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臺灣

細胞運算-於康威生命遊戲的自動化數位電路設計方法探究

「康威生命遊戲」是一款在1970年由劍橋大學數學家約翰•康威(John Conway)發明的單人遊戲,由棋盤構成的細胞組成,可以模擬邏輯閘元件,並且可以構建簡易計算器。 研究者在建構加法器和減法器的過程中,發覺手動放置電路元件非常耗時費力且容易出錯。為了解決這個問題,研究者決定開發一個能自動擺放元件的程式,以節省布局和放置元件所需的時間。參考了電子設計自動化(Electronic design automation)的概念,使用Python語言結合康威生命遊戲的應用接口模組,開發了一款自動電路布局程式。只要輸入邏輯電路的布林函式,就能自動設計、布局和放置元件,大大縮短了製作邏輯電路上的時間成本。因可直觀地展示訊號的傳遞和邏輯閘的運作,也有助於學生理解邏輯電路的運作原理,應用於教學。

挑剔環

將兩組{ 1,2,…,n }任意排成環狀,若對所有數m ∈ { 1,2,…,n },m與m之間繞順時針的間隔數為m或繞逆時針的間隔數為m成立,則稱此環狀排列為「挑剔環」。

平面封閉折線上構造多邊形之有向面積定值

本研究探討以封閉折線P1P2…Pn的邊為對角線構造平行四邊形或箏形PkMkPk+1Nk。考慮兩種構圖。首先,取任一動點Q構造三角形 △QMk Nk,這些三角形的重心 Gk 形成「重心多邊形 G1G2…Gk」。第二,對所有點Mk與點Nk取 mod r,分別連接同餘a的點構造全外(全內)的「跳點多邊形」,共有r種。透過純幾何與解析幾何研究此二類多邊形與原多邊形的有向面積不變量。 研究發現(1)重心多邊形的剛體運動、平行性與相似性與面積不變量。(2)設定多邊形 P1P2…Pn的n=rk+h+a,則可一般化mod r 下的 r 種跳點多邊形的有向面積定值,這是重要的突破!這樣的假設解決了分類數量龐大的問題,只需要分成兩種。我們也給出定值關係式中頂點跳點規律,本研究完整解決平面封閉折線上構造特殊多邊形之面積問題。

榕樹葉裡的鑽石-探討鐘乳體的形成與應用

本研究針對校園榕樹植物葉片中的石囊細胞、鐘乳體,探討其結構特徵、物種差異、發育過程、環境影響與中和酸雨的潛力,並使用ImageJ進行測量、量化分析。首先,顯微觀察不同榕屬植物的鐘乳體結構差異、不同年齡葉子的鐘乳體發育過程。接著探討不同環境因子對鐘乳體形成的影響。最後,測試不同榕樹葉片對酸雨的中和效果,探究榕樹枯葉促進小白菜種子發芽與生長的效果。結果發現,鐘乳體要到半成熟葉才發育,到老葉就發育完整;不同的土壤酸鹼值、光照強度與光合作用,會影響鐘乳體的形成;利用鹽酸溶解和鈣濃度測試,驗證其成分為碳酸鈣。本研究提供鐘乳體形態、品種差異、發育過程與生理功能的深入理解,並探討其在環境保護上的潛在應用。

就是那個光_自製光波捕蚊機

最近登革熱全台大流行。班上蚊子很多,同學帶光觸媒捕蚊燈來學校,效果很好,放置一晚上,就可以捕獲很多蚊子。於是各種捕蚊工具如雨後春筍般的崛起,其中光觸媒捕蚊燈是利用特殊波長的紫外光來吸引蚊子,當蚊子靠近時,就用風扇將蚊子吸入。經本組深入研究後,製作出成本低廉、捕蚊效果極佳的UV光捕蚊機。整組成本約100元,裝置設計簡易,可快速取出誘捕的蚊蟲,有利於後續相關研究的進行。 為提升捕蚊效果,特別針對不同色光波長、裝置外觀顏色、氣味、溫濕度等因素設計實驗進行探討。實驗結果顯示,蚊子喜歡波長375-380nm的UV光、黑暗、紅色可見光與黑色外觀的裝置。且本組自製的光波捕蚊裝置,能有效減少病媒蚊的數量,對於登革熱的防治有顯著的功效。

甩尾颱風

所謂「甩尾颱風」我們定義颱風移動期間行進方向急轉超過90度,就稱為甩尾颱風也稱為大轉向颱風;為了探討西北太平洋颱風大轉向的原因,以及了解颱風大轉向期間的經緯度分佈與轉角大小、颱風強弱變化、轉向花費時間和季節的關聯性。我們找出56個符合的颱風(其中包含一個颱風不同時間點出現2~3次的大轉向),依序分類、再參考中央氣象局的天氣圖與歷年颱風調查報告等資料,分別做出各種歸納與整理、並且提出我們的想法和結論。

校園蒼蠅虎~雙帶扁蠅虎(Menemerus bivittatus)的生態調查和步足仿生設計

我們在校園裡的樹皮下發現雙帶扁蠅虎,發現牠的捕食、求偶、蜷縮步足姿勢非常特別,以顯微攝影進一步鎖定研究牠的步足,發現步足上有許多剛毛及細毛,並有尖端倒鉤和尖刺,讓雙帶扁蠅虎可以在光滑表面上快速地行走!雙帶扁蠅虎會先用身體一側的第一、第三對腳和另一側的第二、第四對腳;再用一側的第二、第四對腳和另一側的第一、三對腳的步足行走模式。快速行走應該跟四對步足的結構、關節構造都有關,觀察步足的蜷縮結構,測量出牠可以將身體從體長6-9mm,穿過2.5mm的縫隙,發現蠅虎的步足有很好的伸縮能力,特殊的關節膜結構,以及前附足的特殊功能等,期待將步足的蜷縮能力、關節膜特殊構造和移動方式,應用到生活物品的仿生上。

『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;水質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。

〝得來塑〞 --- 海洋微塑粒清除系統之設計

聚乙烯(HDPE與PE)最能被油品吸附,矽油最高吸附PE(68.2%),葵花油吸附HDPE(50.0%),若要使用塑膠,應以聚乙烯成分優先。考量流速與吸附率的迴流吸附係數RAC(Reflux adsorption coefficient),靜態吸附塑膠使用矽油最好,迴流吸附則使用針車油最好。迴流裝置對塑膠回收率:第一次為 86.7%,第二次為 95.8%,第三次迴流為吸附56%,因此利用吸油法吸收塑膠不適合三次以上迴流。廢棄暖暖包因含活性碳,所以使用廢棄暖暖包來固化油品最佳。體積比例為廢油:暖暖包=1:2時,具有不漏油且量最少的經濟效果,固化時間需4~5天即可將廢鐵粉交鋼鐵廠進行後續處理。

頂心三角形誕生的奇蹟

在第 屆科展作品(中華民國第 屆中小學科學展覽會換心手術)有給定了一個新的名詞(頂心三角形):平面上給定△ABC及一點D,分別以A、B、C三頂點為圓心,¯DA、¯DB、¯DC為半徑畫圓,三圓交於三點E、F、G,再以三交點E、F、G為頂點作△EFG,則新△EFG稱為△ABC在D點的頂心三角形,本篇作品主要探討原三角形與其頂心三角形邊長與面積比例關係,並試著利用這些關係求出頂心線以及其他相關性質。 在我們的作品中,我們求出頂心三角形的三邊長為2¯AD sin⁡∠ CAB、2¯BD sin⁡∠ ABC、2¯CD sin⁡∠ BCA,也就是說在原三角形為任意三角形,可以得出頂心三角形的邊長與原三角形之間的邊長關係,我們再進一步利用邊長關係求出頂心三角形對原三角形的面積以及面積比例。我們還發現,當D點在原三角形的外接圓上時,頂心三角形會退化為一直線,稱為頂心線,而此頂心線會通過原三角形的垂心是本篇作品最重要的發現。