全國中小學科展

臺灣

漢行無阻,蜿蜒曲折

從國立臺灣科學教育館《科學研習期刊》的一道題目中,我們開始研究矩形方格的路徑問題,透過對路徑的分類整理,由簡入繁循序漸進,讓我們有撥雲見日之感。 我們從最少轉折數及其路徑著手,延伸到最多轉折數;從利用樹狀圖討論所有漢米爾頓路徑,到運用螺旋(轉90度)或迴轉策略(轉180度),透過其轉彎次數與轉折數的關聯,推得各個矩形方格的最多轉折數之路徑,並找出最多轉折數的公式。接著,我們分析矩形方格中有缺一塊的最多轉折數,利用路徑趨勢的轉角處與起終點,找出缺塊位置的最多轉折數與未缺塊的差異。 最後,我們試圖解出所有轉折數及其代表路徑,並整理其路徑間的關聯性,但其繁雜度又更高了,期許未來能一一解開這些問題。

割而不捨─正多邊形與任意多邊形的平方重塑

此次的研究,我們著重在切割法的探討與延伸,先研究正n邊形藉由「長方形切割法」與「三角形切割法」成為正方形,在過程中發現問題並分類探討,最後證明一定能切割成正方形,並且計算兩方法完成後的切割塊數。接著研究邊長相等的正n邊形與正 (n+1)邊形,後者利用前者已切割出的正方形,將多餘的部分切割重組,填補成新的 大正方形,建構出遞迴切割的關係。最後發想出等面積三角形置換切割法,並透過此方法來完成任意凸多邊形切割重組成正方形。再進一步研究任意凹多邊形,研發出優角角平分線切割法,將凹多邊形完全切割成數個凸多邊形後,再重組成正方形。

Boc2O的功能性研究及惡嗪酮的合成方法學

惡嗪酮(Oxazinanone)為一個含氮與氧的六元雜環,現今以其製成的藥品仍為少數,但其骨架依然具備運用於未來藥品的使用之潛能。 已有高產率合成惡嗪酮之方式,然鑒於其嚴苛的反應條件,為使此反應得以廣泛應用,我們嘗試於研究中使用焦碳酸二叔丁酯(Boc2O)合成惡嗪酮。研究發現,我們預期的方法確實能在產率合理下以溫和的條件合成惡嗪酮骨架,其中以2,3-二甲基取代基為起始物之產率尤為優異,但由於TBAB殘留問題,無法得到精確產率,期盼未來研究可著手改善此問題,而讓這條全合成路徑更經濟實用。而透過改變催化劑亦提供我們推測其反應機構,但仍期盼未來能以立體化學得到更多證據證明反應機構。

「硫」金鑠石—溫度與界面活性劑對反應速率定律式的影響

在本研究中,我們改變沉澱反應中鹽酸與硫代硫酸鈉濃度,測量在不同溫度或有無界面活性劑條件下,硫析出所造成濁度隨時間的變化。通過多次測量濁度與時間數據,我們推導出濃度、溫度、界面活性劑,如何影響反應速率定律式。 我們將儀器測得隨時間變化的濁度,也就是硫粒子的生成轉換為速率,再依據反應速率與初始濃度間關係,得到反應速率定律式中的各項數值及阿瑞尼斯方程式中的活化能E_a與常數A。最後我們利用分光光度計得出與濁度計相同的級數,並以粒徑分析儀確認與活化能變化數值相符。

北極地區河口水體自然對流現象之實驗探討

本研究旨在探討北極地區河口水體之自然對流現象,並解析其特殊羽流形態與形成機制。我們調配不同濃度的食鹽水模擬海水與河水進行實驗,使用壓克力水槽建置鹽水與淡水的對流環境,以模擬河海交界處河水與海水的交互作用情形。此外,利用注射筒與自製水槽模擬河水局部對流形成羽流(Plumes)之情形,並測定不同鹽水濃度的羽流之流速。實驗結果顯示,鹽水與水之密度差較小時(鹽水鹽度小於20 psu),對流速度較慢且較易形成穩定蘑菇狀羽流;反之,鹽水與水之密度差較大時,對流速度較快,容易產生不穩定蘑菇狀羽流。

伸縮毛毛蟲-如何將正方形與正三角形的規律圖形面積平分

將正方形的邊長從1,2,3,4…依序增加,在面積最大的正方形左上角,加上一個長方形,使其寬等於最大正方形邊長的一半,將最左上角的點連接最小正方形右下的點,形成對角線,問長方形的長為多少時,此對角線能將圖形平分。在此,我們得到一些結論及一般化的證明。 接著,我們把正方形改成正三角形,將三角形的個數依序增加,而邊長依序是1,2,3,4…,在面積最大的三角形旁加上一個梯形,梯形的高為正三角形高的一半,接著畫出斜對角線,我們想問梯形的底為多少時,此對角線能將圖形平分。這個問題,我們也得到一些結論。

真是知「面」、知「心」又識「高」的雙心多邊形!

1.雙心n邊形中,過任一旁心作不相切邊的垂直線(旁心高)並與該旁切圓交於一點,再過此交點作旁心高的垂直線(旁高垂線)則 (1)過內心I作旁心高的垂直線,則該垂足與I、對應切點形成一角具有旁高垂線與圓I是否相交的判別性質。 (2)透過旁心高和旁徑、內切圓、外接圓半徑的關係,進而推導出雙心n邊形面積和三種半徑有關的一般式。 (3)只有雙心四邊形的四條旁高垂線相交形成的旁高垂四邊形和原雙心四邊形全等,且具有對偶性。 2.雙心n邊形中,過每個頂點作不相切邊的頂點高,會與對應外接圓圓心角之正弦函數值有漂亮的比值關係式。 3.推廣文獻1結果到雙心四邊形,可得內切圓半徑與四個旁徑間類似的關係式。

殊途同歸─不可思議的七線共點

本研究探討三角形中線段共點的幾何性質,特別是與奈格爾點相關的七線共點現象,這七條直線包括三條特定的作圖線、三條周長平分線、以及內心與重心的連線。研究動機源於對奈格爾點定義及其作圖方法的探究。研究過程中,我們透過Dussau作圖法、三角形性質及解析幾何等方法,從已知條件推導出相關的幾何性質,並進行了驗證。研究發現這三條作圖線分別與三內角平分線平行,可視為內心在位似變換下的映射。本研究亦探討此類作圖法是否可遷移應用至其他三角形特殊點(如內心、重心)。這些發現證明了即使直線的構成方式看似複雜或「殊途」,最終也能「同歸」於同一個點,展現了幾何的奧妙。

等角六邊形的秘密

任意等角六邊形𝐴𝐵𝐶𝐷𝐸𝐹之6邊的延長線,即會得到兩個正三角形Δ𝐼𝐽𝐾、Δ𝐼′𝐽′𝐾′,其中三組對邊以[(𝑎,𝑏,𝑐),(𝑎′,𝑏′,𝑐′)]表示,則三組對邊均相互平行,任兩相鄰邊長的和必等於其對邊長的和(𝑎+𝑏′=𝑎′+𝑏)(𝑏+𝑐′=𝑏′+𝑐)(𝑐+𝑎′=𝑐′+𝑎),則有以下成果: 1.若已知四邊長度,且其中三邊相鄰,即可決定唯一之等角六邊形。 2.三組對邊都相等或都不相等,才能決定一個等角六邊形。 3.兩組有相同公差的數列,各取連續三個正數為邊長,則可決定唯一的等角六邊形。 4.一組等差數列中,任取6個連續正數(𝑎1,𝑎2,𝑎3,𝑎4,𝑎5,𝑎6)為邊長,可形成兩個相異的等角 六邊形([(𝑎1,𝑎2,𝑎3),( 𝑎4,𝑎5,𝑎6)]、[(𝑎1,𝑎3,𝑎5),( 𝑎2,𝑎4,𝑎6)])。 5.當等角六邊形邊長為完全平方數時,可以求出一些特列。 6.討論等角六邊形的面積與用相同大小正三角內鑲崁的個數。

面臨棲地脆弱的台灣特有種:台灣原蚌蟲生活史與行為研究

本研究以台灣原蚌蟲(Eocyzicus taiwanensis)生活史為主軸,搭配行為觀察深入了解台灣原蚌蟲 在短暫水域中的生存策略。生活史部分發現台灣原蚌蟲具快速孵化成熟的特性,雌性較雄性早成熟;生殖策略除了有性生殖還具孤雌生殖,單獨飼養雌性可產卵且成功孵化,展現高度繁殖適應力;行為實驗無節幼體具有趨光性利於尋找食物;在交配行為中雄性體型明顯大於雌性,且交配成功率較高,對體型較小的雌性表現出偏好顯示明顯的性擇行為。此外交配中的個體在遭遇刺激時反應最穩定,但高強度震動會中斷交配,顯示其對環境擾動相當敏感。本研究填補了台灣原蚌蟲生活史與行為生態的研究空白,並呼籲重視其侷限棲地的保育需求,為這個台灣特有物種的保育與生態研究提供參考依據。