全國中小學科展

臺灣

妙筆生花-探討圓形一筆畫不相交圖形

我們為了解若將手機解鎖的九宮格圖形改成圓形圖形是否會有更多不一樣的解法且更不容易被破解,於是,我們先在圓形圓周上標示若干個點,取任一點作為起點,再經過其他不重複的二點、三點、四點……形成一條連續線段所組成的圖形,這裡簡稱圓形一筆畫圖形,探討此類圖形的種類與路徑。我們除了利用圖示法詳列外,還利用樹狀法、列舉法佐證,除此之外,我們也從文獻中發現部分樹狀法,跟我們的研究似乎同出一轍,最後依據尋找規律歸納通式,並比較傳統九宮格一筆畫圖形與圓形一筆畫圖形在解鎖上的優缺點。

細「沙」長「流」-探討自製動力沙與史萊姆流動沙

市售動力沙和史萊姆流動沙這類玩具很療癒,我們十分好奇,想以身邊隨手可得的材料製作,透過觀察與動手實作,歸納出動力沙配方:白色沙畫沙、矽膠、玉米澱粉以10:2:1.5比例調出加入顏料,成品特色能壓模、混色及有若即若離感。白膠史萊姆流動沙配方:以140ml溫水與3g硼砂調成硼砂水,用15ml白膠浸泡於70ml硼砂水中製成史萊姆,加入40ml石英砂。膠水史萊姆流動沙配方:調出相同比例硼砂水,用20ml膠水和20ml硼砂水做成史萊姆,加入45ml石英砂。最後添加壓克力顏料、液體食用色素或色粉調出色彩迷人、流動感佳、能混色、塑形、壓模、60g白膠與膠水史萊姆流動沙分別延展 52.5cm與71.7cm,可比擬市售史萊姆流動沙視覺美感。實驗成本低、易操作,動手做玩具的過程非常有成就感!

高壓「碳」究、「碳」為觀止─以牡蠣殼加壓溶解進行化學固碳之可行性研究

本研究旨在探討廢棄牡蠣殼(主成分CaCO3)在模擬加壓環境下與二氧化碳及水反應,進行化學固碳(CaCO3+H2O+CO2⇌Ca(HCO3)2)的可行性,並連結深海高壓環境有助於穩定碳酸氫鈣的概念。研究小組設計實驗裝置(包含固碳反應艙、二氧化碳集氣筒、未反應二氧化碳收集筒)模擬壓力,探討反應時間、牡蠣殼粉用量、初始壓力、水溶液種類、混合方式及溫度等變因,並以二氧化碳氣體體積減少量作為觀察指標。 研究結果顯示,牡蠣殼粉確實能與CO2進行化學反應,反應量顯著高於單純的CO2物理溶解。進一步實驗發現,提高壓力、降低溫度、加強混合(每5分鐘攪拌)及延長反應時間均能提升CO2總反應量。然而,在本實驗條件與時間範圍內(最長60分鐘),3克牡蠣殼粉的效果優於6克及9克,且純水效果優於海水。本研究驗證了牡蠣殼加壓固碳的可行性,並模擬深海環境來找出反應效率的關鍵因素。研究小組進一步發想深海牡蠣殼固碳系統,為此廢棄物再利用及深海固碳概念提出創意規劃。

以「蹼」力進─探究蹼足結構對划水推進效能之影響

我們歷經觀察、設計、測試與改良,終於研發出能模擬鴨子雙腳蹼足交替划動、可穩定前行的「第三代機械鴨」。 我們還研發【推進力測量儀】,成功量測鴨蹼划水所產生的最大推進力,並運用 Tracker 軟體分析實驗影片,比對結果高度吻合,證明此測量儀為一個非常可信的實驗工具! 研究中發現蹼足的材質、面積、厚度、划水速度皆會顯著影響推進力表現! 而鴨脛長度與兩蹼夾角亦會影響機械鴨划行的穩定性與效率。在實驗中模擬小鴨列隊划行行為,驗證列隊划行有助於省力推進。 最後利用自行研發「波動感應儀」裝置讓我們以視覺化方式清楚理解鴨蹼划水在不同深度造成的水流動態特徵,是本研究的一大創意與突破。

風的整形大師~探討不同條件對微型風洞氣流穩定性的影響

風洞是重要的流體觀測設備,生活中許多物件都需要經過「風洞」研究空氣流經物體所產生的氣動效應;但風洞設備體積大又昂貴,小學生難以接觸到,因此,本研究針對微型風洞的製作條件進行探討。 本研究針對微型風洞的風速大小、整流段孔徑大小及長度、收縮段延長長度等變因,進行氣流穩定性觀測,運用水煙及紅色點狀雷射光點輔助氣流的呈現;結果顯示風速及整流段孔徑過大或過小都不利於層流的產生,整流段較長及收縮段適當長度有利於層流的穩定呈現。 研究發現使用孔徑9mm大小、長度20cm的整流段,組合收縮段延長長度10cm,搭配風速1m/s,是自製「微型風洞」較佳的組合條件,可以清楚觀測氣流在微型風洞中層流的產生,適用於中小學生對於流體的觀測應用。

「拿」麼厲害—綠拿鐵的最佳配方與抗氧化能力研究

本研究比較不同綠拿鐵配方的抗氧化能力,並結合盲測評估消費者接受度。首先,以地瓜葉為主體,使用氧化還原滴定與分光光度儀測定,發現分光光度儀更準確且效率高,因此後續皆採用分光光度儀進行抗氧化能力測定。我們選用菠菜、青江菜、冰花、地瓜葉、香蕉、奇異果、鳳梨、蘋果及芭樂,進行單一蔬果與四十組配方測試,並選出抗氧化能力較佳的前五組與市售綠拿鐵進行盲測。結果顯示,市售綠拿鐵抗氧化能力明顯低於新鮮現打綠拿鐵,但因為糖度較高而獲得消費者較佳的口感評價,顯示美味與健康效益不一定成正比。研究中發現菠菜、青江菜、冰花 、香蕉、奇異果及菠菜、青江菜、冰花、香蕉、鳳梨這兩組配方在抗氧化力與口感評比中表現最 亮眼。

Langford數列之探討

Langford數列為一種特殊的排列,本研究旨在探討改變Langford數列的不同參數,進而探討數列的必要條件以及是否存在結構規律,我透過奇偶性以及位移法兩種方法,得到數列各種情況下的存在條件。研究分為五階段:第一階段不改變數列條件;第二階段改變每數出現次數,以上述兩種方法分析其影響;第三階段改變數列最小數,計算並討論何種情況下存在數列;第四階段為整合以上三階段,使數列同時存在三種參數;第五階段為將數列以特定方式進行簡化,並且尋找其規律。

改質細菌纖維素製成環保奈米摩擦發電機

本研究旨在製作環保的奈米磨擦發電機,並提升其功率,本篇使用細菌纖維素替換奈米摩擦發電機中常用卻難以降解的塑膠摩擦材料,並透過乙醯化及檸檬酸交聯接上擁有高電子密度的官能基同時減少纖維素鏈間的氫鍵,搭配冷凍手法製作孔洞纖維素增加反應產率,試圖提升奈米摩擦發電機的發電效率。最終製成環保奈米摩擦發電機,提升其作為綠能的潛力。

蜿蜒曲折-矩形中心點連線之路徑轉折次數探討

本研究主要在探討𝑀×𝑀及𝑀×𝑁的矩形中,將中心點一筆畫連接後的最少及最多的轉折次數。在最少轉折次數的部分,我們使用直橫線數量法探討直線與橫線的數量,並找出與轉折次數之間的關聯,最後利用反證法進行證明;在最多轉折次數的部分,我們根據𝑀𝑀與𝑁𝑁奇偶數的不同進行分類討論,一開始先利用外圍擴充法找出圖形畫法,最後利用直橫線數量法完成證明。

隨「波」逐「浪」—探討波浪數列的性質

本研究探討將連續正整數1至𝑛依大小交錯排列所形成的「波浪數列」,其定義如下:除了首項與末項外,每一項皆大於或小於其相鄰兩項。我們分析在最大數為 𝑛 時,波浪數列的各種情形與其在數量上的對應關係,從中歸納出排列的規律,並推導當首項為 𝑘 時的排法總數,進而求出所有波浪數列的排法總數。