自然科

本研究是從自然與生活科技領域中有關「力的世界」單元出發，探討斜坡角度與四輪車行駛距離及穩定度的關係，並模擬真實駕駛環境，研究車子受到撞擊時，車中不同位置的「乘客」其位移情形，並找出降低「乘客」位移的方式。最後，再與真實生活中的行車環境作對照，找出行車最安全的情境及最安全的座位。我們利用一整年的時間完成研究，研究的過程中，我們透過實驗了解複雜物理系統中的簡單原則，不僅讓我們感受科學的迷人之處，也能更享受學習科學的樂趣，獲得非常多的收穫。

黑翅木蜂又稱花蜂，多出現在植物的花上，採集花粉、花蜜。牠的外觀體型較肥胖，身體大部分是黑色的，體長約 22-23 mm，腹部較扁且顏色較深絨毛較少，有 2 對翅，成深咖啡色有金屬光澤，翅後緣有波浪狀。複眼發達，有三個單眼，頭前有又像吸管又像嘴唇的口器，腹部、腳上佈滿長毛，後腳不具花粉籃構造。我們從 94 年 7 月開始，至 95 年 5 月，在花蓮市附近的四個鄉鎮，針對黑翅木蜂的覓食、築巢等行為，進行了三階段的田野調查。我們發現黑翅木蜂覓食的時間，出奇的早，夏季清晨 5 點多，就可以看到許許多多的黑翅木蜂，在絲瓜棚上飛翔“用餐”，正午後在絲瓜棚附近活動的黑翅木蜂則明顯減少。其次黑翅木蜂的巢室大部分構築在竹子上，咬痕大都具有明顯的方向性，巢材的選擇以桂竹為主但不限於桂竹，在麻竹、印度?竹、綠竹上也可以發現牠們的咬痕。調查區在去年遭受三次颱風的侵襲，絲瓜田嚴重受損，自 2005 年秋末至 2006年初春，隨機抽樣觀察都沒有發現黑翅木蜂的蹤跡，直到 2006 年 5 月才在吉安鄉住宅區的絲瓜棚上再看到牠的芳蹤。今年絲瓜花盛開的 7、8 月即將來臨，希望黑翅木蜂能和去年一樣，“蜂湧”而來。

由於班上有一對雙胞胎以前長的很像，愈長愈大不僅身材不同，連面孔都有點兒不同，這一點引發我們的好奇心，很想知道他們二人究竟是同卵雙胞胎呢？還是異卵雙胞胎？在沒有精密科技的輔助下，有什麼樣的線索可以協助我們揭開這個秘密呢？我們從長相開始抽絲剝繭，終於發現指紋是一個簡便又有效的辨識方法，確定雙胞胎是同卵或異卵之後，許多謎團隨之明朗、無所遁形。

我們這次的研究更往南延伸到新化丘陵的龍崎一帶，有一處看起來很像三層蛋糕的地層很吸引我們。在研究中，我們的發現：三層蛋糕地層位在地層界線帶(六雙層及二重溪層)，因環境變化快速造成這個精彩地層，也發現許多種類的生物化石，如生物實體化石、活動痕跡、地質變化的證據等。本地的化石以血蚶、檸檬貝、有孔蟲、生痕為最多，其他還有火腿櫻蛤、粒輪螺、厚殼蛤、單體珊瑚、、、等。這裡出現許多血蚶化石，研究發現與現生種的血蚶養殖生存條件完全吻合。地層層面的生痕被完整保存下來，主要原因是因鐵質的支撐，圓柱直徑以 1.0~1.9公分為最多。三層蛋糕地層上層砂岩大粒徑的比率都超過下層砂岩，顯示形成環境稍有不同。三層蛋糕地層複雜，他的背後還有許多原因，很值得大家再深入研究。

本研究主要是探究爬牆虎的生長習性，研究中選擇了學校附近中學的爬牆虎做為我們的研究對象，而整個研究分為觀察和實驗兩大部分。觀察發現依據生長環境、外型特徵、生長歷程…等方面做有系統的歸納整理。根據初步的觀察結果，我們發現地錦（爬牆虎）會為了固定自己，而在莖節（變態莖）上生出吸盤形式的不定根。我們也發現了地錦會為了行光合作用，而讓莖的末端往外生長，讓自己增加照光的機會。葉序是互生，而葉子和吸盤的生長方式是對生；剛長出的葉子有心形葉和三出複葉，但我們也有發現有分裂的心形葉；葉脈是網狀脈。其中較為有趣的發現便是吸盤的顏色與型態變化多樣，且有一定的生長與變化規律性，而每株吸盤的數量亦會隨季節變化而改變。在實驗部分的研究結果發現：吸附材質是影響地錦載重力的最大因素，其中以吸附在表面粗糙有縫隙的石粒牆上載重力最佳，而吸盤很難在表面光滑的玻璃附著穩固。吸盤顏色對地錦載重力也具有明顯的影響，乾枯的咖啡色吸盤比仍具有水分的紅綠色吸盤的載重力大。而吸盤總數則是影響的第三大因素，吸盤總數越多，承受重量就愈重。另外，地錦吸盤可能是以分泌具有糖分的黏液來吸附牆壁，並進一步萃取黏液製成天然黏膠，但還需進一步解決萃取技術，才能讓黏膠的效果持久且方便使用。

本研究透過長達四年的獨角仙飼養過程，對獨角仙的卵、幼蟲、蛹、成蟲此一完全變態的過程做詳細完整的觀察紀錄，並在熟悉人工飼育之後，先比較野生與人工飼養之獨角仙幼蟲孵化率的差異，發現野生的獨角仙幼蟲孵化率較人工飼養組高出 22.8%之多；再藉由五個世代的觀察比較，嘗詴對世代遺傳的性徵做進一步的實驗研究，由於獨角仙有紅棕色與黑色之體色差異，因此實驗設計以親代紅、黑體色的配對，觀察子代紅、黑體色出現的比率，結果發現紅棕色體色出現比率為黑色的２倍，因此推測紅棕色可能為顯性基因；另外，由於一直以人工飼養的方式進行近親交配，最後也發現了近親交配對於幼蟲的孵化率由第三代的 71.4％到第五代的 35.55％有明顯降低的現象，也因此，更體會到保留更多棲地，以避免世代近親交配，是延續物種生命的重要課題。

「Luhiy」在泰雅語中，代表著是土石流的意思。風災過後，我們常聚在一起討論部落裡那一區的垮路最厲害，大家討論的十分熱絡。於是，我們相約對此議題有興趣的其他夥伴，組成了一個土石流同好團體，展開了這一次的土石流成因探討的研究行動。由於學校附近大部份的土石流，可區分為二種，一種為黑色土石土壤，另一種為黃色土石土壤，所以我們的研究決定以這二種土壤為主要的研究對象，並且在災害地點取樣。而會造成山崩及土石流的原因，可能是坡度、雨量、浸水時間、粒徑排例等因素所造成的，根據這些因素進行實驗，找出要如何利用有效的護坡方法加強護坡，減低土石流失對家園及大自然造成的損失。我們的研究結果顯示：（1）坡度在35 度時土壤流失有臨界點，大於35 度土石流失會顯著的增加，小於35 度土石流失會較緩和。（2）降雨的情形造成土壤流失，會隨不同土壤表現出不同反應，這跟土壤比重及液性限度有關，黃土、黑土其臨界含水量w＝28％≒液性限度31%(相當於臨界降雨密度為50 ㎜/hr)。（3）土壤流失率並不會隨浸水時間的增加而增加。（4）土壤分層與土石流失有密切的關係。( 5 ) 傳統的泰雅族護坡方法，的確有良好的護坡功效，尤其是在高坡角；「竹枝+格網法」為最理想的護坡方法。最後發現，土壤流失的臨界坡度，約為35 度角。若邊坡土層2 公尺(m)厚，連續下雨(土壤持續浸水)的時間達400 分鐘(20*20=400min=6.7hr)，則會有嚴重土石流動情形。竹枝交?法＋格網植被法為最佳邊坡防護方法；或者當坡度＜40 度時，使用格網植被法；當坡度＞40度時，採用竹枝交?法，均是較有效邊坡防護對策。

春天到了，百花盛開，我們常看到蝴蝶四處翩翩飛舞，仔細瞧瞧蝴蝶的翅膀上有著不同的形狀、斑紋及圖案，偶而觸摸到翅膀還有粉粉的感覺，經過瞭解才知道那就是鱗片。於是想深入瞭解鱗片對於蝴蝶的翅膀能產生哪些功能及妙用？先上網搜尋蝴蝶鱗片資料，發現鱗片的構造及用途，不過資料很少，所以我們利用顯微鏡拍攝鱗片的排列情形，發現蝴蝶的鱗片並不相同，有的還有光子晶體，產生不同的顏色，我們再深入探討酸鹼值對光子晶體的影響，及蝴蝶如何利用鱗片來調節溫度，逃離敵人。

自然界看起來好像遵守對稱性的物體比較多，可是嚴格說來這些物體卻並非真正對稱，對稱物體對我們來說，它就只是一種人為簡化的狀況，但這也引發我們對這兩者間轉動狀態感到好奇。而對於陀螺問題的研究，因為實驗設施的製作困難，所以很難面面俱到，例如以手旋轉、陀螺與地面接觸的摩擦力、軸心與陀螺不垂直等問題。再加上過去討論陀螺的焦點集中在對稱物體上，對於『不對稱陀螺』較少有人討論，所以我們便以「陀螺轉軸定位裝置」找出不對稱物體的對稱軸後，再以自製「陀螺旋轉儀」找出對稱陀螺與不對稱陀螺的物理轉動特性。我們發現：『對稱陀螺與不對稱陀螺』，轉軸於地面上的摩擦力越小、陀螺腳高越低、陀螺旋轉面積越大、旋轉陀螺的線越長、旋轉陀螺的力量越大，轉動的越久。

假設台灣東西岸同樣面對大洋，「為什麼東岸地形比西岸地形不容易發生海嘯？」「為什麼海嘯發生，深海上的船不會感覺而岸邊的會被翻過來？」南亞大海嘯引發了對海嘯的研究動機，比較鵝卵石或沙子地質在不同角度斜坡對海嘯反應，發現30 度斜坡房子倒最多，90 度最少。鵝卵石上房子比沙子上的穩。洗衣板模擬角度實驗，發現50 度斜坡浪最高，90 度最小。三段式大海模型實驗，發現海嘯由深海進入淺海時，波長短0.7 倍，浪高增1.9 倍，等比例放大成西岸水深40 公尺，驚訝地發現將有7 公尺巨浪！證明了平均40 公尺深西岸，因為淺所以浪會變高，易有海嘯；4000 公尺深東岸，因為深所以浪小，不易有海嘯。以節拍器控制波浪頻率實驗，發現頻率越高浪的波長越短。