全國中小學科展

臺灣

走進群山百岳,別小看氣溫劇變~我與玉山的溫度距離

百岳玉山氣溫和平地相較如何?實際登上高山後,深刻體會到高處不勝寒。 「高山地區的氣溫,隨著地形高度的上升而下降, 高度越高,氣溫便下降愈多,平均每上升 1000 公尺,氣溫約下降 6°C。 」我們想深入研究臺灣平地與高山的實際氣溫差異是多少?以近十年臺灣13個平地與玉山氣象站做氣溫分析。 根據分析的結果,平地與玉山氣象站間,近十年每1000公尺下降平均溫度為5.00℃。一年之中,以7月(5.47℃)溫差較大,12月(4.53℃)溫差較小。不同季節氣溫遞減率由高到低依序為:夏天(5.43℃)、春天(5.05℃)、秋天(4.96℃)、冬天(4.61℃)。依北緯23.5度劃分,以北為4.81℃,以南為5.22℃。

光學自動追日加熱器

本組發現了菲涅爾透鏡有短焦距的效果,因此可達到良好的聚焦加熱,又太陽因地球自轉,有了這幾點動機,所以本組決定採用myRIO做為控制器再搭配Wi-Fi遠端的無線監控、步進馬達的驅動、菲涅爾透鏡的短焦距,以達到聚焦加熱完成自動追日加熱的系統。 本組作品可Wi-Fi無線監控,分為手動聚焦加熱、自動聚焦加熱。但因晝夜長短不同、四季不同,所以本組利用四顆光敏電阻(CDS)進行光源方向感測,做出16種狀態的真值表,讓實際值與設定值進行比較判斷並且二值化,形成一個閉迴路控制;使用myRIO控制器和LabView可圖形化程式設計、虛擬儀表的人機介面做搭配,可透過人機介面可無線監控,最後再由菲涅爾透鏡的短焦距進行聚焦加熱,達成較佳的加熱效率。

回首向來蕭瑟處—一筆畫迴圈圖形

本研究主要探討「一筆畫迴圈圖形」的種類數。圓上n個點平均分布,任選一點為起始點,經過圓上每一點恰一次,最後回到起始點,所構成的一筆畫圖形稱作迴圈圖形。我們的研究目的是若給定任意正整數 n≥3,算出這些點共能作出多少種不同構的一筆畫迴圈圖形數 g(n)。 我們將迴圈圖形分成了對稱和不對稱兩種,對稱圖形又根據n為奇數或偶數分別進行研究。首先,我們計算了圓上點的排列組合數和不同構的對稱迴圈圖形數,依此可以得到不同構的不對稱迴圈圖形數。將兩者相加後即可得到 g(n)。詳細探究過程將呈現在本研究中。

圖形上蛀點之不得不切割片數與不得不切割片數最小及最大之探討

本作品研究「將一塊正三角形的布,沿著圖形上節點即蛀點作切割,延伸至邊長為正整數的正三角形與正方形,且不管蛀蟲咬在哪一蛀點上,並分別切割成數個邊長為正整數的小正三角形與小正方形。發現原正三角形與原正方形在圖形上的所有蛀點,除去對稱性後,留下必要蛀點,並導出它的一般式。利用質因數分解找出邊長為合數的情況下,它的不得不切割片數最小,同時呈現必要蛀點在圖形上之分布。再者,利用邊長為某兩正整數(兩正整數皆大於一且可相等)切割後的相似圖形,找出邊長為兩數相乘的不得不切割片數最大與這兩數之關係,結果發現正三角形最上方第一個蛀點與正方形最左上方第一個蛀點的不得不切割片數必為此圖形的不得不切割片數最大。」

辛克曼的難題—Z形棋的挑戰與擴充

我們從數學遊戲書裡發現西洋棋名家辛克曼發展予以解析並得到擴充結果如下: 一、使用P3V型、P4Z型、P5P型、P6R型與P3I型,以K移動位置作為橋接點VBr,我們找到k值作為多階段移動結果組合數可得到最少移動總次數。 二、複合路徑圖以重圖為主,是EQ和El兩種路徑複合圖。 三、4點配置BR,當弧形邊數EQ≥2,弧形邊可以視為B-K型組路徑,階段中直線數El≥2則可以視為R-K路徑。度序列衍生路徑組合若EQ≥2優先配置B,El≥2優先配置K。 四、P6複合路徑圖的正例所有點都符合DS≥2,反例特徵係每張圖至少有1點DS=1,可2B2R、3B1R、1B3R、4R,3B1R配置條件EQ≥3,2B2R配置條件EQ≥2,1B3R配置條件EQ≥1;但若圖中有2點DS=1且EQ=1,僅能配置4R。

「峰」芒「幣」露:從聲波判斷真、仿幣

近年來,仿幣氾濫的問題引發廣泛討論,日常生活中我們也曾經收過仿幣。本實驗利用真、仿幣的物理性質及聲音的波形來比較它們的差異,希望可以找出分辨真、仿幣的方法。我們測量了真、仿幣的體積、重量及密度,並且利用專業錄音室的電容式麥克風及音頻分析軟體來收集不同的真、仿幣敲擊相同金屬物體所產生的聲波波形。實驗結果發現: 一、物理性質:仿幣與真幣相比,直徑相似、厚度不一、重量較輕、密度有顯著差異。 二、聲波測試:在8.5K(Hz)以上頻率,真幣具有相似的波形與峰值區間、仿幣峰值區間比同幣值真幣低。 三、聲波比其他物理性質更能鑑別真幣和仿幣。

Hand-catch視訊鏡頭魔法

研究者發現Covid-19疫情爆發導致網課興盛但難以專注,故本研究目的撰寫手部追蹤程式,當做出特定手勢會出現多媒體提示以增加師生互動提升學生注意力。 本研究實驗對象透過準實驗法進行實驗,分為有影像追蹤程式的實驗組,與無使用的對照組,並於實驗後利用問卷施測滿意度。 分析結果得知,經本研究設計的Hand-catch視訊鏡頭魔法的方法,精簡和鮮活組施測後的分數與進步幅度皆高於無特效組有顯著差異,且精簡和鮮活組幅度接近,顯示本研究可提高學習表現。在實施後我們對實驗組採李克量表5點計分法問卷,量尺分數高於4分,且顯示實施特效的滿意度約85%。 未來可幫助身心障礙者,藉由手勢與適當音效及文字進行一些簡單的溝通,作為後續研究。

維他命C與銅離子的相遇

本實驗利用維他命C和硫酸銅溶液混合形成綠色溶液,接著慢慢加入氫氧化鈉會形成黃色沉澱。若快速加入氫氧化鈉則會形成橙紅色澄清溶液。黃色沉澱經藍色雷射光或綠色雷射光照射皆形成黑色物質。橙紅色澄清溶液照射藍色雷射光或綠色雷射光形成黑色物質。橙紅色澄清溶液經過太陽光照射後可形成棕色物質或黑色物質。我們經由定性檢驗及uv-vis光譜來推測綠色溶液、黃色沉澱、橙紅色澄清澄清溶液、棕色物質及黑色物質的成分。

風水輪轉―氣、液兩用特斯拉渦輪發電機設計與應用探討

2050年淨零碳排的目標,全球積極發展再生能源維持充足的能源供應。本研究以廢棄光碟片製作特斯拉渦輪,學習大自然黃金螺線改良;分別以空氣及水兩種流體,比較渦輪轉速效果,轉子採用螺線數量:0條、2條、4條或6條,分別搭配0度、10度或20度入口角度。氣源壓力為1.00kgw/cm2時,採用4條螺線,搭配0度入口,轉速為1735RPM,相較特斯拉渦輪轉速746RPM,轉速提升133%;水源壓力為0.50kgw/cm2時,採用4條螺線流道,搭配10度入口,轉速為657RPM,相較特斯拉渦輪轉速381RPM,轉速提升72%;透過黃金螺線引導,可有效提升低壓流體的渦輪轉速。以氣源帶動渦輪成功驅動輪轂發電使LED燈照明;並對鋰電池進行充電,展示特斯拉渦輪發電效果。期盼可以發展成小型發電裝置並應用。

探討不同茶葉渣經土壤鏈黴菌發酵前後抗氧化能力與抗菌能力的差異

本研究以土壤鏈黴菌(Streptomyces corchorusii)對紅茶渣、綠茶渣、烏龍茶渣、普洱茶渣分別進行發酵,並測定發酵前後茶渣樣本的對兒茶素(Catechin)、沒食子酸(Gallic acid)、總多酚含量(Total phenolic content)和DPPH自由基清除能力等,以評估茶渣之抗氧化力,並探討發酵前後茶渣樣本對非致病性大腸桿菌(Escherichia coli K-12)之抗菌能力是否不同。 綠茶渣以及烏龍茶渣的總兒茶素與發酵前相近,紅茶渣上升,而普洱茶渣下降;烏龍茶渣和紅茶渣的沒食子酸及總多酚含量上升;而紅茶渣、綠茶渣、烏龍茶渣的DPPH自由基清除能力上升。在抗菌能力方面,綠茶渣和烏龍茶渣在未經土壤鏈黴菌發酵前,與對照組相較有顯著抗菌能力;而經土壤鏈黴菌發酵後,四種茶渣樣本的抗菌能力均有提升;紅茶渣因原先抗菌力較低,故進行微生物發酵較為必要。