全國中小學科展

第一名

具有手眼協調能力的高爾夫機器球童

高爾夫球練習除正確揮桿外,良好的置球更是關鍵。而反覆彎腰擺球,尤其1號桿還得親手放上球梯,不僅傷腰耗時也無助於練習效果的提昇。本研究運用機器手臂及圓形偵測技術建構的機器球童,提供更有效率和樂趣的練習服務。使用WebCam擷取影像,透過PCD演算法,精確判斷高爾夫球的位置,透過極座標及餘弦定理換算出各伺服馬達轉動角度,再轉換成指令送到用Arduino製作的主控伺服器,指揮球童精準完成夾球及擺球動作。手臂採用TR213伺服馬達作為活動關節,共使用五顆馬達,夾肢為兩片生鐵條,手臂用鋁炭合金U鋼組成。實驗結果顯示,在可置放面積很小的球梯上有近90%的動作成功率,不需要球梯的推桿練習上更達到95%以上。

避免污染的實驗設計

從實驗室輸出得污染源,已成為環保工作中重要的一環,而有些污染是可以從變更實驗設計來避免的,我們把理化課本中,較易造成污染的兩個實驗,重新設計改良。

水波全像法

全像攝影(Holography),是運用光波干涉性質,來呈現物體影像。干涉是波基本性質因此我們嘗試改以水波當波源,經過全像攝影相同過程來呈現物體影像。 我們將訊號產生器產生訊號一分為二,一個接到振動器產生水波,用光感測器接收相當於全像攝影物體波,另一個訊號直接以電壓感測器測量作為一虛擬平面參考波,將兩數值相加模擬物體波與參考波干涉,得到一數位化水波全像片。然後以程式計算虛擬平面參考波通過水波全像片,全像片上各個點波源相互干涉結果,成功將影像重建出來。然後討論影響影像重建變因、鑑別率,最後我們將不同位置物體影像一層一層顯示達成斷層掃瞄效果。水波全像法是我們自行獨力發展出來,以關鍵字搜尋並沒有發現類似實驗。

0 與 1

我們在討論 John Mason 的 Thinking Mathematically 時,發現一個有趣的問題:「隨便寫下一個 0 和 l 的排列,若連續兩個相同的話, 在它們下面寫一個 0 ,否則寫一個 1 。重複這過程直到你只剩下一個阿拉伯數字數字。能預測最後一個是什麼嗎?」如: \r \r 此題看似簡單,但涉獵其中後,卻令我們沉迷於它的奧秘,進而想繼續探討。我們能預測最後一個數嗎?能擴展這個系統嗎?能知道 1 的個數嗎?

晶生有道(續)

在第三十四屆全國科展中,蒙幾位教授的細心指導與鼓勵,使我們在國中階段利用課餘時間,針對以前的結果,經驗繼續研究。

塑膠微粒對大型蚤生殖的影響

塑膠微粒常見於自然環境中,若攝入塑粒是否會對生物生存造成威脅?本研究以塑粒及小球藻餵食大型蚤(Daphnia magna),以螢光顯微鏡觀察大型蚤腸道並監測小球藻濃度以推測大型蚤攝食情形,並監測新生水蚤個體數。 研究發現大型蚤在濾食中會攝入塑膠微粒,在含0.08 mg/L塑粒的培養環境下大型蚤攝食量顯著減少。在含0.01mg/L的塑粒環境下大型蚤開始抱卵天數有延長、第一子代個體數會減少,且平均體長亦減少。若子代出生即放回無塑環境,可恢復生長情形。 在含0.01mg/L的塑粒環境下,族群大小有顯著減少且在0.08mg/L濃度下的族群在第七天全部死亡,也就是有塑環境對大型蚤生殖及生長確實造成影響。

數字迷宮-雙對角線數字和最大值之研究

本研究源自第49屆中小學科展國小組「數字拼圖」,原作品找出了單一對角線的最大數字和,我們進一步將研究擴展到兩條對角線的最大數字和。 我們發現依遊戲規則將數字填滿所有格子是「漢米爾頓路徑」問題,所以我們重新由較單純的「單一對角線」出發,去尋找填數時餘格「漢米爾頓路徑」的限制,再利用這些發現,去找出雙對角線的填數規律,並將單對角線與雙對角線最大數字和的公式符號化。 以漢米爾頓路徑填完所有餘格的限制,除了一般熟知的「單一路徑」、「色格與白格的差」之外,影響我們找出最大值的關鍵是餘格出現的「階梯形階數」不可超過3階。這項發現讓我們找出雙對角線最大數字和的「填數規律」,並推出了雙對角線最大數字和的公式。

完美自戀數與自戀環之結構探討與研究

本研究主要是探討自然數系中,在t進位制k次方和的遞迴運算下,針對其週期解(自戀環)與不動點(完美自戀數)的存在性,進行一系列系統性的研究。 在自戀環的研究中,我們發展最適子區間的理論,期能最短的時間內求出自戀環;在二階完美自戀數研究過程中,我們不僅給出存在性的證明,利用數論上的定理證出自戀數C(t)的個數理論:C(t)=(∑d︱t2+11) -2。再分別利用Pell方程與聯立方程的方法給出二階完美自戀數的遞迴解與通式解,並且發展實用的電腦運算理論。 最後在三階完美自戀數的探討中,我們更將四元三次不定方程,轉換成聯立方程組求解的線性問題,目前已可將t進位制以9做分類,當r=1~8時t=9k+r的三階完美自戀數皆可找到相對應的通式解。

小"豆"士化身大"銀"家-天然還原劑大解密

近年來取得奈米粒子的方法主要分為塊材粉碎及原子構築法,但塊材粉碎法大多高耗能而原子構築法中多數方式須使用會造成汙染的化學還原劑,因此本組以較經濟且環保的生物法進行各項研究。各項生物還原方法中我們使用了植物萃取液,在參閱相關文獻中我們得知了一種物質─植酸。植酸是種天然的有機酸,它具有還原力及保護力。而植酸在豆科植物的子葉中有比較大量的存在,因此本組選用易取得的綠豆為素材,用其含植酸的浸泡液來進行各項實驗。

校園雲端PM2.5監測系統開發及環境綠帶對於PM2.5之影響分析

本研究為研究校園中綠帶對於PM2.5改善的程度,透過自行開發的PM2.5檢測器架設在校園各個不同的位置,經由雲端收集資料與鄰近大發工業區的PM2.5數值比較來探討綠帶的厚度是否會影響空氣品質,並且配合當時的風向,來驗證校園樹木的種植可以改善PM2.5數值。