全國中小學科展

臺灣

平分天下──網格全等切割之方法數

本作品主要探討在網格上進行全等切割的方法數,並分析其擁有性質,於研究過程中發現當方形網格邊長達到6時,切割路徑會產生「回繞」的複雜情形。因此本次研究由「回繞數」為0的切割路徑討論起,並給予網格分層的定義,依序探討正方形網格、長方形網格、三角形網格及六邊形網格切割成不同等分時的方法數,而後我們再進一步討論正方形網格「回繞數」為1時的全等切割,並利用遞迴式得出切割方法數。 此外在研究中,我們透過排列組合計算出長方形網格在不受回繞限制下的一般式,並嘗試討論立體網格的情形,在增加對「懸空數」的限制下,經計算得出了有趣的結果。

輪迴轉勢

一般會認為,螺絲從斜面上側著釋放後只會直線下滑。然而螺絲的頂端與螺桿有半徑大小之區別,故應該會有別於一般輪軸的運動情形。於是我們以一般的螺絲進行實驗,發現螺絲在斜面上下滑情形大致分為兩類:擺動且不下滑、邊擺動且邊下滑。為了討論螺絲在各種起始條件下的運動情形,我們將螺絲改成3D列印雙輪組,分別操縱雙輪組的大小輪半徑比、軸距、初始角度、總質量、及斜面傾角等變因。我們發現雙輪組的運動情形可以分成三類,第一類為:不下滑且擺角愈來愈小;第二類為:下滑且擺角愈來愈大;第三類為:下滑且擺角愈來愈小。而第一、三類的雙輪組為一阻尼振盪運動;第二類的雙輪組為一反阻尼振盪運動。甚至有些雙輪組會發生有趣的反轉現象。

內切圓的突發奇想

我們對內切圓研究一開始是從四邊形出發再延伸到多邊形,而研究的方向有兩個,其中一個是探討圓外切多邊形與圓內接多邊形(即圓與切線交點之切點多邊形)之間的關係。首先得到凸多邊形內切圓的成立條件,依據圓外切多邊形的邊角關係、邊長關係,得到不同的結論;接下來對圓外切四邊形與切點四邊形的關係做分類,並討論這兩種四邊形的面積公式後,進而觀察這兩種四邊形的面積與周長比值的關係,最後衍伸至n邊形,因而得到凸多邊形之面積與周長比值的關係。另一個方向則是由圓外切四邊形與切點四邊形的對角線交點,以及兩四邊形之邊長延伸線的交點、內外頂點延伸線的交點,去探討其共點共線的關係。

對應編號入坐的圓桌錯位問題之研究

會議室圓桌上有𝑛個座位,順時針依序放有號碼1、2、3、⋯、𝑛,共𝑛張名牌。參加這場議會的人都有自己的編號,依序為1、2、3、⋯、𝑛,假設編號1的人一定先進入並坐到號碼2的位子,剩下的人則為亂序進入,先找到自己名牌的位子,如果自己的位子是空的,就直接坐下,如果位子被佔了,則順時針或逆時針找最近的空位入坐,若順時針與逆時針最近的空位距離相等,則順時針入坐(例如編號2到達時,發現自己的位子被坐,順時針距離最近的空位是號碼3,逆時針距離最近的位子是號碼1,則編號2坐到號碼3)。等到前一個人坐下後,下一個人再進入會議室。 依此規則,探討其坐法循環規律、坐法分布、坐法總數,並找出有幾種入座順序對應相同的坐法,以及坐錯位子人數的期望值。

高二學生對本土語文必修課程之滿意度分析­­—以臺灣某高中為例

政府在本年度首次把本土語文課程加入高中的必修學分中,然而這引起此校學生劇烈反彈。本研究以臺灣某校高二學生為研究對象,主要針對學生滿意的情況進行探究。研究者先透過文獻探討設計各因素,再將其製作為線上問卷,而後進行統計分析,包含敘述性統計、ANOVA分析、相關分析等方法。研究發現學生在日常中使用頻率、成績表現、溝通能力、個人效益(包含升學、社交圈、未來求職)、社會價值(包含文化多樣性、傳承文化、民主、尊重語言人權)、本土語能力的提升、老師的管教嚴苛程度、自主學習時間的減少等八項因素皆會對其滿意度造成影響。我們期待透過此研究促進制定政策者、教學者、學習者之間的討論,審視與調整目前政策實施的方法。

雙圓繞行軌跡性質探討

本文探討雙圓軌跡繞行函數𝑆𝑎,𝑏,𝑟(𝑡)≔(cos 𝑎𝑡+𝑟cos 𝑏𝑡,sin 𝑎𝑡+𝑟sin 𝑏𝑡) 的圖形特徵及拓樸性質,利用GeoGebra繪圖觀察圖形模式,並使用微積分等分析學的手法進行證明。 本文主要分為兩個部分進行探討,分別研究變動𝑎,𝑏和變動𝑟造成的現象。第一部分關於𝑎,𝑏的討論發現當𝑎/𝑏為有理數時,圖形將有明顯的週期性結構,因此我們定義並討論此函數的代數週期及幾何週期。當𝑎/𝑏為無理數時,圖形將不再有週期結構,然而其圖形卻會在一環狀區域𝐷𝑟中稠密,並且圖形的補集也會在𝐷𝑟中稠密。第二部分關於𝑟的討論,發現當𝑟在某些特定值時,圖形將產生尖點,並且此尖點可作出通過原點的圖形切線。

鋁試春秋-探討鋁離子電池陰極元件對效率之影響並試做太陽能充電模組

鋁離子電池材料的性質優於其他二次電池。我們將SP-1和活性碳混合,製成不同比例的陰極,進行充放電測試。結果顯示,SP-1能增加充放電容量,而活性碳僅增加充電容量。XRD和拉曼分析顯示,SP-1具有良好的插層能力,而活性碳的強吸附能力使電子難以從陰極釋放,因此對放電的影響不明顯。 實驗中,我們將電池的充電電壓設為2.4V,但有些電池只能達到1.2V。在剪開這些電池後,我們發現其隔離膜上的漿料覆蓋較少,推測是由於Ni-bar的厚度使隔離膜與碳紙之間存在空隙。經過調整後,情況有顯著改善。 最後,我們將四個電池組合,透過太陽能板充電,成功使3V的馬達運轉,證明我們的太陽能充電模組是可行的。

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。

離岸生態浮台的追日系統研究

全世界為對抗氣候變遷,努力發展再生能源;臺灣寸土寸金,實在不利於佔用大量土地的太陽能農場開發!我們以phyphox App軟體之GPS及不含重力之加速度,比較出有無定錨下,浮板塊漂移的穩定度外,也設計出依太陽的東昇西落之不同光照仰角,讓程式驅動水平軸及垂直軸伺服馬達轉動的雙軸追日系統,並成功的設計四季東昇西落定點軌道裝置,可比較出有雙軸追日的發電總功率為無追日的夏至達1.4252倍、春秋分1.3619倍、冬至1.2654 倍。 最後,我們引用澎湖魚滬的概念,創新設計縮小版的生態浮台,希望能模擬整合西部離岸的漂浮太陽能發電與農漁業生態或觀光產業,綠能、發展經濟又能兼顧環境教育,豈不美哉!

椬梧鱗片彩衣的探究

椬梧表面有銀白色鱗片,我們想了解鱗片對椬梧有什麼幫助或者是否更能適應環境?我們進行了一系列對鱗片的探討,首先想了解其他有類金屬光澤的植物被光照時,他們之間有什麼不一樣?利用RGB色光照射在葉片出現吸光與反射的現象。因此我們進一步設計鱗片相關實驗,包含了椬梧幼葉與成葉的鱗片否長得一樣、鱗片會不會影響葉片總氣孔數以及鱗片對椬梧生理作用是否有更進一步的幫助?因此加入了酸鹼測試、鱗片是否可以防水或保水、鱗片的結構上是否有助於滯塵或吸塵等實驗設計來查驗椬梧鱗片的功能。在設計實驗下,我們仍然對椬梧鱗片的結構好奇,為什麼有銀白色是否也與鳳蝶奈米結構相似,在雷射筆照射下出現干涉條紋令我們明瞭由於繞射產生銀白色。