全國中小學科展

第三名

魔力?摩力!----我的陀螺會倒立

我們從網路上發現一種很有趣的陀螺,這種陀螺旋轉一段時間後,會快速翻轉過來並倒立旋轉。因此我們分成三部份來分析及探討其原理:一、對原型陀螺的基本物理性質分析 二、自製陀螺模型模擬分析陀螺倒立的原理 三、以自製倒立陀螺模型驗證倒轉陀螺理論。我們利用市面上賣的倒轉陀螺、乒乓球、黏土和馬達來進行下列實驗。第一,將買來的原型陀螺割開,並分析其重心位置、上下比例等構造。第二,用乒乓球和黏土模擬原型陀螺,改變其上下比例、重量、開口大小和中間段位置來分析陀螺的各種特性。第三,將乒乓球製成的原型陀螺,放置在馬達上,減少底部之摩擦力以便驗證上述結果。最後發現陀螺的倒轉和其重心偏移的角度有關。分析的結果顯示:陀螺重心偏下方,所以倒轉後,重心移到上面,會使重心到陀螺旋轉支點的連線與中心線的夾角角度變小,因此倒立的陀螺晃動會比較小,比較穩定;而陀螺正轉時,因重心到支點的連線與中心線的夾角角度較大,造成陀螺旋轉時的晃動也大,因此產生動摩擦力的時間也較長,這正是推動陀螺翻轉的力量來源。而倒立後,重心到支點的角度較小,不易晃動所以陀螺自然就翻轉過來了。

神奇的魔術方塊—餘數的應用與探討

我們發現15種按照規律的轉法會使魔術方塊轉回原位,並且深入的研究其中一種轉法。藉由同餘數步數的方塊會在同一個位置上的原理,能由步數推算圖形,反之亦然。在步數與圖形互相推算的同時,發現餘數的10個特性、由除數、餘數推算被除數的算法以及最大公因數的求法還有3個等式的猜測---x、y互質時的關係。最後我們將餘數應用到日常生活當中,製造了星海羅盤。在製造的過程中,我們發現了第三個迴圈---翻轉迴圈,所以做了翻轉迴圈、餘數迴圈、方塊軌跡迴圈的探討,發現這三個迴圈有部分整數的特性。

化磁力為動力-永磁動力的探討與應用

六年級學到電磁鐵單元,知道電能生磁的原理,便對馬達轉動感到好奇。又從影片看到竟有不用電,就能轉的磁動機,若因此解決能源問題該有多好。於是便針對:外部磁鐵長度、滾筒磁軌強度、軌距、縮幅、間隔等變項設計實驗,發現 1.由運轉變項實驗數據,所預估的最佳組合,可有效提高運轉效能 2.由效能提昇,對運轉變項產生的相互影響,證實磁力永動設計不可行 3.利用磁動機特有的運轉型態,成功發展出機電複合的節能馬達磁力永動雖然失敗,原本很洩氣,幸好沒放棄,才有機會發展出新型態的節能馬達!經測試發現:省電達83%還多出6.4倍運轉時間。沒想到只是應用所學,堅持到最後,竟設計出實用的發明,讓我們終於體會到科學研究的艱辛!

臭龜仔-椿象

晚上,在家溫習功課,一隻綠色的小蟲撲到書桌的檯燈下,我小心的用鉛筆去碰一碰牠,用手去抓了起來,啊呀!好臭!那一種難聞的氣味,真是受不了,我很快的把牠扔掉。牠為什麼有那種氣味呢?為了知道其原因,就用塑膠袋把牠裝了起來。科學研習活動的時間,我把這個問題請教老師。老師告訴我們說:「牠是樁象的一種,樁象的種類很多,牠遇到敵害就會發出難聞的臭味……」接著,很多同學捉出有關樁象的各種經驗,發表了許多意見,「你們對樁象有興趣的話,我們來探討牠們的生活?」大家異口同聲的贊同,於是在老師輔導下,實地去採集、觀察,並帶同家來飼養,探討樁象的生活。

水污染終結者?濾水器 DIY

在這個人人講究環保、健康的時代,飲用水的品質越來越受到重視了,希望能夠喝到比較好的水。可是,最近聽同學們說,有人發現家裡濾水器的濾芯,還沒有到使用期限就無法使用了。這讓我們不禁懷疑,從濾水器過濾出來的水家家戶戶大都裝設了濾水器,真的乾淨嗎?可以安心的喝嗎?於是,我們決定做一個有關濾水器的實驗和探討。

有趣的螺旋降落─紙蜻蜓

開學的第一堂美勞課,老師要我們帶幾種不同材質的紙張及迥紋針到學校,當時我們很好奇的想知道紙張和迥紋針究竟可以做出那些有趣的玩具呢?於是就去請教老師,與老師一起發現紙蜻蜓遊戲了!

太陽照過來─太陽能板的妙用

有一次看到太陽能電算機好神奇,照光就可運作,老師告訴我太陽能板照光可發電。拿出來把玩,發現它居然在太陽光改變角度下,其電流輸出有很大改變。一天當中太陽在天頂的位置都在改變,那是否可從中測出電流大小來知道太陽位置、時間及季節變化等?\r 當我著手去準備實驗時,發現太陽能板在室內黃色太陽燈管的反應,和室外太陽光不同,即太陽能板對高能輻射,能使光電流略增,且把多餘能量轉變成為熱能。那我是否可設計一個小實驗來證明上午 10 點到下午2點紫外線最強,及找出最危險的陽光入射角度呢?有一次在台北天文台拿到偏振光片,重疊時,角度的不同,可改變光的亮度,當角度成 90°時太陽變藍紫色,可見偏振光片可擋住低能量的光,而用來應證紫外線等高能輻射的工具。\r 媽媽的防曬乳液號稱可擋住紫外線,那是否可用太陽能板來作為偵測分析防曬乳液效能的工具呢?越想越興奮趕緊動手作實驗吧!

音樂數學,數學音樂

在課堂中,老師提及黃金比例1:0.618,並說明黃金比例無所不在。這引起了我們的好奇,音樂是否也存在黃金比例? 本組計算熱門歌曲的副歌總秒數與第一段落處總秒數的比值是否大多遵守黃金比例。也同時計算古典樂的部分,驚喜發現古典音樂的呈式部、發展部、再現部,而「至再現部的小節數」除以「總小節數」竟然也有黃金比例。接著,我們研究了十二平均律的等比關係與樂器中調音所需之頻率(即音高)關係,在其中,我們注意到「新維也納樂派」的十二音列作曲法竟可以以數學矩陣來表示!經由這些發現,我們試著應用在創作曲上,即使不是音樂家,也可以藉數學矩陣變換,大大豐富我們的樂句!原來 : 音樂是感覺中的數學,數學則是推理中的音樂,兩者密不可分!

風「磁」電掣~自製Q版磁浮小火車

玩磁鐵時,對於同極相斥、異極相吸的現象感到有趣,因此想要自製磁浮小火車。製作的方法為:將長方形磁鐵緊密黏貼製作磁軌道和車體底部磁鐵,軌道底板為薄木板,兩側牆壁要以厚木板固定,使牆壁平行並與底板垂直,車體上黏貼馬達風扇和電池盒,用水平儀調整車體平衡,讓小火車平穩懸浮,再打開風扇推動前進。 進一步探討使小火車速度更快,實驗結果發現:車體一側緊靠牆壁,另一側與牆壁的間隙以0.5~1.0mm的寬度能讓小火車快速前進;壓克力板車體的前進速度最快;牆壁材質以壓克力板最好;轉速6000-8000RPM的馬達配合葉片長4.0cm的塑膠風扇推動力最佳;長條磁鐵做磁軌道時,疊成三層時車速較快。 除了用風扇外,還可用重力或磁力使小火車前進,就是好玩的磁浮小火車了。

假如我是對的─鬼腳圖的奧秘

你玩過”鬼腳圖”抽籤的遊戲嗎?有一次我們五位同學分配工作,就玩了一次“畫鬼腳圖決定工作”的遊戲。 什麼是鬼腳圖呢?例如:甲、乙、丙、丁、戊 5 人要做 l 、 2 、 3 、 4 、 5 個工作,他們役辦法決定誰做什麼工作,於是就畫一個鬼腳圖來決定:方式如下: 說明 先畫直線 5 條( 5 人)直線與直線間各畫橫線若干, l 、 2 、 3 、 4 、 5 的工作寫在各直線上端,下端則是抽籤的人選填。 假如 5 人選擇填後如下: 求法 每人從直線的下端向上移動,逢橫線就轉彎,但只能轉向上或轉向左、或轉向右而不能轉向下,直達工作的位置。 上圓所抽籤結果是甲負責 4 的工作;乙負責 5 的工作;丙負責 2 的工作;丁負責 3 的工作;戊負責 l 的工作。 很奇怪的是: 1.每個人所抽到的答案,怎麼都會不同呢? 2.中間的橫線有什麼作用呢? 3.能不能依照我們的需要安排誰做什麼工作呢? 這些都令人感興趣,於是便做了這個研究,研究有什麼奧妙的地方。 注意:下列情況是不可出現的畫法。 舉例說明 如甲向上移,上轉右、右轉上,此時上轉向左或轉向右呢? 這條穿過直線的橫線就是錯誤的畫法了。