全國中小學科展

臺灣

以三角形各邊生成共頂點正多邊形圖形性質之研究

本研究源於競賽之幾何問題,將其動態化與一般化得到三角形各邊同向生成正多邊形頂點與頂點連線特定的圖形不變性。本研究證明出: 一、兩外延正n邊形與框架正n邊形同相對位置的頂點(分別為Bi、Ci、Ai),與三角形可動頂點K 恆形成平行四邊形BiAiCiK,此為形成不變性之關鍵。 二、當三角形可動頂點之角度為定值θ,則框架角分別為180+180/n-θ及180-180/n-θ度。 三、三角形可動頂點K移動過程中,兩外延正多邊形中以K為起點分別依順時鐘與逆時鐘依序對應之頂點會形成(n-1)組的以底邊中垂線為對稱軸之軌跡,並與K點軌跡形狀相同、大小分別為框架正n邊形第i-3或i-4對角線長度倍數的圖形(若i-3、i-4≦0,則為1倍)。

"堅實"起點,"穩固"未來-不同深度基礎各種加固之比較

探討不同基礎、不同加固法及不同地質條件,對建築物耐震能力的影響。在無進行地質模擬的情況下,淺基礎無加固的耐震能力,優於無基礎和深基礎。深基礎因基樁與底板連接處易斷裂,而存在受損風險。對比各種加固法,彈力球體加固法的效果最佳,其次則是彈簧加固法。而因一代和二代彈珠的工法差異,二代在降低加速度值的效果較好。整體而言,免震效果最突出的加固方式為彈力球體和彈簧加固法。在模擬不同的地質條件下,彈力球體加固法在各種深度基礎中表現最佳。而深基礎彈力球體加固法在降低加速度值的能力上更是優於淺基礎;在土壤液化區的測試過程中,裝置彈力球體的建築物較不易有傾斜、沉陷及損壞的現象發生,所以基礎加固是必須被重視的。

美美之光-利用原住民特色染料改善染敏電池的發電效率

本研究源於對阿美族傳統服飾中使用的薯榔染料的興趣。傳統上,阿美族服飾以白色和紅土色為主,其中紅土色來自於薯榔染料。透過與長輩的交流,我們了解到薯榔染料不僅用於染色衣物和紗線,還能用於棉麻製成的魚網,增強纖維的韌性並抵抗海水腐蝕。 隨著太陽能發電技術的進步,特別是染料敏化太陽能電池(DSSC)因其製作簡易和成本低廉而受到關注。我們的研究旨在探索將薯榔染料應用於DSSC,取代或混合傳統化學染料,以期提高電池的發電效率和耐久性。這項跨領域的研究不僅致力於傳統文化的保存,也尋求可持續能源技術的創新途徑。

液滴曲面折光的繞射圖紋探討

利用線香探究光在立體空間的分布,發現圖紋與光線的條數具有相關性的,在不同的角度下產生的圖紋精彩炫麗、美妙驚奇令人驚艷。為了找出圖紋、光線和水滴及介質之間的某些相關觸點,設計了相關性的設計實驗並參考惠更斯原理與繞射原理,比較不同水滴形狀、垂吊方式及改變雷射筆照射位置來觀察圖紋差異,觀察不同角度的光經過同一介質的連續曲面產生的圖紋差異,對產生的圖紋加以解釋。透過這一系列的實驗,發現光經過介質時會因遠近差異、角度、水滴形狀出現折射及反射的美妙圖紋,時而交疊或發散,形成了各式複雜曼妙精彩的圖紋。這些都是本實驗值得探討的研究。

圓外切多邊形邊延長線的前「式」今生!

1.根據文獻[1]、[2],關於圓外切四邊形一組對角兩頂點和內切圓圓心形成的三角形之心頂點外接圓與該四邊形邊延長線相交產生的線段與邊長關係式,推廣到圓外切n 邊形時,得到漂亮的關係一般式;圓外切n 邊形的n 個心頂點外接圓中,相鄰兩圓間的邊延長線關係式,藉由定義兩圓交點與邊延長線相交的位置關係得到完整的表示。2.由第一代圓外切n 邊形聯想作出第二代圓外切24n − 邊形時,其心頂點外接圓與其各邊延長線交點有共點現象。 3.單一個或任相鄰兩個心頂點外接圓分別與原內切圓的面積(或周長)及特定線段之比值乘積是一個定值(或另一個定值)。 4.推廣到圓外切n 邊形的n 個旁心也得到旁心頂點外接圓相關的邊延長線關係式。

智伴共創學習動機

本研究設計一般聊天機器人與諮商聊天機器人,以提高學生的數學自我效能,藉此增進學習動機。 本研究採用準實驗設計,研究對象為國中、高中生共297位(137位男性、160位女性)。參與者經由隨機分配進入一般聊天機器人(實驗組A)、諮商聊天機器人(實驗組B)和無使用聊天機器人的控制組C。三組都接受數學自我效能量表的前測、後測,實驗組需填答聊天機器人滿意度量表。 研究結果顯示:就全體樣本而言,一般聊天機器人可顯著提升學生的數學自我效能;高中組樣本發現,一般聊天機器人和諮商聊天機器人都能顯著提高學生的數學自我效能。 未來研究方向包括:匯入更多心理諮商文獻且改善應答方式,應用於青少年心理健康上的提升。

以電漿沉積氟化聚矽氮烷優化不鏽鋼材表面性質及其應用性之研究

不鏽鋼材(SS)表面改質與優化可提升抗蝕性,故極具應用價值,目前多使用昂貴合金或低成本的塗層方法。電漿沉積為先進塗層技術,其所發展的聚矽氮烷薄膜可提升抗蝕性,但表面疏水性限制其應用範圍。本研究以CF4電漿改質不鏽鋼材表面的聚矽氮烷,以調控表面之親、疏水性。浸泡模擬體液發現最佳化製程條件為:流率10 sccm、功率30 W、工作壓力80 mTorr之CF4電漿處理ppHMDSZ聚矽氮烷1分鐘,將薄膜改質為親水性並維持94%抗蝕性。分別在體液與海水環境,改質後薄膜仍具抗蝕性與親、疏水穩定性,且表面可抗蛋白質沾黏。本研究結果可發展為風機水下結構之抗蝕材料,此親水表面於金屬醫材應用亦具突破。

福木葉萃取液相剋作用現象與影響抗氧化酵素活性之探討

本研究探討菲島福木(Garcinia subelliptica Merr.)相剋作用之可能機轉。研究發現福木葉萃取液(以下稱萃取液)抑制大花咸豐草(Bidens pilosa L.)種子萌發、苜蓿(Medicago sativa L.)種子萌發與幼苗高度、根的生長、總葉綠素含量。短期接觸測試總抗氧化酵素(total anti-oxidant enzyme, TAE)活性實驗中,接觸10分鐘抑制大花咸豐草TAE活性,接觸30分鐘則促進苜蓿TAE活性。進一步發現,連續澆灌萃取液2-4天會抑制大花咸豐草TAE活性,澆灌6、12天,促進TAE與過氧化酶活性。澆灌苜蓿6天後抑制其過氧化酶、但促進TAE 活性,澆灌12天則促進此些酵素之活性。綜上所述,福木葉萃取液對實驗植物種子萌發、幼苗生長具相剋作用,長期澆灌12天後抗氧化酵素活性均上升,顯示實驗植物均啟動逆境防禦系統以因應福木葉萃取液造成的氧化逆境。

一點一滴――以水滴撞擊液面的動態過程探討水滴斷裂之機制

本研究將水滴撞擊液面的動態過程分為三個階段:水滴撞擊液面形成水窪、水窪形成水柱以及水柱分裂為水滴,在此三個階段,我們皆找出了良好的量化關係。根據我們推導的公式可看出,水滴撞擊液面速度愈快則水窪則愈大,且水窪形狀皆相同。水窪愈大則會形成初速度較慢且較粗的水柱。在水柱分裂為水滴的機制探討中,我們發現分裂的水滴可分為三種,分別為噴射水滴、滯留水滴、凹陷水滴,其中噴射水滴僅在撞擊速度慢時出現,而滯留水滴與凹陷水滴涵蓋近所有撞擊速度。最終,我們找到了噴射水滴斷裂高的預測公式,故可利用撞擊水滴的物理性質,精準預測噴射水滴的出現與否,且與實驗數據極為相近。

翻牆逃逸的酒滴-馬拉哥尼效應在直筒玻璃牆上的翻牆現象

本研究主要探討垂直的馬拉哥尼效應(Marangoni effect),應用於酒精溶液的翻牆逃逸現象。酒精裝入玻璃杯中,因杯內酒精溶液會沿著玻璃杯爬升產生「腳」,且杯壁上的酒精有著較大的蒸發量使表面張力變大,進而產生表面張力差,杯內表面張力較小的酒精會持續藉由「腳」往表面張力較大的杯壁酒精累積與上升,如同脫離地心引力般的向玻璃杯壁上移動。當杯中酒精溶液的液面較接近杯口時,液滴將逐間累積至杯口處,持續在杯口處藉由「腳」拉引並與杯口上的液滴相互結合,逐漸向杯口外圍累積,最後成功翻牆逃逸。後續實驗嘗試使用市售食用酒品、丙二醇和丙酮等各種不同溶液探討翻牆逃逸情形。在延伸研究中,從廣口瓶的瓶頸發現「腳」蒸散與拉聚會產生脹縮的呼吸現象。