全國中小學科展

第51屆--民國100年

風馳電掣—車頂導流板發電的研究

本研究主要是針對不斷飆漲的國際油價,試圖尋找一個可行的解決方案,尤其是針對公路上數量龐大,耗油量可觀的卡車、貨櫃車族群,希望提供一個既省油又能夠為地球節能減碳作出貢獻的創新實驗。就先由理論出發,從〈功的公式〉〈貝茲法則〉.......等公式中找到對本實驗有助益之處,並且探討了是否會牴觸到「能量守恆原理」。研究方法則包括以「控制變因」、「操縱變因」、「對照實驗」分析各種不同造型擋風板的風阻大小和驗證導流板與受力的關係,研究結果顯示,本創新實驗作動良好,已達成了所預期的初步目標

向日葵的螺旋華爾滋

仿照向日葵花盤生長的模式,我們單純的以數學方法:改變發散角φ,研究原基排列的規則,有以下研究目的。一、發散角與螺旋結構之關係二、發散角產生雙螺旋結構的特性三、發散角為2π的有理倍數亦產生雙螺旋結構四、螺旋數目為Lucas數列相鄰兩項的向日葵的發散角與性質以 φ/2π 的連分數求得近似分數的分母構成Sφ數列,便可作出以Sφ數列為單螺旋數目的原基排列;原基產生雙螺旋結構亦存在,但是螺旋數目並非必為Sφ數列中相鄰兩項。發散角即便為2π的有理倍數,而使得固定間隔順序的原基會共直線,但是並不影響原基產生雙螺旋結構。螺旋數目為Lucas數列相鄰兩項的向日葵的發散角,經由連分數相關概念計算而得φL=4π/5+√5,其螺旋數目與黃金角所產生的雙螺旋結構性質相似。

完美k分割

本研究主要由一數學競賽問題來進行推廣。我們證明了完美全分割共有5種、完美二分割共有24種、完美三分割共有9種,而完美k分割在K>3時將不存在。我們也進一步將各種圖形繪出,並與相關立體圖形進行比較探討。

這是我們喝的水嗎?!

東引島面積僅3.8平方公里,東湧水庫的蓄水是我們賴以維生的珍貴資源,卻面臨水庫優養化與集水區內的民生廢水汙染問題。若能使用生態工法,重建集水區與溼地,便可利用植物特性改善集水區環境,達到改善水質的目標,提升當地軍民的飲用水品質。挺水性與浮水性植物的密集根系,可吸收水中溶解的物質並攔截懸浮性物質。因此選取東引島上現有物種,水芋、細葉碎米薺、浮萍與布袋蓮,經由實驗結果得知,植物淨化水質的能力,挺水性以細葉碎米薺最好,浮水性以布袋蓮最佳。

我挖!我挖!我哇哇哇!探索中港溪長期水質變化的秘密

中港溪的河道結構由上游到下游分別是天然河岸、生態工法石頭堆砌的低度治理河岸和特別加高、強化護岸、由鋼筋塊泥堆砌的高度整治河岸。根據環保署水質監測資料選取田美大橋、三灣大橋、平安大橋、東興橋和中港溪橋,作為觀測地點,調查汙染來源,結果發現中港溪流域的水質上游較下游好,而下游的汙染來源包含工業廢水、畜牧及家庭污水。 2002及2003年因中港溪流域的竹南、頭份沿岸工廠數量多,造成嚴重汙染,2004年之後,工廠數量銳減,水質也明顯改善,但東興橋到中港溪橋的氨氮量仍偏高,顯示家庭污水的排放對水質有影響。當有河道或堤防整修工程時,河水的懸浮固體量就會增加。下游中港溪橋的水質變化會受雨量影響,降雨量較多的6~9月,污染指數相對較低;降雨量較少的11~1月,污染指數相對較高。

一閃一閃『電』『金』晶--探究金屬離子於不同介質與通電環境下的還原狀況

本研究使用三種水溶液(硫酸銅、氯化鋅、硝酸鉛)、三種金屬(鎂、鋅、鋁)、三種紙張環境(濾紙、棉紙、宣紙)、三種膠體環境(洋菜、太白粉、澱粉)、三種溫度(10、20、30℃) 與通電與否等變因交叉實驗探究金屬在不同環境中氧化還原的效果觀察,主要發現如下:(1) 金屬於棉紙、宣紙的析出效果較為明顯。(2) 反應初期會出現許多具有關鍵性的小泡泡,分析得知氣泡為氫氣。(3) 若在電鍍水溶液中放置銅片或碳片,皆會出現暫時的偽正極和偽負極,其中偽正極會產生溶解反應(銅片)或產生氧氣(碳片),而偽負極皆會析出金屬。(4) 若更改中央碳片與兩邊電極的排列方式,會影響金屬的析出量;建議可使用於重金屬污水處理。

遇強則強的玉米漿

玉米漿是由玉米粉和清水泡製而成,是一種特別的流體,當玉米粉和水的比例達到3:2時,人在其上兩腳不斷輪流踩踏,玉米漿會變成像固態一樣堅硬而撐住人的重量,使人不下陷,但人若停止踩踏,玉米漿又會變成液態流體,人便會慢慢往下沉。如果玉米漿濃度未達該比例,則上述所有現象皆會消失。我們推測玉米粉的顆粒小,玉米漿流動速度慢,可能是主要原因。我們發現玉米漿能有效緩衝重物的撞擊,我們利用玉米漿「遇強則強」的特性,找出一個最佳的包裹雞蛋方式,保護易碎的雞蛋在不小心摔落地面時不會破裂。

固酪金湯~優酪乳製作之研究與應用

本次研究目的是想要發現及了解在製造優酪乳的過程中,其發酵情形及日常生活應用,結果發現優酪乳需要乳酸菌的發酵才能製成,並且要在中性或酸性的環境裡發酵,砂糖的量要適中,鮮奶與乳酸菌的比例也要適當,不能太少,最好用全脂鮮奶,這樣會比較香,而且發酵的溫度一定要控制在40℃左右範圍之內,這樣乳酸菌才不會因為太低溫而停止生長或是太高溫而全部死亡。最後在探討優酪乳的日常生活應用時,發現優酪乳除了食用,來吸收其營養之外,還可以給乳糖不耐症的人喝,比較不容易腹瀉,給常常胃酸過多的人當成胃藥替代品,也可以做成優酪乳皂來給小朋友們洗手,來對抗細菌及黴菌,更可以當番茄等果樹的良好液態肥料。

我的課本合不密

利用自製的等臂天平進行各液體表面張力的測定,再使用固定大小的紙張浸泡在以測定之液體中,用強光、陰乾、晒乾、書本吸乾…,使液體蒸發,再使用複式顯微鏡利用焦距的變化,來測定固定長度單位中紙張的形變程度大小,並且比較表面張力與紙張形變程度的相關性。

由單目標非線性最佳化求解『鋼管訂購和運輸最佳化問題』

本文是籍由國中及高中所學的數學知識,來解決一些基本的線性規劃,進而來設計並解決一套複雜的工程問題,本研究透過一些電腦程式來協助我們計算相關的數學限制式,並且成功地算出若干結果,雖然電腦計算時有時算出的結果可能是非最佳的,但是在一般圖論問題及最佳化的NP-hard問題中,都存在此種現象,也就是在電腦演算中,可能會掉落到局部最佳解的問題,未來本研究將修改部分限制式,並結合遺傳基因或神經網路演算法來強化相關的限制式,企圖調整並設計出一套新的計算方法,使新方法可以應用到更複雜的加強型線路鋪設示意圖,及更多的工程科學計算問題。