台中县97学年度第国民中小学科学展览会

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1、台中縣97學年度第國民中小學科學展覽會作品說明書類別：生物科科別：生物與地球科學科組別：國中組作品名稱：植物界的螺旋槳-探討大葉桃花心木種子結構與飛行的關係關鍵詞：大葉桃花心木、上反角、重心編號：14植物界的螺旋槳---探討大葉桃花心木種子結構與飛行關係摘要實驗結果顯示：啟動距離短、啟動時間短，滯空時間一般較久。大葉桃花心木種子在旋轉時，會以重心附近位置為旋轉中心旋轉，此可維持旋轉時之穩定度；去除上反角，對啟動距離影響不大，但卻延遲啟動時間，及減少滯空時間；增加肋痕重量會增加啟動距離與啟動時間，導致滯空時間減少。而剪去肋痕之種子其維持水平飛行能力降低，亦即種子飛行時傾斜角度變大，

2、但因重量減輕，滯空時間卻減少不多。減少種子重量最主要使啟動距離、啟動時間縮短，會讓滯空時間明顯增加，但飛行旋轉不穩定，是用「飄」的方式降落。綜合實驗結果顯示：原始種子不做任何處理，其整體飛行狀況應最佳。14壹、研究動機　　自然老師帶同學認識校園植物時，我們發現了紫薇種子具備翅狀結構，可在空中旋轉傳播，讓我們深感興趣，想探一其飛行究竟。經與老師討論，了解到紫葳種子翅小較難觀察，而另一種植物大葉桃花心木的種子結構與紫葳種子相近且翅體型大，旋轉狀況較易觀察，所以我們選擇大葉桃花心木種子為研究對象。　　根據前人的研究，大葉桃花心木種子在飛行時，會利用翅結構的旋轉產生白努力現象，造成上升的

3、力量來抵銷重力，延緩種子降落，增加滯空時間，有利於種子擴散到較遠的地方。而影響種子飛行的重要構造有翅的上反角、翅上肋痕、及種子重量等三項。有科展報告研究「人工模擬種子」指出：上反角可修正種子的飛行姿態，並在種子下墜時使種子恢復水平，增加受力的面積；肋痕可提供種子旋轉飛行時之旋轉力臂，及提高種子載重量；而種子重量則可在滯空旋轉飛行時提供翅轉動的力量。?因有翅種子在飛行時是受到多種因素同時影響，若以模擬種子實驗單項變因，較難反應實際飛行況，所以我們要以大葉桃花心木種子實體為材料，改變翅之單一結構，來探討翅結構與飛行之關係。14壹、研究目的　　我們選擇影響種子飛行的三項重要構造：翅的上

4、反角、翅上肋痕、及種子重量等，來探討種子構造與飛行關係。並以翅旋轉啟動距離、旋轉啟動時間和滯空時間等三項標準來檢驗種子飛行狀況。一般而言：種子旋轉啟動距離短，表示種子在高空中即開始旋轉；旋轉起動時間少代表種子快速進入旋轉，並產生白努力現象之上升力，開始抵銷重力。因此綜合二者之影響，會使種子有較長滯空時間。而前人實驗探討大葉桃花心木種子飛行原理，是以人工種子為試驗材料，是否能代表種子之真正飛行狀況，有待以真實種子去驗證，所以我們這次以大葉桃花心木實體結構來探討其飛行關係。實驗重點區分下列四項：一、種子重心與旋轉中心的關係。二、上反角對種子飛行的影響。三、肋痕對種子飛行的影響。四、種

5、子重量對種子飛行的影響。貳、研究設備及器材一、碼表×2二、電子天秤×1三、捲尺×1四、梯子×1五、原子筆×3六、直尺×2七、立可白×3八、綠筆×1九、量角器×2十、剪刀×1十一、美工刀×3十二、膠帶×1十三、黏土×1十四、大葉桃花心木種子×50014壹、研究過程或方法一、種子重心與旋轉中心的關係：（一）在中興大學撿拾大葉桃花心木種子約600個，去除翅破損種子後，約剩550個無破損種子用來做實驗。（二）先將捲尺固定在牆上，依照其刻度，以粉筆畫在牆上（如右照片一），然後將無破損的大葉桃花心木種子以種子翅朝下、高度固定(260cm)的手握姿勢，由空中自由落下，藉此分出可飛和不可飛的種子

6、，並將不可飛的種子放在一旁。剩下可飛種子約500個留做實驗。照片一（三）測500個可飛無破損的大葉桃花心木種子重心：先將筆頭旁可轉的筆身轉開，再將大葉桃花心木種子放在可轉筆身前端，一直放到不會掉為止，可轉筆身支撐的地方即為重心，將重心的位置塗上立可白。（參考照片二、三）上反角種子重量所在肋痕重心照片三照片二（四）種子旋轉中心的測量：以（二）方法將種子由空中丟下，注意立可白塗的圓點是否固定不動，若是固定不動則代表重心即為旋轉中心。反之，代表重心與旋轉中心不在同一點。此實驗在探討重心和旋轉中心的位置是否一樣。?（五）先將捲尺固定在牆壁上，一人上階梯以同樣方法將種子由空中丟下，一人站在

7、固定的捲尺旁紀錄啟動距離，另一人則是拿碼表紀錄啟動時間和滯空時間。測量重心＝旋轉中心之種子，與重心≠旋轉中心之種子各30個比較二者的差異。1.啟動距離：將大葉桃花心木種子翅朝下、由高度(260cm)空中自由落下，觀測開始旋轉的下落距離即為啟動距離。2.啟動時間：由自由落下至開始旋轉之時間為啟動時間。3.滯空時間：由自由落下至種子落地之時間為滯空時間。　14一、上反角對種子飛行的影響：（一）將量角器量半圓中心打洞穿線，取30個種子，量種子上反角的角度（如照片四），並測量每個種子之啟