全國中小學科展

臺灣

眾樂樂合成樂團

本研究透過運用AI技術輔助程式設計聲音合成器程式,以探索聲音波形生成與觀察分析聲音頻,實驗透過不同波形振盪器,並調控ADSR參數,與濾波器組合,我們用不同的合成方法,獲得各類樂器聲音的最佳合成參數,再以先前完成的自製樂器加以改進,透過Arduino偵測串聯電阻分壓電路傳遞琴鍵按壓的演奏訊號至電腦,再經由合成器運算合成輸出對應的樂音,藉由選定不同樂器模組實現樂團合奏。在研究過程中,為解決電腦端即時運算合成音色的耗時問題,我們預先合成並暫存不同樂器音色,提升演奏時的反應速度。最終,本研究在開源程式與AI的輔助下開發出一套支援多人即興演奏的音樂合成器系統,提供創新的音樂創作與演出方式,降低傳統樂器練習的成本與噪音問題。

新型態風能共振發電機組開發與設計

我們在生活中有許多共振現象,如:盪鞦韆越盪越高、樓梯旁的欄杆因為風而晃動得越來越快,發出震動的聲響,基於能源轉換,進而開發一款風能共振發電機組。研究分三大部分,首先研究發電機與馬達的科學原理與構造,其二以工程設計軟體RHINO進行3D建模,並導入流體力學的渦漩觀察,能在風場中提升發電效率;其三探究機械結構與風能共振的影響因子,阻風筒、支柱高度、擺盪時的支點比例,達系統效能最佳化。綜上所述,本研究為設計一款提升單位面積發電產能之風力發電機組,透過專題式方法將國中及高中的科學知識進行垂直整合,從而實現創新的綠能科技產品,兼具工程設計及設計藝術學養,具有培育發展綠色能源基礎人才。

麥芽糖遇到愛-黏滯性阻尼器應用建築物減震效果

本研究利用自製地震模擬器,自製彈簧阻尼器、麥芽糖黏性阻尼器,自製模型屋,手機震動APP檢測X、Y、Z軸最大加速度,作為阻尼器減震效果的優劣,實驗結果:彈簧阻尼器彈性較高,無法完全吸收震動能量,因此減震效果有限。黏滯性阻尼器對模型屋 減震效果:1支黏滯性阻尼器震動大時減震效果較佳,最大加速度減震36.20%,黏度低優於黏度高。2支黏滯性阻尼器配置X型,在X、Y、Z軸與最大加速度4項,最高可減震56.29%,27.55%、57.80%、53.06%。對鋼骨結構模型減震效果:配重220克最大加速度減震23.83-33.38%,不同配重差異性不大。不同樓層最大加速度五樓的減震最佳28.79%-35.52 %。裝設1、2支阻尼器减震效果19.88%-29.99%,並非裝設越多阻尼器減震效果越佳。

風風退散—校園菜宅擋風模型設計研究

先民為了保護心愛的農作物,不被冬季強勁且挾帶海水飛沫的東北季風所迫害,「菜宅」這樣的建築因應而生。而究竟怎樣的菜宅樣式與尺寸,有著最佳的擋風效果?風被菜宅的阻擋後,風向又是如何的變化? 透過製作風向觀測工具、菜宅模型,我們測量看不見的空氣並透過討論繪製模型。當風遭遇牆面阻擋後會改變風的流動方向,在阻擋牆後方形成無風區及逆風區,並在離阻擋牆較遠的地方重新匯流。阻擋牆的高度越高,無風區及逆風區的區域就會較大。 據本實驗結果,各種菜宅擋風效果為:目字型>長方形>ㄇ字型>單牆型。而學校菜園的用圍網及南洋杉的防風設施,雖然是透氣材質,但亦能有效達成防風效果。

斜率解碼:正比數列與面積

進行這個研究,是在正比關係直線圖中探究相異斜線之間的三角形面積。首先,透過因數與倍數來建構橫軸與縱軸的關係,以數字排列來模擬延伸的直線圖,依其行進方位獲取斜率。接著在正比關係直線圖中探討不同斜線的座標位置 ,以計算斜線末端的間隔距離,確認三角形底邊長度,最後 以斜率建立公式-計算相異兩直線所劃分的三角形面積。

三拳演義-猜拳致勝策略研究

本研究邀請60位國小學生參與猜拳比賽,採用嚴謹的統計方法進行母群體分層隨機抽樣與270場循環賽,以利誘激發勝負動機並加以錄影。本研究對資料進行重覆檢核的三角校正以獲得信度。之後利用ChatGPT進行統計分析和考驗全體學生、不同年段、性別的出拳偏好及致勝策略(含回應文獻),再徵詢統計專家分析之合宜性。 結果發現:1.小學生整體偏好出剪刀,尤其男生與低年段在第一拳特別明顯;2.無文獻中提及的「勝後堅持」及「首拳石頭」等偏誤;3.有非常明顯的「敗後改變」、「平手後中斷」與「社會性循環行為」(石頭→剪刀,剪刀→布,布→剪刀);4.出拳策略可透過觀察對手上一拳,依循環模式反制。高年段勝場數最高,顯示經驗與觀察力有助策略制定。

星芒交匯-探討特定四面體之費馬點

本研究探討特定四面體中費馬點之存在條件與其坐標表示式。本研究以邊長為2 之正四面體為例,利用幾何對稱與空間向量運算,證明其費馬點唯一,並求得其座標為[1,√3/3,√6/6]。進一步探討具特定對稱性之四面體,底面為任意三角形ABC,且使ΔABC與ΔABD全等,設 ̅EF為 ̅CD與 ̅AB中點連線,探討費馬點落在線段 ̅EF上之情形。透過空間幾何分析,推得若特定四面體的費馬點落在 ̅EF上,則c1=0.5b1。進而,當費馬點p落在 ̅EF上時,其費馬點P(p1,p2,p3)坐標表示式如下: p1=0.5b1,p2=0.5b1/(b1+√2(c22-c2d2))*(c2+d2),p3=0.5b1d3/b1+√2(c22-c2d2) 此外,利用費馬點唯一性及平面四邊形費馬點性質,說明此點亦為四邊形IJAB之費馬 點,研究成果將平面幾何中費馬點概念成功推廣至特定四面體,並提出當不滿足此條件時,費馬點坐標的一般化推廣仍有待後續探究。

會再次相遇嗎?

一群運動員在一條直線跑道上,以互不相同的均速做折返跑。當這群運動員於某一時刻全部相遇於某一點後,這樣的情形會不會再度發生?我們找出這群運動員第一次相遇和再次相遇的的條件及相遇點,並延伸探討圓形跑道相遇的情形,最後討論給定k名運動員的速率比,判斷其是否會相遇。

青「渣」——論不同種類的堆肥對甜椒生長的影響

本研究旨在探討不同堆肥對甜椒生長及果實品質的影響。實驗分為堆肥製作與甜椒種植兩部分。首先,比較有氧與厭氧堆肥兩種方法的效率,發現在同樣以土壤、果皮為材料的情況下,有氧堆肥僅需13天即可完成。其次,探討不同材料培養土、咖啡渣等對厭氧堆肥之影響,並分析不同品種條紋、吉普賽、日本紅甜椒在不同堆肥作用下的生長差異。 結果顯示,甜椒品種與堆肥種類會交互影響其生長與果實品質,添加咖啡渣的配方E對三種甜椒皆作用良好,吉普賽甜椒施用配方C有較大的果實,施用配方D則有較高的甜度。也觀察到果實大小與甜度呈現負相關趨勢,但堆肥種類能影響此關係。種植甜椒時應該要找到對每個最適用的肥料,以免弄巧成拙。

奔跑吧!火焰!——單向繞圈移動火焰之探究

有一天,我和家人在網路上看到了一段非常有趣的影片。影片中,作者用花盆底座的外圈凹槽當作軌道,倒上燃料後點火,結果出現了一個像賽跑選手一樣在軌道上跑來跑去的火焰,而且一直繞圈轉不停。圖1是影片的截圖。這個現象讓我們看得目不轉睛,但也讓我們忍不住懷疑:這影片是真的嗎?火焰真的可以這樣移動嗎?這種現象會不會需要什麼特別的條件?因為對這個現象非常好奇,我找了幾個和我一樣有興趣的朋友,還請教了老師,希望一起來做研究。我們想通過實驗來找出火焰為什麼會這樣移動,還有哪些條件能夠讓它發生,也想知道會影響火焰移動速度的原因。我們希望能透過這些實驗了解背後的科學原理,並為火焰的動態行為研究提供一個有趣又不一樣的觀點。