:PC =BC:AC:AB的P點。研究過程得到作出比例點的方法,並討論三角形的比例點個數、位置及其性質,最後發現三角形的比例點會在歐拉線上,並與三角形的垂心、重心、外心之間存在特定關係。

夏綠蒂2D和3D的世界

泉字雲斑蛛及肩斑銀腹蛛都常在向光面、植株頂端和建築角落結網,結網過程則都是由框架(障礙網)→縱絲→橫絲,但因泉字雲斑蛛的網是圓錐網;肩斑銀腹蛛則是平面網,故泉字雲斑蛛結網所花費的時間較長,而五種蛛絲的拉力及粗細皆以泉字雲斑蛛的障礙網最大,肩斑銀腹蛛的橫絲最小。兩蛛的棲息位置為網頂及網眼,皆可以最短距離、時間到達網上任意點。捕獵時,若獵物體型較小,則不一定會纏繞,但都會將其壓縮成圓形,並在吸食後丟離。肩斑銀腹蛛被雨滴、異物、震動干擾時,反應比例並不高,且會出現感覺疲勞,而泉字雲斑蛛受干擾時的反應比例較高,但移動距離較小,且較不易出現感覺疲勞的情形。

青出於藍-靛藍的快速建藍及創意藍染

藍染活動令人驚奇,但如何染的好?光評肉眼沒有客觀標準。本研究用ImageJ軟體進行顏色分析,利用量測染布色相值H、飽和度值S,能有效分析染色效果。並藉此找出快速建藍最佳比例配方:以0.4 g染布為例,將1.1 g泥藍溶解在pH=13的10 mL鹼性溶液中,加入0.7 g保險粉建藍所得染液,其染後顏色與傳統染液相比,飽和度提升120% (34%→75%),且時間效率增為3倍(30分鐘→10分鐘)。 我們設計「夾鏈袋藍染法」不須大量染液,也不怕髒汙,染布效率高且效果好,達到減量減廢的環保趨勢。更研發「藍染筆」,能在紙上體驗藍染有趣變色現象。我們更將實驗結果應用在氧化還原課程中,讓同學一節課就染出漂亮的藍染作品,具體結合文化和科學,更在傳統中注入一股環保潮流新契機。