全國中小學科展

第三名

分割子三角形的內切圓與旁切圓

關於三角形的分割子三角形之內切圓問題,有文獻探討此分割線的長度[4],也有探討內切圓半徑和[5],或內切圓半徑平方和[3]。本研究異於前者,創新探究分割子三角形的內切圓與旁切圓的「半徑長度乘積不變量」、「兩點圓心連線性質」以及「三點圓心連線三角形的面積不變量」。我們依序探討兩個、三個到多個子三角形,先給出內切圓與旁切圓半徑長度乘積與邊長的關係式,接著探討兩點圓心連線的共點及相似形,最後是三點圓心連線三角形面積不變量。值得一提的是,看似不相關的「圓心連線三角形的面積比值」與「半徑長度乘積比值」居然是等價,這是本研究亮點。最後我們完整給出分割為三個子三角形的所有面積不變量的所有組合。

藍曬變變變-發展藍曬色彩變化應用於文創作品

以藍曬為主題,利用掃瞄器檢測標準普魯士藍(Pantone色票2196U),並搭配PS軟體取得平均值進行色彩分析,成功找到感光液比例50:50(檸檬酸鐵銨:鐵氰化鉀)、感光50秒時,在素描紙上可製作顏色RGB:R21 / G80 / B133、HSV:H208 / S84 / V52的標準普魯士藍。 為了增加色彩,我們利用不同的感光時間製作漸層普魯士藍,並進一步將其浸泡於不同酸鹼pH值溶液,結果成功發現: ①浸泡於檸檬酸、雙氧水、氯化鈉時,顏色維持藍色,但因浸泡時間、pH值不同,顏色有明顯的亮度、深淺差異 ②浸泡於碳酸鈉、磷酸三鈉時,顏色為黃棕色系 ③浸泡於單寧酸時,顏色呈現藍黑色系。 最後,我們將結果應用在不同材質中,成功製作色彩豐富的藍曬作品,讓「古代攝影工藝」有新發現,符合SDGs11永續城市之目標!

Lill Path之立體圖形應用

本文主要在探討如何將二維Lill Path的性質推廣至三維。首先,我們證明有一自原點出發的射線在多項式函數f(x)的三維Lill Path進行反射,且此射線通過其終點的充要條件為f(x)=0有一實根(-tan⁡θ )。除此之外,我們還證明了射線通過三維ϕ-Lill Path終點的充要條件為f(x)=0有一實根((-sin⁡θ)/sin⁡〖(ϕ-θ)〗 )。接著,我們證明了三維Lill Path圖形封閉時之充要條件為此多項式有一因式為(x^3+1);同時,我們也證明了三維ϕ-Lill Path圖形為封閉時之充要條件為多項式有一因式為[x^3-(cos⁡ϕ ) x^2-(cos⁡ϕ )x+1]。最後,我們將三維Lill Path繼續推廣至n維Lill Path。我們證明了射線通過圖形終點的充要條件為f(x)=0有一實根(-tan⁡θ ),以及圖形是封閉時的充要條件為f(x)有一因式(x^n+1)。

雙殼綱潛沙行為之物理機制探討

文蛤與西施舌為台灣西南沿海沙岸常見的潛沙型雙殼綱動物,然殼型瘦長的西施舌潛沙總深度遠大於鈍胖的文蛤,故本研究欲探討兩者殼型是否具導致行為差異之物理特性。透過觀測潛沙行為、受力特性,發現西施舌不僅單次潛沙深度較文蛤大,潛沙時的受力、耗能還小於文蛤。此外,西施舌潛沙時相比文蛤幾乎不轉動,應是受限於較大的單位質量轉動慣量。進一步以模型殼分析後,發現其受力與殼長(L)、殼寬平方(W2)和殼高平方(D2)等參數呈線性正相關,其中W、D直接影響殼體潛沙時的最大截面;L則間接影響殼體在沙面下的外殼弧形。本研究結果可解釋潛沙型雙殼綱動物以特定入沙角度潛沙之行為實具有減少潛沙阻力之物理意義,未來值得應用於鑽研工具之設計。

神奇的陶罐

本研究將南美口哨陶罐、鳥笛與陶笛(泥哇嗚)的構造與製作原理相互結合,創造出一種新的樂器— — 神奇的陶罐。它可以演奏歌曲,甚至當我們在其中放入一些液體時,配合手勢的開合,可以重現鳥類的鳴叫與潺潺的流水聲等,非常有趣。然而,在嘗試吹奏及創作的過程中,我們發現,將兩個頻率相近的陶罐同時吹奏或單獨吹奏單腔體雙哨陶罐樂器,它們所發出的樂音頻率與頻率發聲器所產生的雙耳節拍頻率,透過音樂編輯軟體進行比對,是完全相符的,所以,我們所製作的陶罐除了能陶冶性情外,更具有影響腦電波的神奇效果呢!

雙珠連動轉珠還-探討雙珠系統的運動過程

本實驗目的在探討雙珠系統轉動情形,我們以高速攝影機,Tracker分析軟體探討彈力串珠繩長度、彈力串珠繩數目、彈力串珠繩轉動圈數、鐵珠質量、雙鐵珠不同質量、接觸面材質等不同變因下,其開闔週期、轉動圈數、最大半徑及轉動週期間的相關性,並進一步找出雙珠系統運動原理。 由實驗結果可發現,不論是從哪一項變因探討,雙珠系統過程皆符合彈力串珠繩與鐵珠間位能與動能轉換原理。因過程中摩擦力持續作用下,轉動過程中系統總能量也會隨時間而減少。

茉拭傳說-探討茉草對桌球上環境菌的抑菌效果

本實驗以桌球表面10個環境菌為實驗對象,用16種植物上清液和三種植物純露檢視抑菌效果,初步結果發現茉草、迷迭香、蘆薈的上清液對桌球表面環境菌抑菌效果較佳,進一步萃取純露進行實驗後,發現茉草抑菌效果較好。將茉草以不同萃取方式(上清液、原液、純露)、不同處理方式(擦拭、噴灑)、不同比例(1:5、1:10、1:20)施作在桌球上,結果顯示以1:10茉草上清液擦拭對桌球表面的抑菌效果較佳;以1:20新鮮茉草純露擦拭對桌球表面的抑菌效果較佳。本實驗發現天然植物具有抑菌效果,茉草是生活中常見植物,栽種及取得容易,而且符合環保原則,建議未來可用更專業的萃取方式,提高其抑菌效果。

臺灣海峽自然環境對離岸風機穩固度的影響

此研究是探討臺灣海峽沉積物種類、風力大小及風機的水下結構等因素,進行對風機穩固度的分析。 預設在地震五弱時,臺灣灘北側及東側,位於24.0~24.5°N、118.2~120.5°E沉積物粒徑大於0.5mm,對單樁式及螺距2mm的螺紋式風機穩固度影響較大。 蒲福風級6級風,在海峽中線到馬祖的部分大約位於25.0~26.3°N、119.3°E~120.0°E,對風機的穩固度影響甚鉅,比5級風的傾斜角多約12倍;在新竹、苗栗外海至海峽中線大約位於24.0~25.3°N、120.0°E~120.5°E,傾斜角度隨著風力級數增加而逐漸變大呈正相關的態式;在臺灣灘北側及東側大約位於24.0~24.5°N、118.2~120.5°E,風級在6級以下就對風機穩固度沒有影響。且我們發現風機發電機艙重量,模擬在120克重時,風機為最穩定;在比較四種不同的螺距,發現螺距和旋轉次數於地震五弱(150RPM)時對穩固度影響較小。

移線升G

本研究探討在直線上等距離n個信號發射臺,任兩個發射臺所發出的信號不被其他發射臺擋住的規則。 以mi表示相鄰兩個發射臺的斜率,若任兩個發射臺所發出的信號不被其他發射臺擋住,則必符合mi≤mi+1且 =0,其中i∈N,mi∈Z。 當發射臺的個數n=2k時,mk可分為-1、0、1三種;當發射臺的個數n=2k+1時,mk與mk+1的和分為-2、-1、0、1、2五種,可利用整數分割的遞迴關係推算出發射臺信號不被其他發射臺擋住情形的個數,其中k∈N,k≥2。 依照發射臺共線的情形,推論出直線信號數量的公式,並利用整數分割計算出不同發射臺個數的共線類型。

疊「螺」「旱」—潮間帶顆粒玉黍螺Echinolittorina malaccana之觀察與行為探討

為瞭解顆粒玉黍螺Echinolittorina malaccana的站立與堆疊,是否真如國外文獻提到,是為了因應夏季炎熱天氣而產生的熱調節策略,我們利用一年半時間進行調查、實驗、探討與分析。 針對顆粒玉黍螺爬行行為,在實驗室,我們發現牠們在靜止水中會有往上爬找隙縫躲藏特性,而人工造浪模擬野外漲退潮的實驗,則發現牠們的主要活動時間會在淹水時,也就是漲潮水淹滿,或是水退時還留有的小水灘。在野外,則利用縮時攝影記錄,牠們分別在面臨乾燥及海水來臨時的行為模式,結果是一致的。 在站立與堆疊的實驗,我們發現溫度似乎只是其中一項條件,但並非絕對,潮汐水位變化、岩石隙縫密度及傾斜狀況等都關係到是否會站立、堆疊,最根本的原因是來不來得及縮進石縫。