全國中小學科展

臺灣

「心」之所「像」─ 萬眾出「群心」

本研究以拿破崙定理為出發點,探討特殊三角形與其所構成的外接特殊圖形之間的幾何對應關係。我們關注三角形的外心、內心與重心所構成的「群心三角形」並進行其分析。 過程中,我們使用GGB進行圖形建構,建立不同類型的特殊三角形與四邊形所構成群心三角形。透過觀察與計算,分析兩個三角形之間是否具有關係並比較其面積比值。進一步地,探討旋轉角度對結果的影響,當外接的圖形發生變化時,群心三角形的結構性質亦會產生對應變化,並成功歸納出具規律性的關係式。 本研究加深了對三角形幾何的理解,也建立群心三角形在幾何理論探討中的新視角。此成果可作為幾何圖形研究的新起點,有潛力應用於生活上為未來幾何學的研究與教學提供了豐富的延伸空間。

「蜈」可取代的多腳魔王-探討長足衛蜈蚣的型態與生態行為

長足衛蜈蚣Rhysida longipes是台灣常見的蜈蚣,棲息在潮濕、陰暗的隱蔽處或泥土與腐植土,族群為叢生分佈。春夏季是成蟲交配與產卵高峰期,生存曲線為平均死亡型。幼蟲蛻皮八次成為成蟲,由頭部往尾部蛻皮。體長與棲息土壤深度呈正相關。少水土壤會鑽入較淺的表土層,無水土壤會鑽入較深層。氣溫過高或過低,棲息在深層土壤。喜愛捕食會動的昆蟲,耐餓程度高,會清潔步足、觸角。有趨地性、負趨光性。成蟲對水的耐受度比五齡幼蟲高。最喜愛棲息在腐木高保濕性的遮蔽物。小型棲地,蜈蚣領域重疊度高,打鬥頻率最高。主場蜈蚣容易攻擊客場蜈蚣,將入侵者視為競爭對象,有較高的領域防衛行為。大型蜈蚣攻擊小型蜈蚣次數較多,在咬合與攻擊對方時較佔有優勢。

驚「掏」駭浪—消波塊與沙灘地形對沙石掏空量的影響

本研究使用水槽、自製造浪器,模擬海岸環境,探討消波塊的擺放角度、擺放密度,以及沙灘的水深、坡度、波浪強度(造浪器頻率),對沿岸沙石侵蝕面積的影響。利用image j 分析在不同因素下消波塊周圍沙石侵蝕之面積,以及其隨時間的變化。研究結果發現,在不同擺放角度中,消波塊之兩角面向波浪時(本研究定義為0度)其下沙石侵蝕面積最大;在擺放密度中,發現擺放越多的消波塊,其侵蝕面積越大;在沙灘水深不同時,當水深越淺時,其侵蝕面積越大;當沙灘之坡度越大時,其侵蝕面積越大;當造浪器之頻率越大時,其侵蝕面積也會增加,而計算體積時,發現在不同擺放角度下,掏空的體積與侵蝕面積成正相關。

以農電共生方式提升台灣太陽能總發電量

台灣現行的「毀農式種電」政策犧牲農地以增進太陽能發電,導致農業用地縮減、農民收入減少,能源需求與農業發展間產生衝突。我們參考日本成功的農電共生模式,提出一種可滑動的太陽能發電系統,利用Arduino控制太陽能板的開合,兼顧農地種植與發電效能。此系統結合植物光合作用原理,特別適合種植半日照作物或具有光合午休特性的植物。當植物進行光合午休時,太陽能板滑動展開以提高發電量;在強光高溫時段,太陽能板則可遮蔽陽光,避免植物葉片受損。此方案不僅能恢復「毀農式種電」土地的種植功能,也讓農民獲得穩定收入,實現農業與綠能發展的平衡。這套模型提供具體且可行的解決方案,期望在提升台灣總發電量的同時,達成淨零減碳目標,並促進農業的永續發展。

富貴角風稜石形成機制之探討

臺灣北部海岸富貴角地區的風稜石母岩為兩輝安山岩,經過風化、風蝕及海蝕而形成目前獨特之外觀。這些岩石源自火山噴發形成的熔岩流,岩漿冷卻形成熔岩塔,裂解後受外營力作用逐漸成形。不同地理位置的風稜石受侵蝕的影響差異顯著:海岸邊的風稜石同時受到海浪和風的影響,外型較圓鈍;陸地部分則因受到海蝕影響較小,外型較為尖銳。另外,本研究利用噴砂實驗進一步驗證不同風速和風向對風稜石生成過程的影響,並分析其形態差異及地質學意義。

Sound Direction Assist Device for Patients with Single-Sided Deafness Caused by Acoustic Neuroma

本研究專為因聽覺神經腫瘤手術造成單側聽力喪失(Single-Sided Deafness, SSD)的聽損患者設計了一款辨別聲音方位的輔助裝置。SSD患者因為有一側的聽力完全喪失,因此現有的助聽器無法提供有效的協助。 本研究採納各式麥克風電路的優點,設計出一款麥克風模組來接收聲音。並藉由帽子周圍的六個麥克風模組形成陣列。利用頭影效應所帶來的差異,運算出聲音的方位,並且透過馬達震動來提醒使用者聲音的方位。本作品延續並參考了之前的作品[一] [二]並經過改良,經過實驗後發現,本裝置可以偵測到以使用者為圓心半徑23公尺左右、76分貝的聲音,偵測距離約為之前作品的2.3倍,可以為使用者提供3到6秒的反應時間。希望可以藉由這種方式,讓SSD的聽損患者更安心地走在路上。

神秘的數字圓舞曲 - 探討質數環排列的存在性

如果正整數1~n存在環狀排列,使得相鄰的數字和皆為質數,則將其定義為質數環。 本研究主要使用不同方法探討質數環的存在性。在本研究與文獻中,都沒有寫出質數環通式的方法,因此我藉由孿生質數、類孿生質數、一般質數(相差不固定的質數組)等方法,構造特定值的質數環,並使用程式驗證各定理在有限範圍能構造出質數環的整數個數、比例。 本研究的貢獻之一在於發展出類孿生質數構造質數環的方法,我突破質數對相差變大會比較難找出數字關係的框架,延伸孿生質數的方法至類孿生質數,還結合一對孿生質數與一對相差四的質數以構造質數環。 更進一步地,本研究提出使用不限定差的質數組構造質數環的方法,擺脫孿生質數猜想,使這個問題的解決方法更一般化。

飛機下的童年-飛機噪音對學童學習效能的影響

透過訪談與學生問卷,應用Audacity分析飛機噪音頻率與響度變化,進行實驗教學活動,檢測教室內空氣品質。研究結果:每架飛機噪音影響上課時間8-15秒,室外響度92-103dB,教室開窗響度73-85dB,頻率以為高頻(1500~4000Hz)為主,飛機最大架次(20/小時)。 學生問卷分析結果:飛機接近教室時聽不清楚63.87%,影響學習能力47.11 %,體育課影響最60.5%最大,學生交談負面影響47.32%。教室隔音效果不佳76.9%。心理影響32.29%,聽力影響40.6%,噪音要看醫生24.21%。教學活動:在噪音環境下,實驗組的學習效能降低 ,高頻噪音降低36.19 %與低頻噪音28.95%。在噪音環境下,學習效能明顯下降。教室長時間關閉,空氣品質嚴重不良CO2、TVOC、HCHO嚴重超標,建議加強學校隔音與通風設備,冬天要開空調。

綠茶煉金術:以綠色科技打造奈米金與奈米銀

奈米科技已廣泛應用於醫療、能源和感測技術,而奈米金屬粒子更因其獨特性質備受關注。本研究探索了一種環保、無毒的方法來合成奈米銀與奈米金,減少傳統化學還原劑對環境的影響。我們首先嘗試用檸檬酸鈉來還原銀離子,合成不同尺寸的奈米銀粒子,並進一步使用綠茶萃取液取代化學還原劑,以開發更天然的合成方式。為了測試奈米銀的抗菌效果,我們將其應用於大腸桿菌與黴菌,發現奈米銀能有效抑制大腸桿菌的生長,但對黴菌的效果較弱。最後,我們利用綠茶萃取液合成奈米金,證明這種綠色方法能應用於不同金屬奈米粒子的製備。這項研究顯示,我們可以以更環保的方式合成奈米金屬粒子,未來或可應用於醫療、感測技術及其他高科技領域。

「梅」來演趣—探討台灣梅雨季之大氣流型演變與模擬

為了解台灣梅雨季的氣候特徵,本研究分析了2009至2024年間五、六月的降雨、風場流型及大氣環境。結果顯示,東北部冬季多雨,而西部地區則自五月梅雨季開始進入雨季,台灣的降雨區域逐漸南移,顯示大氣環境在此期間發生變化。我們分析了16年間的風場情形,歸納出7種單一風向流型及2種過渡流型,並整合其趨勢。我們發現,梅雨季期間,寒冷流型的出現頻率逐漸減少,而溫暖流型在夏季成為主流,不同流型之間的轉變具趨勢性。整合降雨資料後,結果顯示盛行風、低壓帶、地形效應與過渡流型對降雨有顯著影響,且發現致災性梅雨的發生條件。最後,本研究設計模擬裝置,利用不同密度的海藻酸鈉溶液與台灣模型,可模擬出符合本研究歸納的流型。