全國中小學科展

第三名

nxn黑白棋盤面積之最佳分割的研究與推廣

本研究內容為:討論黑、白相間的棋盤方格,經一條直線分割後,取大塊區域的黑色與白色面積,如何尋求最佳分割線與最大值?過程中,我們利用平行移動法以及等面積法,成功的找出的最佳分割線與最大值的通式。再應用2x2、3x3的結果與方法,推導出2xm、3xm 相關分割,進一步推廣到nxm的相關結論。

泥沙與滲水

我很喜歡到鄉下外婆家,但是我最怕到外婆家以後下雨,因為下過雨後路上不是常常積水,就是濕濕滑滑的,非常不好走,而有時候同樣下過雨,但是學校的花圃卻是不會有這種現象,同樣是泥土,因為地方不同,滲水的快慢就相差那麼多,是不是只有如三年級自然科學上課時,我們發現的因為粗細均勻不同而滲水就不同?泥沙除此之外,還有沒有別的特性?因而引起了我們研究的興趣。

馬祖特產鰽白魚綜合研究

馬祖列島位於閩江口外,島嶼星羅棋布,居民從事漁業者獨多,又該地因受澎湖講北上海流以及冬季來目華北寒流之影響,故為暖寒流性魚族四季泗游密集地帶,具有天然優越條件之魚場,面積廣濶,水產物蘊藏豐富。遠在遜清時代,就有繁多船隻在本區出入,近年除本區漁船作業外,台澎漁船,匪區漁船亦爭駛本區外海捕捉。況海產珍品,營養價高,且又經濟實惠。然而本區漁民多墨守成規,只知沿用古老捕撈和乾曬法外,缺乏改進創新,對捕擭的海產產期、習性、形態,以及如何養殖及加工等都未曾作系統的研究,殊為可惜”今天的水產事業應講究技術革新,周詳研究發展,輔導多元生產,精密加工推廣,才能迎合時代的要求,才能使本區漁業加速振興,為奠定馬祖經濟的繁榮帶來新的機運。鰭白魚一一一種常被本區居民忽視的魚類,由於它多刺,常不受消費者的喜好,但它的產量,在本區漁類中也頗能名列前茅,相反的台澎地區該魚類產量少,而且這種魚類加工後,在台灣和香港市場,甚受歡迎,銷路亦佳,有鑑於此,我們特選本區不受歡;不受重視的魚類加以研究,以期推廣之。我們對魚類的研究,只是基於滿腔興趣,並非專家,只希望能藉此啟發地區居民,重視系產教育,培養漁業知識,蔚成研究科學風氣。

冷的火山──泥火山

七十九年七月二日我們參加學校舉辦的學藝營時,我們去觀察泥火山,本來以為和火山相似,後來到現場才知道它截然不同的。觀察中我們有許多疑問,於是我們從事下列之探討。

「秤」「新」如意!?--自製磁鐵秤

本研究實驗利用磁鐵的相斥力,產生磁鐵懸浮的狀態,利用施加重量於上端磁鐵,使上端磁鐵懸浮高度下降的原理,以學校自然教室的設備與器具物品,設計組裝可量測物品重量的磁鐵秤。 在實際設計組裝的過程中,選擇環形磁鐵及圓形玻璃棒克服無法讓磁鐵維持懸浮狀態的問題;以上端1個磁鐵下端6個磁鐵的配置,製作4個相斥磁鐵組並確認其相斥力相同,以組成自製磁鐵秤;利用砝碼組量測重力大小與本磁鐵秤磁鐵懸浮高度差的關係,發現重力大小與磁鐵懸浮高度差並不是成正比例的關係。 以實際量測物品重量方式驗證,並改進磁鐵秤設計與量測方法,經實驗發現本磁鐵秤準確度與學校使用的彈簧秤相當;另依本實驗實作之數據,以EXCEL軟體找出重力大小與磁鐵懸浮高度差之趨勢線,並以此作為量測物品重量之依據,藉由EXCEL軟體有效的提升操作本磁鐵秤的準確度與方便性,最後提出相關之檢討與建議。

我把板塊拼起來了-板塊運動模擬

南美洲及非洲兩大陸塊的形狀非常契合,是因為中洋脊的擴張使它們分開。本研究以奧伊勒理論為基礎,利用大西洋中洋脊附近的許多轉型斷層及破裂帶,並以空間向量及解空間方程式的方法,來求奧伊勒極的位置,以進行南美洲和非洲之間板塊運動模擬。先算出分別中垂於兩個不同轉型斷層的兩個平面方程式,再找出兩平面與地球球面的交點,即奧伊勒極的位置。奧伊勒極可以用來描述板塊相對運動,相對運動量則由中洋脊兩側的條帶磁力異常線換算求得。最後將所求得的奧伊勒極和現有的板塊資料與海岸線資料,輸入電腦進行板塊運動的模擬,並進一步算出兩板塊間的相對運動速率。本研究所算出的奧伊勒極位於63.8° N、32.9° W;以奧伊勒極為基礎,算出兩億年來非洲和南美洲兩板塊間相對運動的平均角速率約為0.305 度/百萬年;最後模擬出兩億年來南美洲相對於非洲的古位置。在一億九千五百萬年前的古位置圖中可發現,當兩陸塊北端密合時,南端有陸塊重疊的現象,可見南端實際相對運動的量比預估的還少,推測是因為板塊經過長時間的運動,受到擠壓而變形,而這些變形吸收了部分的相對運動量,而非洲西南外海的確有一Wafisch Ridge 存在。

滑翔的舞姬—解析大白斑蝶驚艷飛行

本研究以流體力學的角度,透過仿生模型,評估蝴蝶型態構造的差異,在生物演化適應上的意義。觀察大白斑蝶(Idea leuconoe)的滑翔運動,並與同屬之Idea stolli比較。發現Idea stolli的滑翔能力較I. leuconoe佳,因I. stolli擁有更細長的前翅,即更高的展弦比,可減少誘導阻力,所以飛行效率更高,滯空時間更長。調整前翅角度比較升阻比,再與實際蝴蝶滑翔的姿勢比較,發現蝴蝶確實是以最佳姿勢來達成最有效率的滑翔。研究發現翅膀型態上的差異,是生物演化適應環境的結果。依其棲地特色,推論棲息於風勢較亂之海岸的I. leuconoe,演化出較為短小渾圓,抗風性佳的翅膀,適應海岸棲地;而棲息於內陸次生林的I. stolli則演化成更為細長的翅膀形狀,更利於在穩定的環境中,發揮極盡的滑翔能力。

奈米微粒現形記—化學反應速率的探究

為了將去年我們所獨創的「一滴溶液的化學顯微電解實驗」能延續到其他的化學實驗上,今年我們更是創新突破了很多困難的關卡,在傳統實驗對照下,由第一代實驗到第五代的減量設計,現在已能成功的運用【報廢的光碟片】、【報廢的電腦】、【報廢滑鼠內的感光二極體元件及電品體】來自製設計出『兩極反應物各一滴容易做自動偵測反應的紀錄』;更企圖一併可在學校大力推動電腦融入教學的設備下,能『透過顯微鏡加裝的CCD電子螢幕目視觀看』、『聯結電視螢幕立即播放』或『拍成電子影片檔由電腦播放』,已和現在政府大力推動的奈米科學教育接軌,並真正達到顯微化學環保實驗的終極目標。

熱學實驗裝置的改良

作者從事國中物理教學多年,學生對熱學所發生之疑難甚多,但國中物理課本及一般補充教材等對熱學方面的實驗探討並不多,作者希望藉此研究、新設計一些這方面的實驗裝置,或作者過去曾設計的熱學實驗裝置,再研究改進,使其更精良,更能提高學生學習熱學的興趣,或能將一種實驗裝置,達到多用途實驗的目的,以增進教學上的效果。

方圓之間—方體內的正多面體造形設計與加工

“方體內的正多面體造形設計”就是在方體內加入多面體,在許多大樓門口都可看到類似這樣的多面體造景藝術。正多面體基本造型有四面體、六面體、八面體、十二面體、二十面體,若加以變化可製作出更多的多面體,我們運用多面體和多面體的幾個變化,來製作出更多的多面體,如複合、截角、星狀化等關係。我們使用電腦輔助設計(CAD)軟體將正多面體圖設計出來,並以空間數學、幾何投影學計算正多面體圖的造型,再由電腦輔助製造(CAM)軟體模擬與產生加工程式,最後以 CNC數值控制機械加工出來。而加工時有造型的多面體不易夾持,必須使用特殊夾具來固定於虎鉗上,且預防夾持變形也很重要,如此才能製造出我們設計的方體內正多面體造型。