第45屆--民國94年

我們在一本小牛頓雜誌中，看到了有關卡布列克運算的有趣報導，其中提到了隨便選一個二位數，將它的十位數字和個位數字對調，得到一個新數，在比較這兩個數的大小之後，再以大數減去小數，所得的差一定會落在09/90、18/81、36/63、27/72、45/54五組數之中，而且這五組數會一直繞圈圈。學校數學課剛好提到整數的四則運算及分解，幾個好朋友決定一起利用學校所學到的數學及電腦課程知識來試試看。結果真有趣！

一、本次活動觀察校園內阿勃勒花蕊構造與授粉昆蟲間的關係，發現：（一）阿勃勒具有長、短兩型雄蕊，花粉粒也有兩型。短型雄蕊孔裂，產生多數不正常的花粉粒，花粉粒較大，細胞質不飽滿，花粉粒外表網紋明顯。長型雄蕊花藥縱裂，產生的花粉多數正常，其花粉粒較小，細胞質飽滿，花粉粒外表網紋不明顯。（二）阿勃勒為蟲媒花，其授粉昆蟲為脈翅目蜜蜂科熊蜂屬（Bombus）以及木蜂屬（Xylocopa）。授粉昆蟲攀附於花朵上時，長型雄蕊將花粉附著於授粉昆蟲胸部及腹部背面。授粉昆蟲利用震動取得短型雄蕊花粉，將花粉附著於後肢及腹面。（三）利用多元回歸分析授粉蜂體長與阿勃勒雌、雄蕊長度得到如下的線性關係：蜂體長=長雄蕊長度＊1.813+雌蕊長度＊0.029+短雄蕊長度＊0.017-12.22其解釋力達83％。二、根據本活動觀察，我們推論：（一）阿勃勒具有特化的花朵構造，可以有效排拒其他動物取得花粉，只由特殊的昆蟲為其授粉，同時授粉昆蟲具有很高的專一性與忠誠度。（二）阿勃勒短型雄蕊產生提供授粉昆蟲食物的花粉粒，長型雄蕊產生完成授粉工作的花粉粒。（三）經由授粉蜂體長與花蕊構造進行線性分析，可知阿勃勒與授粉昆蟲具有很高的相互依存關係。

土壤中的水可分為水膜水、游離水及毛細管水，因土壤具有這些不同形式的水分和難以抹除的空氣、礦物質，使其孔隙率不但多變，也成為影響土壤性質的重要因素；鑒於此因，土壤成為一種複雜的非等向性、非均勻的材料。我們從種植盆栽的觀點切入，對土壤的吸水速度、滲透性及含水量加以討論；並以自製器具，測量土壤對水的特性。除了探討其趨勢外，也試圖套入理論及公式來落實想法，並以塑膠珠的含水量實驗，來強化不同粒徑的保水方式，補足土壤含水量實驗不足處。此外也參考了部分盆栽用土需要將土分層的現象，將粒徑分析後的土壤以不同程序將土壤分層排列，再經由這些測量出來的數值，找出最適合種植的土壤排列方式。

以國中理化課本常見的製備CO2為起點，用電子天平量化反應過程（研究一），比照運動學設計簡易數據分析的方法，動態追蹤CO2生成速率對時間的關係（研究二），並以pH 計追蹤pH 值變化對時間的關係（研究三），再以斜率處理方法，利用運動學分析方法分析RCO2 對應[H＋]的關係，並進一步分計算起始反應速率，比較不同[H＋]的實驗中下，[H＋] 對RCO2 的影響（研究四）。 在研究二三四的基礎下，試著用數學中對數的觀念及作圖法，計算R = K[H＋]n（研究五）；有別於RCO2的實驗方法，也求出RH+與[H+]的關係式 R=K[H+]n（研究六），最後以真實數據套入不同方法作出的RH+三反應速率方程式作比較 (研究七)。期待能以簡單易懂的分析法，做出完整深入且具有價值的研究。

本研究主要針對蝴蝶之飛行進行探討，研究中主要探討蝴蝶翅膀形狀、身體重量、翅膀面積、展弦比、拍翅頻率、環境溫度及溼度對飛行速率之影響，並利用自製之風洞裝置，觀察蝴蝶之拍翅動作，分析通過蝴蝶模型之氣流方向及相關力量。 研究結果顯示：紋白蝶展翅約4.5~5 cm，平均展弦比(AR)為1.71 ± 0.12，身體重量約為 0.06 ± 0.02 g，翅膀面積約0.0012 ± 0.0003 m2，當紋白蝶身體重量愈重，則翅膀面積亦愈大。另外，紋白蝶展弦比愈小、身體重量愈重或翅膀面積愈大，則飛行速度亦愈快。23℃時，紋白蝶飛行速率為1.01±0.24 m/s，當環境溫度愈高(5、16、23℃)，則飛行速度亦愈快。風洞實驗發現：蝴蝶拍翅時，前、後翅連接在一起，而形成一作用單位。翅膀上下運動時，翅能在縱軸上扭轉，在高舉及下拍時產生傾斜之現象，類似推進器扇葉之機制。蝴蝶拍翅時，可在翅上方及前方產生低壓帶，在後方產生高壓帶，以利蝴蝶向前方飛行。另外，翅緣彎曲角度愈大，蝴蝶模型之上升高度亦愈高，當彎曲角度60°時，蝴蝶模型之上升高度最高(2.2±0.1cm)。

鳳仙花的果實，平常維持一類似橢球狀之形狀生長，但若加以些微擾動，即爆破開來。討論鳳仙花的果實是以何種機制維持此困難之平衡，提出三項假設：雙面尺模型、果實皮束之力平衡、及果實內氣壓不等於外壓。雙面尺模型證明非主要原因；果實皮束之靜力平衡為維持平衡之主因；果實之內外並無壓力差。

依據我們現在所讀的國中自然與生活科技教材內容「氧氣製造及反應速率」，研發出一個緊急供給氧氣的裝置，來幫助逃生。透過不同氧氣製造的實驗，利用排水集氣法量測產生氧氣的流量，尋找最快速產生氧氣的方法。依據實驗結果，我們發現利用雙氧水加二氧化錳做催化劑，所得到氧氣的成效最好。因二氧化錳在一般家庭中不易取得，我們又從實驗中發現從冰箱中容易取得的紅蘿蔔丁做為催化劑，也可以快速的產生氧氣。又經稀釋水質與容器材料的測試，最後我們依照上述有利條件，組裝了一個可隨身攜帶的簡易氧氣製造裝備，當緊急需要氧氣時，隨時可以派上用場。

記得小時後,每當我開水龍頭時,總是詫異的看著媽媽,驚訝的說道：「媽,水從哪裡來？」媽媽哄騙著我：「河水、雨水、山上的水都算是啊！」我心裡不禁懷疑：「那水不是很髒嗎？」沒想到,這個問題已植生於我幼小的心靈。直到國中遇到志氣相投的同班同學,在「南一版自然與生活科技上冊2-1 水對生物體的重要性」的課程中又再次提到,此時,我回想起老師要我們找題目的方向－盡量是生活上自己本身所遇到的問題,看著由水龍頭中嘩啦而下的自來水,我彷彿又看到了當年的自己在納悶：「那水不是很髒嗎？」 \r 在成長過程中,電視新聞甚至雜誌,都有報導自來水的流程, 有時也有聽到用氯除去水中小生物,這樣水才不會髒,但是又聽到氯對人體有害,兩相互矛盾之下,促使我們決定了這樣的主題－讓我們一起來研究水與氯的關係吧！

本研究是從自然與生活科技領域中「晝夜與四季」單元出發，先探討地球自轉所造成的科氏力是否對排水時的漩渦有所影響，再探討排水時的各種現象，實驗後我們有幾個重要發現：「排水口」排水時所產生的漩渦位置會因樣式的不同而有所差異，漩渦的方向也會因水槽的對稱性、水管的擺放位置而有所改變，和科氏力無關;更有趣的是，只要「排水口」上小圓洞的總面積一樣，水槽內的排水時間就會相同。自從完成本研究後，我們開始要對生活中平凡不起眼的「排水口」刮目相看了。

自製指示劑的顏色變化是很有趣的單元，從課本提到的紫色高麗菜延伸，使否所有深色的植物都可以拿來當作指示劑使用呢？我們以紅色玫瑰花、紫色高麗菜、黑豆、美人蕉、茄子以及洋紅劍蘭為材料進行實驗，發現深色並非指示劑的必要條件，因為美人蕉和茄子的效果就不是很好，紀錄如下：(一)真對成本與經濟性：其排名的順序是黑豆、紫色高麗菜、葡萄、劍蘭、玫瑰、茄子。(二)真 對顏色變化鮮豔程度：由鮮豔至變化不明顯依序為紫色高麗菜、葡萄、黑豆、玫瑰、劍蘭、茄子。(三)由製作方式由簡而繁區分：黑豆、玫瑰、劍蘭、紫色高麗菜、茄子、葡萄。(四)色層變化豐富方面：顏色變化由多至少排名依序為紫色高麗菜(11色)、葡萄(8色)、黑豆(7色)、劍蘭(7色)、茄子(2色)。因此我們知道自製指示劑做成的溶液在檢測酸鹼上，確實比石蕊試紙、廣用試紙的取得更簡單經濟、方便且實用，從這次的實驗得到的經驗是，周遭的許多材料只要經過巧思，將其開發利用，都可以發現他們的另類妙用。