全國中小學科展

臺灣

「蝕」破天驚~超聲波場中空蝕效應之破壞情形分析

本實驗使用超聲波洗淨機為主體,將鋁箔紙放入腔內振盪,引起腔內液體產生空蝕現象並損壞鋁箔紙。我們使用分析軟體研究不同液體條件對鋁箔破壞的影響,以找出最佳清洗效果。 研究結果顯示,黏度越大的液體造成的破壞面積較小。這結果可以從Brabec和Mornstein(2007)的實驗中解釋,因為黏度增加會使空蝕閾值提高,也就是發生空蝕現象的條件變得更苛刻。溫度低下破壞程度較嚴重。 通過實驗和壓力感測器,我們發現超聲波在洗淨槽中以駐波形式產生空蝕現象,且破壞最嚴重的地方位於壓力變化最大的節點處。然而,由於超聲波洗淨機不是封閉系統且邊界條件複雜,無法精確推測表面情況。因此,我們希望透過建立數學模型來完善實驗。

七巧板拼凹多邊形

本主題是研究七巧板拼凹多邊形的拼法 。 我們得到下列結果: 一、證明七巧板拼成凹多邊形的最大邊數為17。 二、七巧板拼凹四邊形的圖形分析1種情形拼法不存在。 三、七巧板拼凹五邊形的圖形分析3種情形,計算5種情形的拼法。 四、七巧板拼凹六邊形的圖形分析7種情形,計算14種情形的拼法。 五、用Excel驗證凹四至凹六邊形的情形。 六、用Python程式找出凹多邊形的拼法, n = 4有1種;n=5有5種;n=6有14種;n=7有23種;n=8有41種; n = 9有58種;n=10有89種;n=11有118種;n=12有166種;n=13有212種。

「落」落大方-棉桿竹節蟲避敵與成蟲飛行落點行為探究

本研究透過飼養觀察、形態觀察及室內實驗等方式,探討棉桿竹節蟲若蟲與成蟲的避敵行為,以及若蟲掉落後選擇停棲點、成蟲飛行時選擇落點的行為模式。 實驗研究發現,一齡至三齡若蟲的避敵策略多以快走、掉落方式表現;四齡與五齡若蟲會快走移動,隨即偽裝成樹枝不動;六齡若蟲及成蟲甚至會分泌人蔘氣味,成蟲也會以飛行方式離開。若蟲避敵掉落大多翻正1次(91%),側翻次數則最多(73%)。 若蟲與成蟲在同亮度的環境尋找停棲點時,對於不同色塊或色柱的選擇沒有顯著差異。成蟲在空曠環境、飛行時間達4秒以上,會以C形、偶爾出現S形的飛繞尋找陰暗的落點(74.4%),推測飛行尋找落點具「負趨光性」行為,且同一隻成蟲的飛行軌跡大致相同,應有記憶及學習能力。

「與磁振共舞」--探討磁場與聲波頻率對酵母菌發酵速率的影響

回想當初看到一項公開發明提到:「在葡萄酒的釀造過程中,通過『同時』設定特定頻段的中頻電磁波(900+50Hz)和聲波設備,對酵母菌群細胞進行『共振刺激』,使其細胞膜紊亂的振動頻率回歸正常的振動頻率,從而達到提高酵母菌生物量和代謝產物量的目的。」這引起我們的好奇,也讓我們產生質疑,經過不斷實驗探究的結果:1、在固定方向的磁場下,高出吹風機5.67倍磁場強度,對酵母菌發酵速率沒有影響。2、在磁場變化與聲波「同時」或「單獨」進行下,其頻率對酵母菌沒有「共振刺激」作用,對活性也沒有影響。 做完這次科展實驗,我們對此項公開發明內容的正確性更有質疑的依據,也對未來獲取的資料保留一分存疑與求證的態度。

拾級而上~從Jonah公式談矩形堆疊問題

多數人購房會要求生活空間的最大利用,其中樓梯間的置物櫃設計就是其中一例,本文是由置物櫃排列所發展的數學問題。 假設在樓梯下裝設矩形櫃子,並允許每行的櫃子最多只有兩種樣式:一種是該行的每個櫃子都是單位高度,另一種是該行最多只有一個超過單位高度的櫃子;而排列方式則是最高櫃子位於最下方且最底層的高度則是逐行高於或等於前一行的櫃子,我們將這樣的問題稱為「矩形堆疊」。 透過動手實作發現「矩形堆疊」與路徑數有關,於是建立與路徑的一一對應關係,並研究路徑問題。經由Jonah’s公式發展路徑問題後,再回來解決「矩形堆疊」問題;此外也研究變化不固定的路徑問題,對於特殊結構例如拋物線下「矩形堆疊」,都有不錯的結果。

滾滾沙塵~探討不同因素對土石崩塌的影響

本研究透過資料蒐集了解臺灣邊坡土石概況,得知臺灣約有50%的土地,坡度都在40°以上,山坡多且地勢陡峭,因此山坡地災害層出不窮。 經設計實驗探究發現:泥沙適量含水可以增加安定角,使泥沙在坡地上較不易掉落,實驗中以顆粒0.21-0.42mm的中砂安定角最大。而混合不同顆粒大小的泥沙及有坡腳的山坡地也可以增加坡地的安定角。當山坡屬順向坡時,土石較不穩定,而加設岩錨可以增加土石的穩定性。 另外,發現震動次數越多及震動力量越大,泥沙掉落量會較多;當山坡坡度達到約35°時,地面震動會有較明顯的影響,土石掉落量也會較多。 最後建議:在順向坡位置,或地震發生頻繁、交通流量大及超過35°坡度的山坡地附近都較可能出現土石崩塌情況,應適度做防範。

型不型?—青斑蝶前翅翅型、面積與越洋行為的關聯

本年度在湖西林投尖山步道標放青斑蝶總數比例為歷年來最高,推測應與風向及青斑蝶抵澎湖位置有較大關聯;雌蝶數量約占總數41.0%,高於歷年平均數值,同時整個研究過程皆維持略高比例,與往年僅存在初期與末期的高雌蝶比率不同,是否為單一年度的偶發現象?有待持續研究。由網格膠片與紀錄紙量尺所得數據顯示,不同測量前翅長的方式皆為可行紀錄方式;青斑蝶前翅長度與寬度的比值約為2,翅型較類似2個等腰三角形上下疊合之寬翼鳶形;以方格法計算青斑蝶前翅面積,發現前翅長與面積平方成正比;以青斑蝶前翅長寬比的差異超過10%來定義不同翅型,僅有1.5%分屬不同翅型,應是族群內偶發差異現象,故可推論青斑蝶前翅翅型並不影響其越洋行為。

吸「金」「膜」法

許多文獻中提到,交聯作用後的海藻酸鈉薄膜具有吸附重金屬的效果,本研究探討海藻酸鈉薄膜在不同時間、不同溫度、不同磁場下對鎳、鐵、銅離子的吸附效能。研究結果發現,海藻酸鈉對不同金屬離子之吸附效果整體而言為鐵>鎳>銅;溫度上升使海藻酸鈉對鎳、鐵、銅離子的吸附率更快達成平衡,且使達動態平衡後的吸附率震盪幅度更大,此外,鎳、鐵、銅離子在45℃的環境中的吸附效果最佳;磁場強度亦會影響海藻酸鈉對鎳、鐵離子之吸附效果,銅離子則無明顯差異。

「愛」的「膜」力轉圈圈~可食性愛玉薄膜素材的研究

減塑是必行的工作, 由2021年消耗28億杯咖啡紙杯資料中,我們計算出每年消耗約2000公噸的PE,我們以愛 玉子:水 =1g:80ml的比例,以20℃的水用果汁機攪打90秒萃取愛玉凍,透過蔬果烘乾機以50℃烘乾8小時製成愛玉薄膜,以自製的測量薄膜的張力,找出較堅固的薄膜,薄膜厚度經測量為0.004cm。愛玉薄膜具有防水、在100℃熱水煮1小時也不溶化,在烤箱140℃烘烤20分鐘不被破壞、不溶於99%酒精、丙酮、飽和檸檬酸、99%醋酸、飽和小蘇打溶液中,化學性質穩定等特性。透過將高熔點起司煮成起司糊當黏著劑,成功將愛玉薄膜鍍於塔模餅乾上, 在裝熱水的測試中,成功的在1小時後都不滲水,並透過咖啡測試,發現對於熱飲味道的影響頗低,可以成為取代PE膜的環保替代方案。

化圓為方 ─ 四邊形的蝴蝶定理

本研究是將圓形蝴蝶定理推廣至四邊形,首先將四邊形分成梯形、平行四邊形、一對角線被另一對角線平分的四邊形,再推廣至任意四邊形,發現四邊形也有蝴蝶定理。而蝴蝶形的中心可以是四邊形兩對角線的交點,若一對角線被平分時,則以此對角線為蝴蝶線就有蝴蝶定理,若此對角線不被平分就有坎迪定理;若將此中心沿著另一對角線移動就有類坎迪定理,沿著原對角線移動就有坎迪延伸定理,若此對角線再被平分,就有等比例蝴蝶定理。最後利用三線共點的作圖法,成功將四邊形蝴蝶定理一般化。並透過不斷地延長多邊形不相鄰的邊,將多邊形退化成四邊形,從而得到多邊形的蝴蝶定理,只是此時蝴蝶形不一定內接在多邊形的邊上,也可能接在邊之延長線上。