全國中小學科展

第一名

「層」次「分」明—濃度與色素吸附力關係之探討

本實驗藉由濾紙色層分析法,以水性黑色顏料為混合物,探討各種沖提液在不同濃度下對色素吸附力的影響,並得知鹽類是鑑別展開距離的關鍵溶質。我們也發現,以氯化鈉為沖提液,「低、中、高濃度」都有其各自的區間,並有不同斜率。斜率的改變,是由於正、負離子互相吸引程度不同,而導致靜電力的消長。只要找到濃度區間交界點並做分段,就可得到極佳的線性關係,並且可以應用於未知濃度的檢測。 最後我們發展出解釋模型,根據「水合離子」的性質、條件,可說明沖提液中的離子在本層析實驗中的關鍵作用;也能完整解釋離子種類、濃度、帶電量多寡所造成的影響。

圖形中的奧妙─特徵矩形論

我最近和同學在玩益智遊戲時,突然發現棋盤上的格子,四個角落部是同色的,而在生活上我們經常也可以看到不同顏色的小正方形磁磚中有許多這種四個角落同色的大正方形。這樣的發現引起了我的好奇,因此展開我的研究之旅…。

鬼斧神工─觸口附近的小褶皺探究

提起觸口,不禁令我們想起 ─ 天長地久。因為假日,爸爸常常帶我們到位於觸口的這兩座吊橋下遊玩。\r 有一次在無意中,發現岩壁上砂頁岩互層的地層中間,有許多彎曲的小褶曲,有的呈現 U 字形,有的是倒 U 字形,其至有的像躺下來的 U 字形。這些岩層,一會兒向東彎,有的一會兒向西彎,各種奇怪的形狀都有。回想去年上到「地層」這一課時,在課堂裡老師曾經提到「觸口斷層」,更引起我們強烈的心願,想研究這些奇形怪狀的東西。

道同互相為「蒙」—蒙日定理共點共線共圓的問題探討與推廣

正如本研究作品名稱「道同」互相為「蒙」,本研究以三圓蒙日定理「平面上三個圓,彼此的外公切線交點共線(蒙日線),彼此的內公切線交點與另一圓圓心的連線共點(蒙日點)」以及相關共點共線為基礎,推廣至n個圓、球、多邊形與多面體等,發現只要圖形互相「位似」,均可作出代表它們的「蒙日點」、「蒙日圓」,及一般位似圖形的「蒙日形」。同時,也透過其位置與各圓半徑、圓心座標的關係,進一步發現更多共點共線及共圓的性質,其中最令人驚豔的是圓分堆的蒙日點共線性質:「平面上 n 個外離圓,任意 k 圓的蒙日點與另 n-k 圓的蒙日點,必與此 n 圓的蒙日點共線」,推廣至空間中 n 球的蒙日點依然成立,又 n 圓(球)分堆亦具有蒙日圓(球)重合性質。

變形Chebyshev尋蹤記-連續函數與多倍角公式研究

本研究考慮的主要問題: 若非常數之連續函數f滿足∀m∈N,∃P(x)∈C[x] s.t.f(mx)=P(f(x)),其形式應為何? (一)、若考慮函數範圍為解析函數,則f(x)的形式必為下列三者之一: (1).axn+b (2).akxn +b (3).acos⁡(kxn)+b,其中a,b,k∈C、n∈N (二)、若將考慮函數範圍改為:連續函數f:[0,∞)→C,則f(x)之形式必為下列三者之一: (1).axk+b (2).akxn +b (3). acos⁡(kxn)+b,其中a,b,k∈C、n∈N

大海發怒了-海嘯的成因與海底地形關係之研究

我們的研究主要由「海嘯的形成原因」、「不同海底地形對海嘯的影響」、「日本與台灣地區的海底地形與海嘯發生的關係」這三面向進行探討。實驗中,我們發現斷層錯動情形與高度都會影響海嘯波的形成;不同水深會影響海嘯波前進的速度;不同的海底地形,也會影響波浪形成的高度。此外,海岸形狀部分,我們模擬峽灣地形,來瞭解不同的灣口夾角大小對波浪的行進或高度是否有影響。最後,我們藉由「Google Earth」,來觀察日本與台灣地區附近地海底地形,針對日本311大地震出現巨大海嘯的地點進行分析,以進一步實際模擬台灣海底地形發生海嘯時的情形,希望藉此了解發生大地震時,台灣附近海域出現巨大海嘯的可能性,並分析可能造成的影響及潛在危機。

再度甦醒的大地

本研究以民國105年0206美濃地震引起的台南市大範圍土壤液化為背景,並與民國99年0304桃源地震(原稱甲仙地震)做比較,研究發現新化區的土壤液化區重複發生機率高,而且液化區域、噴砂量和噴砂土樣粒徑範圍隨震度變大(新化PGA=401gal)而增大。研究也發現不同顏色的噴砂是來自不同的地層深度(約2m~5m),甚至噴砂的裂縫也略有方向性(NE-SW),與地震震波傳遞方向近乎垂直。另外,由地震的震測波速圖譜可以知道本次液化深度可達20公尺,也與實際噴砂點符合,噴砂的力量(超額孔隙水壓)也可衝破柏油路和填土層。研究也發現液化的土樣平均粒徑(D50)大小與河流、舊河道或水域有關,約在0.10mm上下,由這些數據和現地的調查、訪問,或許可以發現一些土壤液化的訊息,也可以和已知的土壤液化潛勢圖資做比對。

『量』麗世界~探討自製可彎曲硫化銀量子點敏化太陽電池製備條件之研究

以不同來源的銀材料,經化學沉積法沉積硫化銀於可彎曲材料,探討影響自製可彎曲硫化銀量子點敏化太陽能電池(以下簡稱Ag2S QDSC)。建議製備條件:0.8M AgNO3(aq) + 0.4M Na2S(aq) 製備沉積4層硫化銀量子點,搭配添加幾丁聚醣製成之糊狀電解質處理,正極材料使用少層奈米石墨稀,相較於其他處理組,具有較佳效能。使用銀線作為串聯之材料,可降低其中之電阻,增加其效能,串聯2組電壓為1.02V,可驅動數位時鐘,串聯3組電壓為1.64V,可驅動計時器。

Experimental Study on Self-designed Multi-layer-tank Water Damper for Mitigation of Structural Response

自製震動台模擬建築物受力時的振動模式;另設計多層容器(Multi-layer-tank)盛水的液體形式阻尼器,探討Depth Ratio(水深/容器長)、振幅、Mass Ratio(水質量/總質量)對減振效應的影響。實驗方法以「振動參數」(週期、衰減係數、時間)量化減振效應。調整Depth Ratio使水自然擺盪週期(Tn)接近震動台週期(TV)(PR = Tn / TV≒1),易產生碎波現象(wave breaking),造成系統能量消散,減振效應顯著。震動台振幅越大,碎波發生可能性越高,減振效應也越佳。且當PR≒1時,Mass Ratio變化對減振效應影響不顯著;若PR≠1,當Mass Ratio = 4.63 %,減振效應最顯著。實驗證實調整多層容器盛水液體阻尼器的特定參數,可有效達到減振效果。

神鰭魔力〝渦〞最行?!

本研究探討魚類擺動尾鰭,產生渦流與前進推力的關係。經測試與改良,製作能單純以尾鰭擺動前進的機械魚,並克服水中數據量測不易的困境,自製前進推力檢測裝置、水流流速偵測儀,也自製渦流製造機模擬魚體受力情況,希望找出尾鰭擺動造成加速的真相,結果如下: 一、魚以配速的方式擺動前進,速差越大,產生推力越大,前進速度也越快。 二、尾鰭擺動形成渦流作用於魚體,分為四個時期:單一渦流產生期、成對渦流產生期、渦流相遇期、合流期。 三、渦流相遇合流後,會產生強勁噴流,作用在尾鰭上是主要推力來源。 四、渦流重疊區越大,噴流強度越強,產生位置隨重疊區變小而往後移動。 五、噴流與尾鰭垂直方向夾角呈35度,有助魚體前進。