全國中小學科展

臺灣

聲之形­-探討膜管與聲音的關係

藉由鋼球撞擊繃緊於塑膠杯口之彈力膜作為發聲裝置,並利用音訊分析軟體進行錄音、分析,探討發聲的成因與相關參數對聲音的影響。實驗結果顯示聲音隨時間而演化,我們利用並聯彈簧機械模型解釋單膜與腔體間的交互關係,聲音取決於振動體間交互作用的強弱,頻率與膜張力成正相關、和杯子容積成負相關。此外,我們延伸探討兩端開管皆套膜的影響,研究結果顯示此實驗上膜與純膜頻率相近,符合兩質量三彈簧的振動模型,且一邊膜頻率>純膜=上膜頻率,綜合各個實驗變因可知彈簧振動模型之有效性。

植物也會發燒嗎?_以仙人掌體內溫度為例

自然課提到環境溫度對動物的影響,我們好奇植物是否也有類似的恆溫或變溫的情形。而沙漠植物的仙人掌在沙漠早晚極端氣溫下,植物體內的溫度變化是否也有相對應的改變呢?我們從探究植物的體內溫度測量開始,進行一連串的觀測 記錄與探究以Microbit解決觀測不便等問題。研究結果發現: 一、仙人掌 體 內溫度 是 會隨外界環境溫度改變的變溫植物 。 二、環境溫度較高時,照光的、乾燥的仙人掌體內溫度較高吹風的仙人掌體內溫度較低。 三、極端高溫下仙人掌的體內溫度具有維持在52℃左右恆溫的現象 。 四、影響仙人掌體內溫度以太陽輻射與熱傳導為主,自身的蒸散作用調節有限。 五、照綠色光的仙人掌比起照白光、藍光、紅光的仙人掌的體內溫度都要低。

彈簧蹺蹺板的簡諧運動

首先我們用目測法、節拍器共振法,以及Tracker測量法測量擺動週期;再測量彈簧壓縮以及橫向的彈性係數;然後利用木夾子、螺帽來增加質量;再來利用重物位置來改變施力臂的長度,最後比較對稱與不對稱的的差異。了解影響彈簧蹺蹺板擺動週期因素後,我們探討彈簧蹺蹺板與彈簧擺飾的共振現象,得到結論如下: 一、彈性係數(k值)越大週期越小;質量(M)越大、施力臂(R)越長,週期越大。 二、增加重物重量、墊高層數越多、質量(M)越大,以及施力臂(R)越長時,共振的週期和同步時間會變大,但擺動的振幅則變小。 三、彈簧擺飾的左右以及上下振動的週期隨質量增加而變大;前後擺動的週期會大於上下振動的週期。

有感而發-結合感測器與自動控制之自駕車煞車系統評估

自駕車的相關研發日益受到重視,尤其在複雜的交通運輸中提供更安全、更有效的防護是自駕車的發展重點之一。本次研究主要探究不同距離感測器與不同PID自動控制組合,針對靜物與移動障礙物進行煞車成效分析。研究結果顯示不同的距離感測器的精準度與穩定性不同,在固定障礙物狀態下雷射距離感測器因為精準度和穩定度較高,而超音波較容易受到外界干擾,所以比較不精準。由於超音波距離感測器的偵測範圍廣,所以可以事先偵測到移動障礙物,反而提供自動控制較多的反應時間,在加速度的表現上較為穩定.自動控制表現上P控制的情況下機器人常常卡在最後一點點的距離,不過超音波感測器因為會有點誤差,所以反而會比雷射感測器快停下來;PI控制因為可以消除穩態誤差,所以時間消耗都是最短的;PD控制原本的功用應該是快速修正,由於D控制的增益常數(gain)過大,影響D控制作用,因此PD控制的效果沒有特別突出的部分。

這樣拍手才科學-撞擊與振幅之探討

此研究想探討影響掌聲大小的原因有哪些?進而思考掌聲的發音機制與物理原理。 我們透過壓克力板貼合矽膠片以模擬人的手掌、再以強力衣夾作為力量的來源並量化控制,依序探討拍手方式、拍手面積、擊掌力道、手掌間的空隙等因素對掌聲大小的影響,最後發現拍手的產生的聲音是源自於手掌間的空氣被快速壓縮、釋放而產生,而且有類似線狀排列音源的效果,因此聽到的掌聲大小和與手掌的相對位置有關聯、拍手面積和掌聲的聲音強度成正比、擊掌力道和掌聲大小的關聯則是源自於擊掌速度而非力量-在相同擊掌距離下,聲音強度要變為2倍(也就是增加3dB的音量),力量需增為4倍;最後手掌間空隙造成掌聲大小的差異,是源於空隙的被壓縮程度而非空洞大小。

繞形相遇

在一期校內的階城盃中,我發現一個有趣的問題,在一個正多邊形,甲走一圈花 分鐘,乙走一圈花 分鐘,請問第一次甲乙在何時、何點相遇?當我寫下這題目特定解時,突然發現還有許多有趣且可延伸的可能,因此開始研究;本篇研究透過求出甲乙相遇的每一個地點連接形成一個圓形,再藉由此圓形與題目中的正多邊形的點所畫的圓形的頂點相對位置,找出甲乙何時何地第一次相遇在正多邊形的頂點上,並導出通解並期望在未來可以找到不限定人數等等的延伸。

風起「渦」湧~卡門渦街現象與風力發電

本研究在風洞中觀察到卡門渦街造成振動阻體共振的現象,了解到振動阻體口徑、風速大小影響卡門渦街頻率,而振動阻體的自然頻率與渦街頻率在特定條件下發生共振,也觀察到前後擺放兩個振動阻體,振動阻體因卡門渦街,有交錯擺動的現象。我們利用可產生最大振幅,口徑16cm的彈簧阻體來製作發電裝置,在風速3m/s、彈簧長16.5cm下,可得到最佳功率為530±11mW。將前後擺放兩個振動阻體串聯,在風速3m/s、彈簧長19.7cm下,可得到最佳功率為12.5±0.5mW。未來期望多加以改進並實際運用到生活中。

鳩佔鵲巢巧護食-有限相連環狀排列之探討

本研究旨在探討科學研習月刊62-2期中「鳩佔鵲巢」的問題。首先小斑鳩編號是0,喜鵲編號1、2、3、4、5,沿著圓周排列,探討餵食的順序為選第一隻編號k喜鵲餵食,下一隻被餵食的鳥是由這隻鳥開始,順時針接著沿著圓周數的第k隻鳥。接著編號r喜鵲,再由這隻鳥開始沿著圓周數的第r隻鳥,以此類推。但若餵到編號0斑鳩,會將食物吃光。探討喜鵲n隻,當食物n份、無限多份時,以及當餵食順序為順時針、逆時針交替時,所有喜鵲都吃到食物,其「位置排序」和小鳥數量之間的數學關係。並延伸討論(1)當斑鳩二隻位置相鄰時,(2)當喜鵲吃完一份食物後即飛走時。食物n份、所有喜鵲都吃到食物,其「位置排序」和小鳥數量之間的數學關係。

來吉,來「急」-居安思危話來吉

本研究發現:一、阿里山來吉附近溪流的野外地質調查發現,此地為沉積岩地層有很多順向坡容易造成滑落。坡面堆積和坡腳崖錐,到處可見。在調查中發現四個小斷層,證明此地變動劇烈地質條件不佳。二、所謂「來急」,是指本地在颱風或豪雨季節因坡陡、岩層破碎、崩塌等特性,加上河水湍急沖刷侵蝕劇烈氾濫潰堤,無數邊坡堆積的砂石碎屑被帶出來,土石流穿過村子,釀成災難。也就是風大「雨急」、土石「告急」、 岌岌可危令人「心急」的總稱 。三、為了「來吉」的安全,建議遷村,政府也於觸口建造「逐鹿社區」永久屋供村民居住。考量留在部落的村民,應該居安思危,平常要做好崩塌地的處理、砌駁崁擋土牆、建造防砂壩等水土保持的工作。

一日不用,「蘆」隔三「秋」~萃取「蘆薈」與「秋葵」自製植萃乳液之研究

本研究使用蘆薈與秋葵自製植萃乳液,方法有浸漬萃取法、蒸餾萃取法和微波萃取法。比較三種方法,發現以微波萃取法取代蒸餾萃取法,可以達到最佳效率。經氧化還原的碘量滴定實驗,發現秋葵比蘆薈有更好的抗氧化效果。以微波六次萃取法取代蒸餾萃取法的抗氧化效果更好。自製植萃乳液的酸鹼值都介於5~6之間接近市面上廣告pH5.5的乳液。使用蘆薈萃取液的自製乳液水分含量較高,屬於保濕乳液。使用秋葵浸泡油的自製乳液油分含量較高,屬於滋潤乳液。微波萃取蘆薈乳液和秋葵浸泡油乳液都有發展成為防曬乳液相關產品的潛力。依據防曬目的,開發微波萃取蘆薈乳液預防UVA導致曬黑與老化,開發秋葵浸泡油乳液預防UVB造成曬紅和曬傷。