全國中小學科展

臺灣

「蜘」來「織「趣」-大姬蛛不規則網之拓撲探究

學校最常見的蜘蛛就是肩斑銀腹蛛、簷下姬鬼蛛及大姬蛛,肩斑銀腹蛛多棲息在植物上,簷下姬鬼蛛多棲息在欄杆上,而大姬蛛多棲息於陰暗處,有護卵行為。大姬蛛的網為不規則網,主要分為牽引絲、主網結構及次級結構。大姬蛛的網形分別為三角體、吊帶型及星型,主網形狀分為12種拓撲形狀,且大姬蛛網的牽引絲越長,網面積越大;立體主網面積越大,平面主網面積也越大;平面主網劃分角越大,區域內的牽引絲越少;短牽引絲的附著角度平均大於長牽引絲附著角度平均;具有支架的蜘蛛網,牽引絲數量與離地高度平均大於沒有支架的蛛網。仿生大姬蛛網吊帶型的振動幅度為0.06公分,三角體的振動幅度為0.02公分,顯示三角體面對風力的作用下,其結構較為穩固。不論是吊帶型及三角體仿生蛛網,其主網部分的振動幅度皆為最大,而連接點及牽引絲為蜘蛛網的周圍架構,其晃動幅度小。

圓外切多邊形之旁心與內切點多邊形性質之研究

本研究從「雙心多邊形其旁心n邊形和內切圓切點n邊形面積成等比且相似」為靈感,將雙心條件放寬為圓外切四邊形,觀察面積等比關係是否繼續存在或作了何種改變,後來延伸到圓外切多邊形時發現奇數多邊形因為能證明旁心n邊形和內切圓切點n邊形相似,我們證明了其必為雙心多邊形,偶數多邊形因不相似,我們利用每一層圓心角的性質變化,觀察到偶數多邊形面積變化規則。

引「陽」入室~將陽光導入室內之研究

節能減碳議題目前最受矚目。本研究利用雷射光模擬太陽光,找出兩玻璃鏡片之間的角度約20度時,可最有效率收集陽光;製作陽光收集器,並尋找各種反射鏡片的最佳材料。改良後,使用「防水塑料鏡面貼紙」製作第三代陽光收集器,兼具前代優點且增強防水效果;在陽光收集器下方放置「凸透鏡裝置」,使光線更容易聚集,並由光纖將陽光引導至室內,形成陽光收集器綜合裝置。研究顯示:1.第三代陽光收集器(綜合裝置) 照射照度計,比較後發現增強效率為原本的3.76~22倍 間,平均值為12.22倍。2. 光纖長度並不影響引導至室內光線的強度。3.預計應用在學校教室及地下室照明,及改善榕樹下陰影處草皮不易生長之問題4.陽光收集器收集效率高,可直接裝置太陽能板上。

驚天「凍」地-深海環流之探討

氣候變遷會影響海洋中海水的性質及流動。因此,本研究模擬海洋中的洋流溫度與鹽度不同時,所造成的海洋洋流流動的現象。實驗方法為配製鹽度或溫度不同的水,模擬不同密度之海水,使用實驗裝置觀察。根據實驗結果發現,當溫度差或鹽度差增加時,使密度差加大,則洋流流速加快。密度大的海水會下沉至密度小的海水下方。不同密度的水呈現出海洋中海水分層的現象,當靜止一段時間後,一團密度相近的海水形成,則會成為所謂的水團。另外,我們推論當全球暖化冰山溶解,大量的淡水注入海洋中,只要鹽度差縮小到0.4‰以下,就有可能使北大西洋洋流的沉降或流動減緩,甚至停止。

精益求「晶」

我們延續自然課製作鹽的結晶實驗,嘗試進行明礬的結晶實驗,在購買材料時,意外的認識了「銨明礬」,才知道明礬其實很多種!我們很好奇究竟這種「食品級」的化學原料,能不能也變成吸睛的美麗結晶?經過一連串的實驗後,我們發現:1.銨明礬的溶解度會隨溫度升高而明顯的增加,很適合用來進行冷卻結晶的實驗。2.冷卻速度或震動都會使銨明礬水溶液變得不穩定而容易析出晶核,使得結晶顆粒多而細小。3.附著物的材質會影響結晶析出附著的效果;附著物在水溶液中的空間結構,如形狀、粗細都會影響晶核沉降時附著的量,繼而影響總結晶量。4.洛神花、咖啡、鐵鏽等天然素材、食用色素、水彩等都可以讓銨明礬染色;其中以食用色素效果最均勻,成色效果佳。

紫外線B對輪蟲氧化壓力的影響

穿越網格愛上你

在此文中我們研究: 一個 n×4 的長方形網格中,所有從(1, 1)或(1, 4)出發,在不重複且經過每個格子點的情況下,走到(n, 1)結束的所有路徑總數分別為 Tn 、Un。 In our research, we study a n× 4 rectangular network lattice, of which all the routes are starting from (1, 1) (resp.(1, 4)), and ending at (n, 1) (situations are considered only on the conditions of passing every spot and not being repeated ). And we set the sum of all the different routes as Tn (resp. Un).

無往不「剋」—毒他作用對外來種的影響

目前外來種全台蔓延,造成許多原生種的破壞,現今以人力拔除居多,較費時費力,且多對環境有害。毒他作用是指植物在代謝過程中所產生的次級代謝物,藉淋溶、揮發、植物殘留分解、根泌等作用,造成對其他植物生長發育的抑制。我們希望藉此作用對外來種抑制生長。首次實驗採用血桐和榕樹的枯葉,進行粗萃取。並將粗萃取液澆在大花咸豐草所在的土壤。結果顯示7.5%的血桐溶液並未造成抑制效果,10%及12.5%血桐溶液的大花咸豐草葉子有明顯枯萎,並不會開花。榕樹溶液對大花咸豐草有嚴重蟲害,因此無法看到準確結果。再次實驗中鑑於土壤顏色的差異,可能是土壤內的菌相改變,進而導致植株生長不佳,這些澆過毒他植物溶液的土壤確實會改變原本土壤菌相的數量。

「摩」「靜」呀!摩靜!-利用開放硬體設計檢測摩擦係數之儀器

本研究成功利用Arduino開放硬體、Scratch2設計程式、紅外線、機械手臂及動、靜滑輪省力裝置等器材,設計可以檢測最大靜摩擦係數及動摩擦係數的儀器,並經過反覆測試,驗證儀器的可用性。藉由此儀器檢測數據,本研究發現不同材質物體的接觸面間塗潤滑油皆會影響摩擦係數的大小,摩擦係數則不受正向力及接觸面積的影響,而增加滑動物體的質量可以增加測量上的穩定度。本研究亦利用3D列印不同紋路底面的滑動物體,結果發現紋路不同會影響最大靜摩擦力,但對動摩擦力影響不大;故以直條當作鞋底紋路,起跑時得到的反作用力較大,適合當作跑步鞋的鞋底。本研究所設計的儀器,組裝方便、操作簡單且穩定性高,適合推廣及應用在國中相關課程及其他相關產品之測試。

翻滾吧!正方形—探討正方形網格邊上網點構成正方形所生成的相似合法直角三角形數量之最大值。

本研究在探討n×n正方形網格邊上網點構成正方形所生成的相似合法直角三角形數量之最大值及計數方法,藉由觀察、尋找關係與樣式、猜測、檢驗與論證的探究過程,發現透過插旗法、相似三角形的性質、正方形網格的奇偶性及網點構成正方形邊長長度的最大公因數,可發展出n×n正方形網格邊上網點構成正方形所生成的相似合法直角三角形數量最大值之計數方法,並發展出計數公式如下: 一、當n為偶數(2k),其計數公式分為三類: 1.2×2、4×4和6×6 (2k×2k,k=1,2,3時):[(k+1)×(k+1)-(k+1)]×4+k×4。 2.8×8以上(2k×2k,且k為偶數):{[(k-1)+1]×[(k+1)+1]-2}×4+(k-1)×4。 3.8×8以上(2k×2k,且k為奇數):{[(k-1)+1]×[(k+1)+1]-3}×4+(k-1)×4。 二、當n為奇數(2k+1),其計數公式為:{(k+1)×[(k+1)+1]-2}×4+k×4。