全國中小學科展

第三名

早生貴子-早花生發芽率與產量之研究

村子裡家家戶戶都在種早花生,早花生指的是農曆年前就播種,生長期約120天的花生種植方法,由於早種天氣較寒冷,且生長期較短,早花生發芽率與平均產量都比普通花生低,所以,這個研究的主要目的,就是找出一種能提高早花生發芽率與平均產量的種植方法。經由實驗結果,早花生應該先以飽滿種子、用不織布為材質先催芽,催芽時要阻擋光線與覆蓋溼布,約6天後發芽率就可達100%,然後在農曆年前(102年是國曆2月10日以前)將催芽完成的種子種進泥沙地裡,再施肥,這樣可以獲得較高的發芽率與產量。另外,若要使用成本較低的萎縮種子催芽後種入土裡,也可用相同方式種植,其催芽發芽率也可達100%,只是催芽時間大約要10天。

矩形密鋪及其應用

「使用給定的多個矩形密鋪一個格狀平面(2D rectangle tiling problem)」為一NP-complete問題,目前多項式時間只能求出盡可能覆蓋最大面積的近似解。本研究所創的階梯演算法透過改變動態規劃所紀錄的狀態,使狀態數大幅減少,進而改善求準確解的時間複雜度,當然也成功證明此演算法的正確性,並且此演算法也能處理環狀及有權重的類似問題,如RTILE PROBLEM、DRTILE PROBLEM。隨後,寫了一個互動展示品直覺地呈現此演算法的意義。並以階梯演算法成功將7/3-approximation algorithm (Krzysztof Lorys and Katarzyna E. Paluch,2000 [4]) 與11/5-approximation algorithm (Piotr Berman et al,2001[7])進行比較與分析。

以圖形分層遞降方式探討整數分割方法數

從圖形分層遞降觀點找硬幣排列與方塊堆疊的遞迴關係式,可用流程圖找方法數。 一、將n個硬幣排成k列排法Bk(n) 種,共A(n)種 (一) 找出B1(n)=1, B2(n)=[n-1/2], B3(n) 。 (二) 從圖形解釋Bk(n)=Bk(n-k)+Bk-1(n-k) : (三) Bk(n)拆為k-1列的關係式: Bk(n)=Bk-1(n-k)+Bk-1(n-2k)+…+Bk-1(n-tk) 二、將n個硬幣遞減排成k列排法Qk(n)種,共P(n)種 (一) 找出 Q1(n)=1, Q2(n)=[n/2], Q3(n)。 (二) 從圖形解釋Qk(n)=Qk(n-k)+Qk-1(n-1) : (三) Qk(n)拆為k-1列關係式:Qk(n)=Qk-1(n-1)+Qk-1(n-1-k)+...+Qk-1(n-1-(t-1)k) 三、將n個方塊堆成k柱排法Tk(n)種,共S(n)種 (一) T1(n)=1, T2(n)=[n-1/2] 。 (二) 從圖形解釋Tk(n)=Tk(n-k)+Tk-1(n-k)+Tk-2(n-k)+...+Tk-t+1(n-k),每柱取走1個: 最低柱為大於1層時,剩n-k個堆成k柱,排法Tk(n-k)種 最低柱為1層且有t-1柱,剩n-k個堆成k-t+1柱,排法Tk-t+1(n-k) (三) Tk(n)降為少於k柱關係式 Tk(n)=[Tk-1(n-k)+Tk-2(n-k)+...+Tk-t+1(n-k)]+[Tk-1(n-2k)+Tk-2(n-2k)+...+Tk-t+1(n-2k)]+...+[Tk-1(n-rk)+Tk-2(n-rk)+...+Tk-t+1(n-rk)] (四) 新發現S(n)數列。

Pipette 熱噴泉

本實驗主要是在探討pipette熱噴泉的現象,我們先觀察到了將吸入熱水pipette倒轉過來會有水噴出的現象,並設計適當的實驗方式與裝置加以詳細探討。研究的目標是找出影響噴泉最大高度的各種因素。實驗中我們改變熱水溫度、水量比例、滴管大小、滴管口徑、倒轉速度等,觀察各種變因對高度造成的影響並分析研究。找出這些因素如何影響熱噴泉噴出高度的關係,並進一步探討它的原理與建立理論模型。由我們的研究成果得到了一些相當不錯的結果與結論。

明盤易躲,暗密難解-自製躲避盤探究

躲避盤運動是時下國小學童流行且愛好的體育活動,兼顧安全性和趣味性,然市售版躲避盤價格昂貴,非小學生易購得用品,所以我們希望能利用簡單易得、便宜的素材,自製能飛行9.5公尺以上且兼具準度,又能丟擲上百次的躲避盤。 首先,我們解析市售版躲避盤的結構設計,進行影響躲避盤飛行變因的探討,發現躲避盤飛行的奧秘和自製躲避盤的適宜規格比例,並依此發現親手縫製躲避盤。然後,我們尋得創新躲避盤的依據-「在盤面中心加上絲繩以得穩定效用」。最後做出創新版的自製躲避盤,並經由實測證明,我們自製的躲避盤能符合躲避盤活動的各項需求且較市售版擁有更好的準度。

以靜「製」「洞」--探討梅氏長海膽Echinometra mathaei之生態及其與石洞的關係

梅氏長海膽屬於棘皮動物,身上布滿短且較粗棘刺,居住在潮間帶偏低潮帶的石洞內,整年都能見到,數量穩定。 牠們屬於被動防禦生物,被碰觸到時會將棘刺往碰觸地方集中,側面棘刺會頂住石洞洞壁,使自己牢牢固定在洞內,難以被撼動。 透過3D石洞模型實驗,在可選擇情況下,牠們會待在大小適中石洞,且深度必須可以掩藏自己,如果石洞有內凹或有遮蔽,都可以讓海膽待得更久,而狹長型石洞則是牠們最喜愛的石洞。 透過野外長期調查,梅氏長海膽確實會慢慢經營石洞,若不得已換了洞,還可以利用棘刺長短來符合石洞大小,牠們也可以長達數個月甚至數年不出洞,只要時間夠久,最終都會將石洞經營成狹長形,而這也就是潮間帶主要的海膽石洞型態。

一手搞定-家電遙控器整合探討

在日常生活中可以遙控的家電有許多,例如:電視機、冷氣……。而這些家電的遙控器有些大小就如手掌般大,有些卻只有幾根指頭大,一不小心亂放,就有可能遺失,為了改善上述缺點,因此本專案研究嘗試利用智慧型手機的App結合Wifi及乙太網路的功能,把所有的遙控器濃縮結合在一個手機App程式中,並進行了探討,藉由實作設計實體機構及電路,得到了下列結果: 一、 利用智慧型手機結合Wifi及網際網路,可進行遠、近距離遙控家電是可行的。 二、 利用Arduino模組連結Wifi及網際網路接收訊號,輸出指令及遙控碼至紅外線發射電路,達到一機整合便能方便控制家中具有遙控器的家電及設備。 三、 藉由小組改良傳統紅外線單一發射LED,改善傳統遙控器單一方向的缺點。

「凍不凍有關係」續集

從學姊愛玉凝膠研究的激發到媽媽魚鱗凍製作的偶然,引發想要研究魚鱗片凝膠條件及情形的動機。主要發現有如後幾項:加熱加酸再冷藏才容易使魚鱗麟片溶液凝膠;加熱時間越長,鱗片會變越輕,溶液的凝膠情形越硬;溶劑濃度越酸,鱗片會變越輕,溶液的凝膠情形越硬;加熱加酸再冷藏的條件相同時,虱目魚鱗片糯米醋溶液最快凝膠,其次是烏魚鱗片糯米醋溶液,最慢的是吳郭魚和鱸魚鱗片糯米醋溶液;虱目魚鱗片凍最硬,其次是烏魚鱗片凍,最軟的是吳郭魚鱗片凍和鱸魚鱗片凍。

力力皆辛苦-自製自動供水器

三年級在校種菜時,假日無法到校澆水,導致植栽枯萎,所以我們想要製作自動供水器,提供植栽適當的水分。本研究改良市售品並依植栽的環境和土壤的濕度設計出第一代的自動供水器,再根據其構造研究供水的影響變因,得知(1)氣孔位置決定供水至水盤的水位高度、(2)出水管的口徑越細供水時間越長、(3)進氣管的口徑要比出水管口徑小才能順暢供水。因此自製第二代自動供水器以改善供水的穩定問題,將內部構造改為微型浮球閥,透過微型浮球閥的浮力和大氣壓力讓供水穩定。進而透過3D列印自製適當尺寸的微型浮球閥,節省空間並讓自動供水器能維持最低的固定水位,製作出第三代自動供水器,如此一來可同時提供多個植栽合適的水量,真是環保、省錢又省水。

以氧化聚合法將聚3,4-二氧乙基噻吩修飾於不同奈米材料並應用在直接甲醇燃料電池

此研究探討不經由其他複雜製程而直接以氧化聚合法將PEDOT修飾於不同結構與導電度的材料PEDOT/ TiO2、PEDOT/CNT、PEDOT/XC-72作為直接甲醇燃料電池(DMFC)的觸媒載體對其發電效率與觸媒品質的影響。本研究比較以不同奈米材料作為PEDOT修飾的材料對於穩定觸媒的效果以及觸媒性質的影響。 研究結果發現,經PEDOT修飾的奈米材料在甲醇的氧化電位數值表現上與觸媒品質高於未修飾者,顯示出本實驗加入的修飾藥品與實驗方法有助於提升直接甲醇燃料電池的工作效能,將來可被運用於燃料電池上。