全國中小學科展

臺灣

旋轉奧秘-吸管抽水之原理探討

這項研究針三角形狀吸管製成的簡易水泵進行探討。通過將三角形吸管浸入水中並繞垂直軸旋轉,水可以通過吸管流出。研究的目的是瞭解幾何形狀和其他相關參數對體積流率的影響。在理論模型中建構以旋轉座標系描述流體相對運動的方法。且考慮了外部力矩對控制體積的總和以及通過控制表面的角動量流動速率。在實驗中先以紅外線探測器連接至Arduino找出不同幾何條件產生抽水現象之邊界條件。再以可記錄數據之電子天平量測質量對時間關係,以得出不同幾何情形之體積流率。再以水滴之拋射距離得出最終速度,其中最終速度是指水流出吸管時的速度,以探討相關變因對其影響。數據分析中以Visual Studio Code和Python繪出擬合線與理論線進行比對,得出推導理論與實驗是相符合的。

「形」「音」不離對稱剪紙

生活中的聲音隨處可「聽」,聲音來自於振動,因此我們拆解音響喇叭設計實驗,首先自製不同喇叭震源設備之圖形模擬器,再搭配不同材質、厚度和複合材質的板子與不同頻率的輸入,觀察其圖形變化。 實驗發現: 一、以共振喇叭設備在固定時所形成的節線較為完整且清晰,產生圖形的頻率範圍較廣。 二、不同材質的板子密度(重量)不同,導致在高頻時,出現相似圖形的頻率差異較大。 三、單一紅銅板或複合材質的板子密度(重量)相近,出現相似圖形的頻率無明顯差異。 四、特定頻率下的幾何圖形,當頻率越高,出現的圖形越複雜,皆有對稱性,讓我們聯想到 『中國的剪紙藝術』,我們試著把「看見」的聲音形狀用色紙剪出其對稱圖形。

洋起環保光芒-利用芒草混入洋菜膜探討取代塑膠薄膜的可能性

塑膠垃圾汙染日益嚴重,為了替環境盡一份心力,我們決定研究芒草膜。使用洋菜 凍脫水製成芒草膜,在混入芒草草席,再進行拉力、吸水和燃燒能力物理測試及土壤掩埋分解測試。發現自製芒草膜可以達到一定方便性;經土壤掩埋一個月後即可完全分解。 我們依據自製芒草膜各種特性考量,選出最佳比例:煮30分鐘芒草+洋菜溶液芒草膜用手繩編法三條將其製成塑膠袋,證實自製芒草膜可以達到一定程度的功能和便利性,燃燒後可大幅減少灰燼剩餘質量;經土壤掩埋後亦可在自然環境下完全分解,達環保目的。

Wi-Fi收訊範圍—三角形覆蓋圓面積之探討

本研究在探討「利用數個半徑不相等的圓,去完全覆蓋三角形所需的圓面積總和之最小值」,其最小值以三角形的邊長、角度及外接圓半徑去作表示。 首先,我們討論了利用1、2、3 個圓去覆蓋的情形,並分銳角、直角、鈍角三角形去做分類,有完整的結果。並在銳角及直角三角形中,發現有相似的結論。 再者,用多個圓覆蓋時,我們以特殊樣式去作排列,歸納出最小值的規律。

甲殼下的清涼—黑水虻蛹殼的隔熱效果分析

在節能減碳的前提下,「隔熱」是綠建築中室內降溫的重要工法。本研究以仿生法及廢棄物再利用之核心理念進行研究發想,嘗試使用黑水虻蛹殼所萃取的甲殼素規劃隔熱實驗。由磁磚的隔熱效果分析中,將不同重量比例的黑水虻蛹殼甲殼素摻入三仙膠中,調製成隔熱塗料均勻塗抹在磁磚上方,並以鹵素燈模擬光照加熱。由重複實驗結果得知:1%萃取蛹殼甲殼素可以降低磁磚下方(背光面)溫度約5.56±0.51℃而3%降低8.29±0.22℃。由研究結果得知,含3%黑水虻蛹殼甲殼素之三仙膠塗料,能有效降低磁磚下方溫度高達6℃以上(0%降低1.71±0.16℃),未來具有發展為低價環保隔熱塗料的潛力,很值得進一步研究開發。

達克比揪出壞『蛋』-讓人類『饗』有蛋蛋的幸福

為探究雞蛋新鮮度與貯藏天數的相關性,來確定新鮮度指標顯著變化的時間點,藉以建立新鮮度與貯藏時間的可靠度模型。實驗採用洗選與否的雞蛋,分別於常溫(20±5°C)及冷藏(4~7°C)環境進行貯藏試驗。進而模擬長期冷鏈貯藏運輸對蛋品質的影響,並分析蛋品質,包括:重量、比重、氣室面積、蛋黃直徑與高度、蛋白高度、pH 值。歸納出豪氏單位(Haugh unit, HU)以及蛋黃指數(Yolk index, YI),並計算各測定項目間之相關性。結果顯示,為期4週的冷鏈運輸,不論雞蛋水洗與否,蛋品質皆能達到美國農業部(USDA)訂定標準AA級。雞蛋抵台後且全程經低溫貯藏9週之後,品質仍能達到A級。本研究建立的雞蛋新鮮度與貯藏環境、時間的相關性模型將作為評估雞蛋新鮮度。

探討資料量對本地端語言模型的影響與實作

隨著人工智慧和自然語言處理技術的發展,客戶端小型語言模型在各種應用中扮演著日益重要的角色,例如智能手機、物聯網設備和邊緣計算裝置等。這些小型 語言模型需要在有限的計算資源和存儲空間下實現高效的自然語言處理能力。在這種情況下,訓練資料量的大小對於客戶端小型語言模型的性能至關重要。 過去的研究已經表明,大規模的訓練資料對於建立高性能的語言模型至關重要, 但對於客戶端小型語言模型而言,資源的限制使得無法直接應用這些方法。因此,我們需要探討訓練資料量對於客戶端小型語言模型的影響,以找到最佳的平衡點。本研究的結果將有助於指導客戶端小型語言模型的設計和訓練,從而更好地滿足現實世界中的應用需求,同時充分利用有限的計算資源和存儲空間。

修「蛋」幾勒─廢棄蛋殼製成蛋殼紙及釉藥之研究

廢棄蛋殼易產生惡臭,蛋殼含98.4%鹼性物質CaCO3;經攝氏900度焚燒的蛋殼XRD分析主要成分為CaO,拌入土壤測得排出的水pH值達12.09造成植物難以生長。本研究以蛋殼鋪在土壤當肥料的小白菜萌發率較好。膠水與蛋殼粉1:1製造出環保的蛋殼紙與市售A4紙張的性狀與著色度比較兩者皆佳;球磨三小時之蛋殼粉末可加入再生紙取代15%的原料。蛋殼粉加入釉藥中能取代原料達36%且在攝氏1230度燒成下,釉面莫氏硬度皆達7~8之間;在釉面耐酸鹼測試中,釉式中僅含石英3%的釉式在加入24~36%蛋殼粉燒成的釉面均會被酸鹼汙染變色且表面變粗糙,釉式中含石英9%釉面耐鹼測試中,加入24~36%蛋殼粉製成的釉面均無汙染變色,製成的食器釉面經SGS檢驗符合臺灣食器法規亦可作為環保的再生建材磁磚釉面。

衍伸三角形之有向面積性質探究

2021年Todor Zaharinov在數學雜誌上提供了一道幾何證明題,題目為「給定任意三角形𝐴𝐵𝐶與動點𝑃,以𝑃點和三角形邊(或其延長線)上的點,構造三個旁接三角形,並使得𝐴、𝐵、𝐶點分別為其重心,再取旁接三角形的頂點構造兩個 衍伸三角形,證明衍伸三角形恆面積相同」。 我們的研究在原題構造中發現了新性質,並創新將其中的「重心」更換為其他形心構造與剖析,並關心衍伸三角形的面積關係,更探討滿足特殊條件時,動點 𝑃 在平面上的軌跡。 值得一提的是,當以三頂點為旁接三角形的「垂心」時,滿足衍伸三角形的有向面積的和與差為0的𝑃點,其軌跡構成外接圓及著名的Kiepert雙曲線,這是一大亮點。

「流」「擺」能生—探究穩定水流中單擺組合擺盪機制與發電應用評估

探究水流中單擺擺盪變因的影響,確認擺盪的物理機制,用於發電裝置優化調控。單擺實驗以動能轉換參數f*X評估效能高低,於實驗中發現阻礙物兩側流速差造成偏移力並產生渦流,若渦流結構完整,說明流速差大,偏移力大。擺長越長,渦流頻率(f)降低且擺幅增大;擺錘直徑增加使f降低、擺幅及渦流直徑增大。流速10cm/s下,最優單擺-擺錘直徑5cm、擺長20.5cm、33.7g。加阻流柱(擺)可降低f增加擺幅;水流速與共振擺長有量化關係。擺盪發電組的圓筒密度接近水時有較佳的發電效益,於不同流速下,改變擺長可調控發電組之震盪頻率使之共振,增加擋板可增加發電組擺幅使發電效能提升。