全國中小學科展

第一名

『冰清欲結』-探討不同條件溶液結冰時溶質匯聚現象的差異

我們發現有些水溶液結冰後會推擠溶質到中央匯聚成顏色較深的區域,但有些溶液卻不會,到底是什麼原因造成此現象的差異?於是我們操縱各種變因來觀察它們對溶液結冰時溶質匯聚表現的影響。 實驗發現並非所有的濃度都會匯聚;不同溶質的匯聚情形也不同;溶劑所含雜質越多匯聚效果越差,且結冰後氣泡分布也各有特色;上下等寬的容器呈角錐狀匯聚,下窄上寬的容器則為柱狀匯聚;先結冰的地方會推擠溶質到後結冰的地方且結冰速率越慢匯聚程度越好;最後我們利用保麗龍包覆+重力方向來控制結冰順序使冰晶推擠力達到加倍的效果,再透過自製離子濃度檢測器發現冰塊中溶質匯聚區的濃度並非均勻一致,而是依結冰的順序而有低、中、高的「濃度梯度」現象。

自行車剎車改進裝置

本研究是為了改進市售自行車之剎車系統缺點而研究,目前市售之剎車系統中,若先剎前輪,會因力矩作用而造成翻車之危險,若先剎車後輪,則沒有此危險,有鑑於此,改進這一缺點是本團隊重要的想法。『自行車若能於剎車時,無論先剎車手把左邊之剎車或先剎住車手把右邊之剎車或同時剎左剎車與右剎車,改進之裝置能自動地先剎住後車輪,再剎住前車輪,達到安全剎車之目的』,係為本研究之主要目的,為達此目的,本團隊經討論、繪圖、加工製造與組合測試之不斷改進而測試成功,經證實亦能達到此目的。自行車剎車改進裝置是以不修改目前自行車之車架之樣式為基礎,只做一機構來改進其剎車系統,此機構能裝置在各種自行車上,不必購置新的車架,方便現有各種樣式自行車之改裝,亦為本研究之目的之一。本研究以科學方法之證實發現,此機構對於剎車控制確有其順序性,其順序與研究目的相符合,可為自行車之安全增加一層保險。

天旋地轉~圓擺線花型的幾何基因

一個小小的繪圖尺,2 個固定的外圓搭配3 個內滾圓及多個筆插定點,就可以畫出108 種花瓣圖形,令人?嘖稱奇,仔細探究發現竟與內外圓齒數的公因數公倍數及比例有相關,且察覺內外圓大小比例是影響花瓣數及花瓣形成軌跡的重要因素,其中外圓決定了花瓣數,而內滾圓則決定了花瓣形成軌跡的順序。經由此研究探討後,我們已能從花瓣圖形中判定此圖形是由怎樣的內滾圓繞外圓旋轉,也能由內外圓的大小預測能畫出怎樣的圖形,同時更進一步我們也運用這些原理隨心所欲的創作出不同組合的繪圖尺,感到很有成就感。

星球質量年齡與光譜關係之探討

在無垠蒼穹中發亮的星星,有如一顆顆晶瑩的寶石,鑲嵌在深黝的夜空中,自古以來便為人們所感興趣。從小,我們亦對那些閃閃發光的星星充滿了好奇心,常常想到探索其中的奧秘,到了高中一年時,「基礎地球科學」教科書中曾經提到「質量愈大的星球,為了抵抗較大的重力,故熱壓力較大,溫度較高。」;而我們也在國外的雜誌及國內若干書籍中看到「星球年齡愈輕,溫度愈高;年齡愈老,溫度愈低」的記載。因此,引發我們想要進一步探討星球質量、年齡和光譜間相互關係的興趣。

小丑的秘密-循環跳躍的數列

小丑手裡拿著各式各樣的球以五花八門的手法自在的拋接,在這樣拋接球的過程中,隱藏著奧妙的數學問題。若將拋接球的動作以數列的方式表示,則稱該數列稱為《Juggling Sequences》,此數列不僅可以簡單的方法,辨別出小丑拋接球時所持的球數以及所丟的高度,更可表達各種拋接球的方式。 由於小丑拋接球時,球不能在同一時間落地,因此Juggling Sequences所代表的必須為連續動作。固定週期與球數後,透過數列構成條件的探討,得到如下結果: 1. 當n

風雲詭譎

根據資料統計,一九七七年因氣象災害而死亡者,總數達三十萬人以上,這個數目,比起同年因戰爭、或其他意外事故而死亡的還要高;加以人頭對環境污染的目趨嚴重,使氣候的變異和反常率逐漸的增大,因此,天氣的變化史成為人們關心的話題。大氣現象,錯綜複雜,且極具區域性,台灣位於世界最大陸地和最大海洋交界處的副熱帶,中高緯度跟低緯度的天氣系統,都可能發生影響;又因陸海形勢的特殊分佈,使得天氣變化更為複雜,一般民眾為了生活起居的適應,以及減少天然災害的損失,需要具備普通的氣象常識,學校教育尤其應該培養學生人氣科學的基本知能;激發其研習的興趣。

那一種面積最大

有一次,我在 〝 小叮噹數學百科 〞 上,看到一個問題,它說:用同一條線圍成的長方形和正方形面積不一樣大,我覺得很奇怪,為什麼不一樣大呢?如果用同樣這一條線圍成圓形、三角形、四邊形、五邊形……很多邊形,誰的面積大呢?於是我和同學一起收集資料並且請教老師,做了以下的實驗。

甜蜜方程式-探討網球拍甜區尋找方法及握拍方式

我們採用不同架設並結合力度計記錄握把及手腕處的受力變化,找出網球拍甜區內的重要三點:節點(NODE)、碰撞中心(COP)及強力中心(COR),協助初學者快速找到甜區並了解適當落點對手腕的重要。首先,由回復係數得知強力中心位於拍面的喉區中央;再來,以懸吊(鬆握)及連結手臂(緊握)兩種方式,分別搭配慢動作錄影及力度計找到三種握位下對應的碰撞中心位置,並模擬單擺運動,得到碰撞中心距離與週期平方的線性關係式,作為鬆握與緊握的甜區範圍參考。在節點實驗中,由能量守恆找出節點位置,與手測結果相符。最後,發現三點中又以碰撞中心最能降低手腕受力。因此,建議初學者採鬆握短拍方式,不僅甜區上移、放大,擊球強度獲得提升,也有效增加手腕舒適度。

新的星等測定法及哈雷彗星光度的探討

過去我們的老祖宗一向是忠實的天象觀測者,哈雷歷次回歸的蹤跡均被我們的老祖宗們詳實正確的記錄下來,就連現今有關彗星的研究工作,仍須用中國歷代來的資料加以驗證。由此,可證明中國古代天文學的優秀。 民國74~75年,哈雷彗星第30次回歸,在台灣掀起了一股天文熱潮,使一向冷門的天文學,似乎一下子熱絡起來了。然而在一股觀星熱潮之中,我們是否能夠為中國天文學盡一份心力呢? 由於我們本身對天文觀測頗有興趣,於是利用自己實際拍攝的照片加上國內的哈雷資料作興等測定、分析、研究來探討哈雷彗星第30次回歸的情況。

綠能舒適樂活遊-威爾斯渦輪與避震發電的完美組合

為了尋找環保能源,我們從事回收避震動能的研究:利用簡易材料設計組裝,將避震作用時液壓往復流動所產生的動能,推動威爾斯渦輪發電,成為複筒式液壓避震發電器,並就現有的基礎加以改良,有了新的發現: 1.控制適宜的扇葉盤外徑、葉片數量、葉面阻推點、葉片厚度、通氣比等,可以有效提高渦輪運轉效率。 2.調整發電負載所產生的阻尼強度,可提供不同程度避震強度的需求。 3.複筒式的雙向水流,可以有效提高渦輪轉動的連續性 實測發現:發電負載與避震強度的相互作用,可將避震時消耗掉的動能轉化為有用的電能儲存,過程中還能達到舒適騎乘與環保無碳的目標。可說是小兵立大功,解決能源問題,更帶來舒適與安全。