全國中小學科展

第二名

多功能游標卡尺

上機工實驗課,在錐度檢驗與測量時,感到現有量具不能滿足工作上之需求。(一)錐度乃機械加工中常見之機件,而其測量方式卻頗為繁複,測量時無法即時明確表示誤差,平板上測量之精度並不高(如圖一),且費時不經濟。(二)螺紋亦為工業上常用之機件,但對其節徑的測量頗為不便且有誤差,使用三線法測量時,需相當經驗或有人協助才得完成測量,若使用三線組合規(如圖二)因價格昂貴,而顯得不經濟。鑒於目前各種測量方法之不便,促使作者對錐度等測量方法作深入的研究,期能發展出迅速、簡便的測量工具,俾利於機械工業的發展與提升檢驗品質之水準。

微量元素硼對白菜生長影響之探討

(一)本校在台南縣楠西鄉,鄉內山坡地多,大部份種植芒果,近幾年來,農夫噴灑硼素溶液在其果樹上,同學產生疑問,為什麼芒果要噴灑硼素溶液在其果樹上?硼素對芒果有何影響?經查文獻,根據民國六十六年十二月鳳山熱帶園藝試驗分所編印的“芒果缺硼症”中記載,芒果缺硼素,則果實發育不全。楠西鄉內所種芒果,正好有上列病症,故農夫噴灑硼素,主要目的是要促進芒果的果實發育正常。 (二)硼素可影響芒果的結果,因此引起同學研究硼素對蔬菜生長影響的興趣,選擇白菜做實驗。

動態規劃的推廣

我對動態規畫( Dynamic Programming )的認識起於奧林匹亞研習營,有一次的專題便是動態規畫,其主要的內容是說在解決某些問題時,要求的答案其值決定於前面的值,而「前面」的值又決定於更前面的值。於是須要從前面一步一步的求值。 \r 舉一個簡單的例:費氏數列在數學上定義成 \r f(0)=1 \r f(1)=1 \r f(x)=f(x-1)+f(x-2) \r 如果需要寫一個程式來計算的話,直覺的方法便是依照原本的定義,用遞迴來解決: \r int=f(intx) \r { \r if(x \r returen f(x-1)+f(x-2); \r } \r \r 若要計算 f ( 5 )的話,其過程可由右圖來表示。 f ( 5 )的值取決於 ft4 )及 f ( a ) , f ( 4 ) 的值取決於 f ( 3 )及 f ( 2 ) ,這裡我們可以發現到, f ( a )在 f ( s )及 f ( 4 )中分別計算了一次,這便是浪費。再看得更詳細一點, f ( l )計算了 5 次, f ( 0 )計算了 3 次,如此算下來,其增長的速度是很可怕的。 \r 事實上,既然 f ( x )的值取決於 f ( x 一 1 ) , f ( x 一 2 )而 f ( x 一 l )的值又取決於 f ( x 一 2 ) , f ( x 一 3 ) , 那麼,我們便可由 fto )、 f ( 1 )、 f ( 2 )、 f ( 3 )二算到 f ( x ) ,這樣的話,所花的時問就變成線性的了。 \r 這時候,程式中可放置一陣列,以儲存所得到的經驗,例如: \r int f(x) \r { \r int dp[max-x]; \r int, I; \r dp[ 0]=1; \r dp[ 1]=1; \r for(i=2; i \r { \r dp[ i]=dp[ i-1]+dp[i-2];//不必再遞迴了 \r } \r retum dp[x]; \r } \r 此外,動態規畫還有很多極為有趣的應用,因而,我展開了我的研究。

三位數的討論

升上國中認識了代表數的符號,尤其對個位數與十位數對調的問題,有相當深刻的體會,例如原二位數與對調後所得新二位數之和必為其數字之和的 11倍,故予推廣探討三位數的有關討論。

雙眼牆颱風的內眼滾動

本研究初步分析颱風雷達回波圖發現,利奇馬、蘇力、柯羅莎、杜鵑4個雙眼牆的颱風,其內眼牆相對於外眼牆內側有滾動的現象,故以探討影響雙眼牆颱風內眼牆滾動週期的因素為研究目標,並以數值模式簡化問題。先在中空甜甜圈狀的初始場模擬單一眼牆的旋轉行為,發現眼牆渦度值、眼區半徑為影響旋轉週期的主因。而眼區與眼牆渦度比、眼區半徑、眼區與眼牆錯距則影響轉速與結構上的穩定性。我們在轉速及結構穩定的中空圓盤狀初始場中植入小型圓形渦度高區,以模擬雙眼牆颱風眼區旋轉情形,發現植入前後旋轉週期與結構皆有差異,並以杜鵑颱風的風速與結構進行數值模擬。

蟹殼與環保──差動水質監測器

陽光、空氣、水和土地為人類生活環境中之必須條件。環顧四週水與我們日常休戚相關,近來工業成長,人口激增,水質汙染日趨嚴重,因此水質源之保護,及避免毒物進入水中威脅人類健康,為社會各界所關注。 我們在第三冊理化關於醣類介紹無意中和老師聊到蟹殼中的多醣「幾丁質」。基於下列理山我們決定加以探索「水質分析之旅」(一)蟹殼是我們安平地區漁市到處棄置之物質,不僅腥臭難當,且有礙觀瞻,若能加以利用豈不是一舉數得。(二)實驗室中常把有害重金屬鹽類任意排放,若能加以處理再進行放流對環境水質定有幫助(三)學校各類用水是否可由我們發展一套監測系統。於是在老師指導克服下,實驗得以夠順利展開。

一機在手,車位無窮

在車位一位難求的都市裡,為了減少找尋車位的時間,讓繁忙生活變得更有效率,本次研究乃針對一般停車場做更進一步的系統管理,以及增加與駕駛人的互動性;除了基本的車位數量管控以外,我們利用人們日常生活不可或缺的智慧型手機,結合內建的GPS(Global Positioning System)全球衛星定位系統,協助駕駛人『預約』鄰近停車場的車位,來提升生活品質與效率,免去在道路上繞圈子的困擾。不但節能減碳,更為駕駛人省下荷包。在經過老師、組員們的討論後,我們應用手邊的資源:智慧型手機中的GPS,結合RFID(Radio Frequency Identification)射頻傳輸技術與其電子錢包的概念,來完成我們想要的這項e化停車場的服務系統。

「阻」擋地震「尼」我都可以!

本篇主要想探討的是阻尼器與建築物的關係。首先我們製作不同彈性係數、重量的阻尼器,並模擬真實建築物並且依照比例縮小,再透過tracker程式分析最大加速度,比較各種阻尼器的抗震程度。經過多次的討論我們除了測試單一阻尼器的避震能力,我們也決定嘗試兩個阻尼器並且透過數據觀察其抗震效果是否會更好。

風兒多變化

學校的風沙真大!有時候一陣風吹過來,連眼睛都睜不開,操場四周的各棟樓教室的門窗、課桌椅到處鄉是風沙,即使清理乾淨,沒過多久,又是厚厚一層灰呢!沒有一棟摟是能倖免的。後來我們發現,風吹的方向真亂!才會造成這個現象。氣象報告說現在經常吹東北季風,而校內的風為什麼這麼亂呢?風遇到障礙物後風向如何變化?風力又如何變化?引起我們研究的興趣。

「量點」中的「亮點」---自製螢光光譜儀研究量子點之螢光性質

量子點以水熱法合成,反應物是檸檬酸與乙二胺,反應條件為150℃、2.5小時,經透析膜純化後,得黑褐色液體。有廷得耳效應,紫外光可見光譜最大吸收波長340奈米,而在紫外燈下,會發出藍色螢光,且螢光放射波長460奈米,是以碳為主要組成原子的量子點。利用牙膏盒、空白DVD片、數位相機、積木與紫外燈,結合電腦軟體Image J分析影像與Excel,自製螢光光譜儀,可測得量子點螢光放射波長450奈米,非常接近實際值。再以自製螢光光譜儀研究,發現量子點在含酒精或離子強度強的鹽類水溶液,如氯化鋇、氯化鈣,螢光強度會增強;水溶液pH值小於5或大於9或在硫酸銅溶液螢光會降低,故需調整溶液pH值在7附近,使螢光恢復。