全國中小學科展

第二名

2、3、4、5進位Kaprekar變換的性質

非負整數的各位數字重新排列後,由大到小減去由小到大的運算稱為Kaprekar運算。若原數和結果相等,則此數為Kaprekar常數。在此條件下,Kaprekar變換最終定會進入循環(包含循環節為1的情形)。本研究探討Kaprekar常數與循環的結構。 結果如下: (1)二進位分為五類,得到二進位常數的形式和規律。 (2)我們定義了g(x)來討論三進位的變換形式,得到能判斷其結構和循環節及數量的規則。 (3)g(x)在任何有理數區間中必有任意的n-循環點,其中n是任意正整數。 (4)關於四進位,我們發現將任意非負整數運算四次後必符合一形式,且其結果可類比於部份三進位的情形,進一步可得到所有四進位數的結果。

水中的奇妙力量探秘—沃辛頓射流

我們以實驗室容易取得的重物與乒乓球模擬網路上跳水彈射手中球體的沃辛頓射流實驗。結果發現圓形的類天然海棉因為具有吸水迅速、可以平穩入水的優點,因此選擇以此為托球的載體進行實驗。依據我們的實驗結果,至少需要15公分水深才能形成完整的射流彈射出乒乓球,原則上在下落軌跡完全垂直於水面時,落下高度越高,球體彈射高度越高,實際實驗水深15公分以上時,落下高度50公分彈射高度約可達47公分,但結果受限於托球的海綿在落下高度40公分後下落軌跡不穩定,若期望更高的射流強度需要尋找更穩定下落的載體。

摺疊管的研究

我們將三浦摺疊運用在紙管上,發現能摺出「單位管」的條件為:8個全等平行四邊形(內角不為90度)相拼成V字形;邊長為1、內角為60度的平行四邊形拼成單位管,我們求出其最大體積約為1.5;而改變平行四邊形邊長與角度之間的關係,當單位管側面沿摺痕壓平摺疊後,能摺出3種不同樣貌。將N個相同的單位管洞連接起來,形成「N-單位管」2個相同的N-單位管共有4種拼組方式,拼組後能正面與側面壓平摺疊;我們用數個N-單位管相拼,發現能做出負重點朝上和洞朝上的負重結構,分別最少需用4個2-單位管垂直相拼和8個N-單位管水平相拼;若數個N-單位管拼組後只能側面壓平摺疊,則只需3個N-單位管水平相拼,就能做出洞朝上的負重結構。

開闔有度聚散離奇

在「拼組相同剪刀、剪刀組能完全開合」條件下,我們發現若4段臂兩兩等長,則能拼出直線行進剪刀組;若 軸心不在2臂中點,則能拼出弧線行進剪刀組;若4段臂不全等長,則能拼出斜線行進剪刀組。 將弧線行進剪刀組頭尾相拼,形成封閉剪刀組,當其剪刀間形的變化是三角形時,內圈會圍成正n邊形,我們能依此算出在平面中,拼成封閉剪刀組所需的剪刀數量。在彎曲臂剪刀部分,只有當彎曲臂夾角皆相等,且夾角為正n邊形一內角度數時,才能拼成封閉剪刀組,其能在平面中朝圓心、圓周作變動,但不能像直線與斜線行進剪刀組般能無限網狀拼組。 拼組、操控剪刀組能增加面積、體積或折疊縮小,將此應用在太空科技中,能節省運送太陽能板的空間。

Do It Myself-智能棒球訓練系統

「智能棒球訓練系統」是協助棒球初學者自主完成打擊與投球訓練的系統。訪問棒球教練需要哪些輔助訓練工具與文獻探討後,先以九宮格板自動回復元件製作投球準度訓練模組;再改良成輕巧的三宮格板好球帶訓練模組。在靈敏度偵測實驗中發現雷射光加光敏電阻靈敏度高於超音波與雷射測距感測器,以此製作揮棒速度訓練模組,實際使用時發現雷射光與光敏電阻模組在戶外易受陽光干擾,故以各色吸管進行光敏電阻抗陽光干擾實驗,發現6公分以上的黑色吸管可有效降低陽光干擾。最後加入跨步步伐偵測模組以提升投球穩定度。本系統還能透過IoT的功能,讓使用者掌握練習數據。實測後,本系統可提升練習者的揮棒速度以及投球的準度和穩定度。

「稻」出「鋁」想「充」能力

本研究利用農業廢棄物再加工後的-炭化稻殼,經食用醋處理後搭配環保防水明膠配方製成碳紙電極,作為可充式鋁電池的正極材料;負極則是在鋁箔上塗一層較環保無毒的PVA;電解液使用2M氯化鋁/0.1M食鹽水/5g醋酸鈉,吸附在濾紙上,成功製作出可充式「炭化稻殼紙/鋁電池」,充放電循環3次後,放電的初始開路電壓最高可達1.296V,初始短路電流可達137.1mA,串聯兩個電池後,成功使LED燈發光持續至少72天,亦可推動風扇在約4mA的工作電流下維持215分鐘。 本作品多使用食品級的環保材料,較以往作品具有低汙染、低成本、超輕薄、可充電、可彎曲等多項優勢,充電後的穩定性更優於市售石墨片電極,可連續充放電至少5次,期待能為大型儲能系統添加一股永續環保的新契機。

「蜂」衣足「食」-食用蜂王乳對工蜂體內代謝的影響

本研究以蜂王乳(Royal jelly)作為研究對象,探討餵食蜂王乳之後工蜂(Apismellifera)的壽命變化以及脂質與蛋白質的代謝活性變化。 研究 結果顯示餵食蜂王乳 一個月後 的工蜂存活率 約為一般工蜂的三至四倍 。 而 餵食蜂王乳的工蜂體內的 非酯化脂肪酸 NonEsterifried Fatty Acids ,NEFA )約為一般工蜂的兩倍,且脂肪酸合成酶的活性較一般工蜂也有顯著提升,合理推測出在餵食蜂王乳之後,工蜂對於脂質的需求量增加,因此主動合成了脂肪酸,造成體內的脂質濃度高升。 此外, 餵食蜂王乳的工蜂體內的蛋白質濃度約為一般工蜂的兩倍,且 S6 基因 m RNA 表現量較一般工蜂也有所提升,由此推論出蜂王乳會對工蜂體內的蛋白質代謝產生影響,且是由工蜂體內主動合成。

消化或循環?扁蟲往復式消化道之發現

扁形動物蚵蛭已知有捕食消化的描述,但對研究價值更高的野生扁蟲相關文獻卻極為稀少。本研究以台灣近水域常見的網平扁蟲 (Paraplanocera oligoglena) 為對象,探討其捕食與消化行為。確認網平扁蟲為廣食性礁岸海域石下多種腹足類物種掠食者,覓食分攻擊、捕食和消化三階段,且僅捕食活體,為非腐食性生物。首創活體動物消化道觀測技術,以染色手法觀察網平扁蟲高迴數分枝的消化道,發現三種類別:枝狀管、盲管與循環管。藉動態影片追蹤食物進入扁蟲消化道後的移動,發現分節運動與蠕動現象,進一步分析其收縮頻率與運動方向,觀察到未曾報導過的雙向蠕動現象,確認消化道運輸模式為非循環的往復式蠕動。期望未來持續了解更多物種的消化腔,並提供野外族群追蹤的可能性。

二維複合式凸輪於自動鏟花之研究

在機械產業當中,工具機組裝中的配合面都會運用到鏟花這項技術,佔有極為重要的位置,現今當中鏟花主要還是以人工的方式來進行,並且是一項技術性高的工作,在課堂上也有看過業界的鏟花師傅示範,我們實際操作起來也不容易。 我們利用鏟花刀驅動機構來實現鏟花刀的軌跡,利用課堂所學到的知識和加工技術專業背景來開發機台,我們主要以3D列印機的運動控制為基礎,設計複合式凸輪機構,再藉由樹莓派控制Python程式語言控制鏟花刀轉向機構及鏟花刀驅動機構所需的機械動作,來達成具有不同角度及分布的鏟花承斑,這些操作都只需運用到觸控板控制數莓派便能減輕人工的負擔。 我們設計的機台具有自動化加工功能來取代人工,並且不會有人工傷害,也不需具備鏟花技術,操作介面簡便,人本成本低,便達成自動化的目標。

二岸塵情-濁水溪下游南北二岸西螺與溪州之落塵及PM2.5相關性研究分析

濁水溪南北二岸共14點測PM2.5、蒐集落塵以顯微鏡測粒徑、氣象署AQI,分析109.11至112.04 間PM2.5發現: 一、實測PM2.5與蒐集落塵及氣象署AQI,南岸高於北岸,戶外高於室外,冬季北風南岸揚塵與AQI同。 二、北岸戶外小顆粒低於南岸,戶外大顆粒大於室外,南岸戶外大顆粒高於北岸。冬季大顆粒高於夏季。 三、陰天PM2.5高,雨天PM2.5低。 四、冬季北風:戶外高於室外,南岸戶外、室外均高,環境影響。夏季南風:PM2.5低,北岸略高。 五、戶外落塵量:冬天南岸略高,夏天111年6~11月南岸也高。環境影響。相關係數低,落塵量二岸無相關。 六、風速高PM2.5增;溼度高PM2.5降。 七、PM2.5低夕陽清澈明亮;數值高夕陽渲染朦朧。雨後PM2.5二岸低。 八、濁水溪北風吹彿揚塵測試模型可模擬冬季北風情形。