全國中小學科展

第52屆--民國101年

蓄壓空氣型虹吸抽水器

本研究是探討如何使事先未裝水的虹吸管,能在沒有加裝額外能源下順利發生,並高流量抽水,原理是利用水壓壓縮管內空氣,接著利用暴衝現象使虹吸現象發生來抽水。研究一:以手按住玻璃管上端,並將管子插入水中,接著放開按住的管口,則管內的水柱有爆衝現象,口徑2.00cm較0.20cm的暴衝高度增加50%。研究二:發現虹吸管的彎道部分:圓弧型優於直角型、口徑小於1.10cm等均明顯有利於暴衝後順利抽水。研究三:發現外管愈抽水愈快。研究四:發現管子下方若製作成漏斗型,利用流體力學連續方程式的觀念,暴衝高度可增加116%。最後研發兩款新式虹吸管,提升使用的便利性及安全性。研究可用於水族箱換水、汽機車緊急抽油、夜市之可食性油桶之抽油及不同密度油料層之取用等。

走訪秀姑巒溪出海口左岸-探索安山岩的祕密

去年暑假,我們到花蓮進行野外地質觀察活動,在秀姑巒溪出海口左岸的露頭發現海蝕平臺、海蝕洞及安山岩質的地質。我們觀察、測量和探討海蝕平臺及岩壁海蝕洞的特徵及成因,並探究在此地密集度極高的安山岩,其所含的斑晶是中性斜長石及深色礦物的輝石、角閃石。岩壁的海蝕洞,長又深,高度在2.65m,可見此地的年代久遠,大約為更新世時期的地層。由洞穴的形狀、深度、高度可以知道當時的地殼變動隆起,和海流、潮汐及海浪侵蝕造成的地質事件。我們也發現秀姑巒溪出海口的安山岩密集度高,又膠結的很堅固,不容易敲下來,雖然範圍不大,但是每一塊安山岩中的深色礦物,如角閃石和輝石都非常明顯,所以是一個研究安山岩的好地方。

有「垢」不煩!

清洗飲水機過程中,當不銹鋼內膽的水倒掉瀝乾了以後,清晰可見一層白白的、厚厚的-「水垢」,想刷也刷不掉,這樣的麻煩幾乎存在於許多有使用飲水機的家庭。於是這次科展我們想藉由實驗比較坊間利用新鮮檸檬、檸檬酸、食用醋(化學方法—酸溶解水垢)和阿嬤提出的創意點子「吹風機」(物理方法熱脹冷縮—不鏽鋼內膽和水垢膨脹係數不同)的清潔效果,從中找出能讓婆婆媽媽們輕鬆清除飲水機水垢又能省時、省電、省錢的方法?從實驗結果我們發現到,用來清潔飲水機不銹鋼內膽水垢最方便、較環保(對環境友善)且節能省碳的方法是—阿嬤的創意點子「吹風機」。

IRmote之反光筆頭&眨眼滑鼠

我們研究出Wiimote的感測原理與影響IR發射筆的發光強度的因素及不同材質的反光特性,進而研發出~電子黑板--反光筆頭,達到在臨時組合屋教室裡能順利在黑板啟動電子白板的功能並提升學習樂趣等目的。同時,運用Wiimote的感測原理及所學和研究結果,我們舉一反三欲罷不能,研發出簡單實用的~眨眼滑鼠。

凡走過必留下痕跡

在此作品”凡走過必留下痕跡”中,我們探討了任意三角形的重心G與其對各邊對稱所得到的三點G1,G2,G3形成的軌跡。使三角形二頂點固定,一頂點於單位圓上繞行,並探討重心G,G1,G2,G3這些點形成的軌跡。我們發現了許多有趣的性質,在這些軌跡中我們找出了近似於蚶線、心臟線、類似彎月等各種奇妙的現象,我們深感有趣,因此繼續深入探討下發現了許多有趣的結論。

紙也能錄音系統之研究

人類記錄聲音的歷史,從愛迪生發明留聲機至今的科技,MP3是最典型的留聲設備,而聲音的處理記錄方式,從類比信號處理方式到現今的數位化處理方式,處理的方式不同也有不同的設備。而MP3裝置是利用資料壓縮技術及記憶體,將聲音或音樂儲存在MP3記憶體中。研究中我們顛覆傳統聲音儲存方式,以紙為儲存媒介,利用二維條碼技術及聲音數位化電路,將聲音儲存在紙張上,因此紙張上方所記錄的二維條碼資料即為聲音資料。我們在利用光學閱讀裝置讀取二維條碼語音資料,並透過轉換電路再將聲音還原。

『打』『混』摸魚~探討打彈珠遊戲的混沌(Chaos)行為

使用小白板、強力磁鐵及壓克力方盒自行設計彈珠檯。目的是:用幾乎相同的初始條件,卻得到寬廣的滾珠機率分佈來顯示混沌的存在。實驗結果:(一)對一次碰撞情形而言,滾珠撞擊撞針前速度越快,反彈後落點分佈會有朝兩側偏移的現象;(二)滾珠在撞擊前的x方向的小偏差,會使撞擊後最終落點位置產生極大差異;(三)提高多次碰撞機會,但因撞針的排列是有規律的,使得落點分佈也具有規律,且排列密度越高,碰撞次數越多,分佈就越趨於一致,但前提是滾珠軌跡沒有被撞針侷限(排列密度中例外)。總之,滾珠碰撞後的落點雖無法預測,但經由多次實驗發現,滾珠落點的機率分佈具規則性且其曲線會『收斂』,符合不規則中存在規律的特性。

姆佩巴效應

在「蟋蟀先生,今天氣溫幾度?」一書上,意外看到一篇「打個賭,熱水會先結冰」,這與我們一般的常識和所學的知識有所不同,引起我們的好奇和疑惑?再怎麼說冷水溫度比較低,理應先結冰,怎麼會是熱水先結冰呢?因此,我們上網去搜尋相關資料,雖有許多文獻肯定表示「熱水會先結冰」,但是也有部分見解持否定看法,從文獻探討中發現姆佩巴效應是在製造冰淇淋時發現的現象,因此我們抱持著盡信書不如無書,唯有透過實驗才能得到真相的態度,開始本項實驗。

「粄」中乾坤,「條」理分明

本研究利用拉力計、電導度計、曲度計等儀器研究不同米類、不同水質、不同質量等實驗條件下所製成的粄條在拉力、電導度及甜度的差異。拉力大小排列為在來米>美濃米>長米>蓬萊米>泰國米>糯米>圓糯米;無任何添加物時,大部分米類的拉力一開始會隨著靜置時間增加,但到20分到40分後便開始下降;而糯米、圓糯米則呈現持續上揚的趨勢。加入蕃薯粉和太白粉後,各種米類的拉力皆會隨著靜置時間增加。使用不同水質時,拉力大小依序為蒸餾水<逆滲透水<山泉水<自來水<地下水。增加米類質量會增加拉力,但非成正比;美濃米、在來米從50g增加為100g時,拉力有較明顯的增加;加入蕃薯粉、太白粉則能大幅增加米漿的拉力,但繼續增加只會微幅提升拉力。

三角梅花五面開

2004年DragutinSvrtan,DarkoVeljanandVladimirVolenec三位教授在math.MG上發表了一篇文章,內容提到18世紀的幾何學家Monge將Ptolemy定理延伸到一般的五邊形,而Gauss則利用這個結果證明了一個鮮為人知的有趣定理—“高斯五邊形定理”,其內容是在說明如何從一個五邊形的”部份面積”算出”整體面積”。此結果經由許志農教授重新編寫在《算術講義》第19講中,同時也提出了一些新的問題。我們則在這篇文章中解決了之前留下來的問題,同時也發現了另一個與高斯五邊形定理等價且形式相似的結果—內五邊形定理,再利用之前的文獻和本篇文章的結果便能證明了以下定理的等價關係: Ptolemy定理≡和角公式 ‖‖ Monge公式 ‖‖ 高斯五邊形定理≡內五邊形定理