全國中小學科展

第二名

聲之形―探討膜管與聲音間的關係

本實驗以彈力膜、塑膠杯、鋼球為主體,將彈力膜繃緊於塑膠杯口作為發聲裝置,並以鋼球撞擊膜,使膜帶動腔體空氣一同振動,利用音訊分析軟體進行錄音、分析,藉以探討此裝置發聲的成因與相關參數對聲音的影響。 本研究中利用並聯彈簧機械模型解釋單膜與腔體間的交互關係,並透過實驗證明裝置的發聲取決於振動體間交互作用的強弱,且膜張力與聲音頻率呈正相關、杯子容積與聲音頻率呈負相關。 此外我們延伸探討兩端開管皆套膜的實驗,研究結果顯示此實驗上膜與純膜頻率相近,符合兩質量三彈簧振動模型,且一邊膜頻率>純膜(上膜)頻率,綜合各個實驗變因可知彈簧振動模型之有效性。

別創新「格」---防災創意智慧格柵初探

氣候變遷引發降雨異常,每當強降雨造成金門低窪區域積水成災,不僅校內外意外頻傳,甚至發生觀光客「游」金門,出動橡皮艇幫遊客脫困,因此以SDGs為首要目標,設計加速排水的防災創意智慧格柵,縮短積淹水時間,減少災害發生,開創永續防災新局面。 首創輪軸格柵效益最佳,並校園實地埋設縮短積水時間,小朋友滑倒意外減少。且向縣府報告研究成果,建請納入施工設計及建置滯洪井池,已獲大大肯定與讚揚,將請相關單位研擬由低窪潛勢熱點試用。 我們也在重大淹水區實作成效良好,防災創意智慧格柵既可讓水流大量流至滯洪設施,減少災害發生,又可保存水資源供應民生用水,而非浪費流至大海,更可減少依賴向中國大陸購水需求,共創「三贏」何樂而不為。

臺灣紅樹林與鹽沼土壤碳封存能力差異:以新竹新豐地區與臺中高美溼地為例

本研究以臺灣新竹縣的新豐紅樹林與臺中市的高美溼地,分別作為臺灣紅樹林與鹽沼的代表。經過元素分析、粒徑分析及密度分析之後,比較臺灣紅樹林與鹽沼兩個藍碳系統的碳封存能力差異及和國外相關研究間的差異性。本研究發現,採樣地距海越近,有機碳佔底土比例越高;粒徑較小的沉積物顆粒,較可能儲存更多有機碳;並藉此得出了藍碳相關研究受地理環境影響很大的結論。各採樣地樣本的活性有機碳(LOC)比例多大於難降解有機碳(ROC)比例,可能是由於臺灣的藍碳系統缺乏河川穩定供應有機物,又受到年齡與氣候條件的影響,其中儲存的ROC在總有機碳(TOC)中所占的比例不高,因此不適合長期儲存有機碳,卻很可能在幾十年內快速形成一個新的碳匯系統。

無線你的無限--無線電力傳輸效能的改善

無線傳電是非常新穎的創舉,但卻沒有人用簡單且便宜的方法來改善傳輸效率不佳的問題。在主線圈加入軟鐵後,輸入和輸出的功率比從52%增加到70%,大大減少無線傳輸能量損耗,且若次線圈再加入諧振線圈,則功率比可從52%再增加到80%,這是一個重大發現。在主線圈加入軟鐵實際無線充電之效果是:充電到10mAh時間從9分32秒縮短到5分23秒,減少3分51秒,效率提升40%。在次線圈加入諧振電路對實際無線充電之效果是:大大提升次線圈原本輸出功率約3.8倍,且主線圈加入軟鐵後,充電時間又再縮短20%。由實驗最佳數據,本組設計了無電池風扇並結合3d列印及雷射切割技術,使研究結果商品化,只需插上電源就可以使用。

滾積木遊戲之研究與推廣

在mxn大小的棋盤上,將一個sxsxt大小的長方體積木立於左下角的格子(始點),以「倒、滾、立」三種移動方式,以及「向右、向上」兩種方向移動至右上角格子(終點)。本研究的目的在找出所有的有解盤面,以及盤面有解時所有的可行路徑數。作品中我們找出了路徑數的遞迴關係式,並推導出所有可行路徑數的通式,同時求出最小移動步數與最大移動步數。

莖聲尖叫–探討被子植物在受到傷害時的超聲波差異

本研究在了解不同植物受傷時是否會發出超聲波,及超聲波頻率是否會有差異,我們將被子植物莖切斷後,使用自製超聲波感測器接收植物在受到傷害後發出的超聲波數據進行分析。實驗結果發現,植物在受到切斷這類的物理傷害時,會間斷地發出60分貝以上的超聲波。單雙子葉植物不同的維管束排列,並不影響植物發聲的狀況,而是跟植物種類的個體構造差異有關,維管束的數量越多,發出超聲波的次數也越多;維管束面積比例越高、發出的超聲波頻率也越高。最後我們推論植物超聲波的產生,主要是維管束切斷時導致水分運輸速度不同而產生的水錘效應,及木質部斷面水分蒸發產生的空氣柱有關。這樣的超聲波可能對周圍的植物產生警示並進而調節生理機制。

素養試題導向誰?以化學科素養試題為例

108學年度開始實施新課綱,主要精神為素養導向,因此本研究希望瞭解學生在解題素養試題時,會受到哪些因素的影響而改變解題的行為模式。本研究透過質性訪談教師與學生共16人,發現教師對於素養試題皆抱持正向的態度,但也擔憂學生是否能有足夠能力解題;在學生方面因為素養試題題幹敘述易冗長且數字計算不易,測驗時間也並未延長,造成學生不喜歡寫素養試題,但對於能藉由素養試題將生活經驗與學習成果連結抱持肯定的態度。此外,本研究亦設計問卷及試卷,進行量化統計研究,包含單因子變異數及逐步迴歸分析,結果顯示:數系能力、數的能力、文法應用及空間關係這四個分項能解釋素養試題的變異量為58.9%,即素養試題導向此四個分項能力較佳的學生。

馴風高手

本作品研究在於設計製造出一款能裝置在一般窗戶外側的“智慧型導風機”來引導室外自然風進入室內,以增加室內空氣的流通,構想是依操作者個人對進風量之喜好感受,設定按鈕電動驅動左右兩片導風窗板外推至適當角度後,再由風向感測器偵測出當下的風向數據,透過Arduino程式運算控制左右兩片導風板的葉片組,依不同風向進行一開一合的動作,讓側向風亦能導入室內,使得室內的空氣流通得到最大化,藉以改善室內的空氣品質。

彈止之間~流體對水瓶彈跳高度的影響

本研究主要探討水瓶自高處落下時,瓶內流體如何影響水瓶彈跳,我們自製跳台和彈跳瓶進行實驗,並改進測量精度,找到水瓶落地造成水彈起、瓶靜止的變因條件。研究結果如下:一、瓶內流體的流動,依過程共分為整體、分離、轉換、恢復等四個時期。二、流體進入轉換期,會將水瓶位能轉換成流體動能,主要跟碰撞時的液面曲度、水量、和液體黏度有關。三、旋轉水瓶會改變水面曲度,讓水在碰撞時產生更強的水柱。四、100g水瓶轉速大於臨界值300RPM時,彈跳次數只剩1次,水瓶落地接近完全非彈性碰撞。五、加入和空瓶等重的水時,質心高度最低,影響彈跳效果越明顯。六、液體黏度會影響瓶子彈跳,黏度較高,甘油瓶彈跳次數可達到5次,黏度較低只有2次。

探討特殊震動頻率下的倒立擺自主校正運動

本研究探討倒立擺在不同鉛直振動頻率下的擺動軌跡、擺動時間、擺動範圍及自主校正之情形。我們發現單一倒立擺是否能夠達成穩定自主校正主要受鉛直振動頻率影響,且隨著鉛直振動頻率增加,倒立擺擺動範圍會縮小。當倒立擺的長度增加時,擺達穩定所需之角頻率上升,相同頻率下的擺動範圍增加。接著再將不同長度的擺頭尾以螺絲相連組合,觀察雙擺之運動情形,我們發現在雙擺的情形下,下擺與上擺的長度會影響擺是否能穩定,在上下長度相同與下長上短時,擺在適當頻率下即可達成平衡,但在下短上長的狀況下,下擺及上擺長度則須達特定比例才可平衡。