全國中小學科展

臺灣

陸遙知馬力——山蛩傳

福爾摩沙山蛩(Spirobolus formosae),分布於台灣北部低中海拔地區,為台灣特有種,棲息在潮濕腐質土或是爛掉的木頭中。馬陸在成長過程中,體長會增加,但體節數不變。大部分的福爾摩沙山蛩體節數在56-62節之間。每節有四隻(兩對)步足,尾部一節沒有步足的,雄馬陸除此節外,第七節也因生殖器而沒有步足,雌蟲步足公式:(體節數-1)×4;雄蟲步足公式為:(體節數-2)×4。高強度震動15分鐘後,馬陸鑽土的深度從平均值5公分變成7.375公分。馬陸為間歇性行走,雌雄無差。不同介質對於馬陸的行走並無太大影響。介質傾斜角度對於馬陸有非常大的影響,到0度以後速率明顯下降,D的速率在90度時甚至接近0。

決勝「膠」點-三秒膠安全措施及特殊應用之研究

本研究對三秒膠的最佳使用環境、防護措施及特殊用途進行了一系列的研究,發現三秒膠使用環境是在低溫且正常濕度下使用為最佳,若想要使黏著性更堅固,可在黏著時添加石灰粉以及香灰。而使用三秒膠時,事先塗抹凡士林或配戴PE材質手套都可有效保護手部避免沾黏,如果真的不小心沾到,則可浸泡於酸性水溶液或去光水幫助分離,且要避免使用棉質手套,因為其含有植物纖維,與三秒膠易發生化學作用產生高溫,造成燙傷。特殊用途有:滴在保麗龍上可防止液體流出、藉由三秒膠接觸植物纖維所產生的煙霧可檢測是否有殘餘的胺基酸、將三秒膠滴到植物纖維上,高溫可達將近200°C可以用來加熱食物、三秒膠加上香灰或保麗龍能修補破裂的瓷磚與非平面性的裂縫。

流沙箋的表面張力因子探討

流沙箋為調製顏料灑在水或黏稠性介質表面,經由各種工具及技法製作各種紋樣,再將紙覆於其上轉印而成。製作流沙箋以水作為載體所得的紋樣自由流動,不易固定,近代發展常以海藻酸鈉為載體。 毛細管檢測表面張力海藻酸鈉及羧甲基纖維素皆為11.1mm,甲基纖維素11.6mm 這三種膠體表面張力較為相似,載體除可用純水配置0.45%海藻酸鈉外,也可嘗試其他。水膠液液滴直徑觀察中海藻酸鈉液滴直徑最小4.03mm(倒數為0.25),水則為4.67mm(倒數0.21),海藻酸鈉倒數最大表面張力最小,有較穩定的顏料擴展;顏料液滴直徑以黃色表面張力最小,紅色及藍色則沒有差異。 流沙箋製作過程中影響因子太多,溫度較低的環境或溶液較能保持製圖時的液體表面擴展,未來也可再探討不同顏料與載體互動差異。

外掃好幫手EasyDump垃圾籃~ 發展高效率的外掃垃圾分類裝置

「EasyDump垃圾籃」是協助國小學童打掃校園的好幫手。觀察學校外掃區的打掃情況,什麼時候會出現垃圾袋破掉的情況呢?答案是將垃圾袋拖出垃圾籃和將垃圾袋送上垃圾車的時候。因此,利用市售的三種升降平台,設計可以讓垃圾籃自動升降的功能。再強化升降平台的載重力,讓EasyDump垃圾籃可以承受更多的重量。接著利用Arduino及伺服馬達製作分離沙子和樹葉的抖沙器,減少沙子進入垃圾袋,讓同學可以更Easy取出垃圾袋。最後整合改良的垃圾籃、抖沙器、升降平台,讓EasyDump垃圾籃可以升到垃圾車車斗的高度,就能方便將裝滿垃圾的垃圾袋從垃圾籃中移動到垃圾車的車斗中。

機率的陷阱——伯特蘭悖論

1889年,約瑟.伯特蘭(Joseph Bertrand)展示了以下問題:「圓內隨機一弦大於圓內接正三角形邊長機率為何?」並提出三種解法,而每一種解法都分別得到不同的答案。我們發現其他正多邊形也有類似情況,歸納出其中的規律,並且將伯特蘭的解法推廣為第四種,這種解法可以在範圍內任意產生無限多種機率。接著推廣到立體空間中探討,也同樣發生悖論,這些不一致的情況蓋提議敘述不清所致。

「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。

猜拳與轉向中的運籌帷幄- 探討人類與鼠婦在連續決策行為 的偏好與決策經驗依賴等特性

本研究記錄人類進行「剪刀石頭布」遊戲時的決策行為,也設計T型迷宮建立鼠婦之負趨光行為作為動物模式,探討行為偏好與決策依賴性等特性。我們發現「出石頭」的機率較高,且時間間隔縮短後,「出剪刀」的機率增加而「出石頭」的機率減少,並會展現負相關的決策經驗依賴性,其中「慢出組」更為明顯,代表出拳間隔縮短而減少意識作用,負相關的決策經驗依賴性即會減弱。另一方面,鼠婦在負趨光性刺激剛消失後,仍呈現負趨光性的選擇方向,具有習慣性。鼠婦在選擇行走方向多次後,會呈現與前次選擇的正向相關性。在負趨光性的環境刺激後,上述的現象會先消失,而後再現。若負趨光性刺激方向轉換,則原先的趨光行為消失,應是因方向選擇的習慣性干擾了負趨光性的選擇。

以分塊矩陣及生成函數探討多人跳躍數列方法數

本研究針對以往跳躍數列進行1人的討論延伸至多人的跳躍數列;多人跳躍數列規則為「同一個時間點手上最多只會有一顆球回到一位小丑手中」、「需連續、規律的接及丟出球,並且無限持續下去」、「丟球前可以有準備的時間」以上三項規則,因此此研究和以往多數文獻的題目假設有所不同,也比較貼近現實可能的情況。 多人跳躍數列的討論較為複雜,因此採用有向圖的概念進行討論,該圖的點元素代表當下每一顆球在幾秒中回到手中的狀態、邊元素則為每個狀態轉移時的丟球方式;接著將有向圖轉換為鄰接矩陣,並將點元素用類似2進位的形式進行分類以便整理成規則一致的分塊矩陣,接著由Cayley–Hamilton定理及多人跳躍數列的性質得到將鄰接矩陣的n次方求跡即為多人跳躍數列方法數。最後為了將不同狀況的方法數有一個好的整理,我們採用生成函數表示方法數並得到一定的成果。

「震」古鑠「金」一一外加磁場對金屬球震盪模式之探討

本實驗探討金屬球在外加磁場的轉動阻尼震盪運動。在外加直流穩定磁場後,將金屬球扭轉數圈後放開,我們發現相較於沒有加磁鐵的對照組,自旋角速度會產生改變。實驗在改變單項初始條件的情況下對轉動過程進行錄影,並用tracker進行分析,由標定球上2點之相對位移關係來得出整體的角速度,將其運動過程的相關函數圖與標準組進行對照以定性分析不同變因對轉動的影響。

欲就還推-探討影響磁鐵水平磁束縛條件以及利用磁顯卡預測其形成之研究

本研究企圖嘗試探究透過磁鐵特殊的排列,使一個磁鐵處於既相吸又相斥的水平磁束縛態,並探討其形成原理、條件與預測工具。結果發現,一、利用兩個大磁鐵與兩個子磁鐵以特殊排列方式可能達到磁力平衡,且此時磁鐵會在某個區間所受的磁力為零,此磁鐵可以保持移動卻又等距的「磁束縛」有趣現象。 二、磁束縛現象特徵:1.大、小磁鐵數量(磁力)不能差距太大。2.增加母磁鐵數量較易造成磁力不易平衡。3.增加子磁鐵數量下,會增加磁鐵子母磁鐵的夾角。4.增加或減少大小磁鐵的磁力,磁束縛距離改變不大。三、 磁顯卡是可以用來預測磁束縛狀態是否形成的有效工具。