科學小實驗漩渦的原理精選(九篇)

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第1篇：科學小實驗漩渦的原理范文

地球運動形成了春夏秋冬、白天黑夜；

水的循環(huán)帶來了云雨霜雪、江河湖?！?/p>

我們的生活中伴隨著各種神奇的自然現象。觀察奇妙的自然，探索自然的規(guī)律是人類科學研究的永恒課題。

在科學探究的道路上，觀察是發(fā)現的開端，猜想孕育著新的發(fā)現！實踐是科學發(fā)現的途徑。

若干世紀以來，人們對觀察到的自然現象，產生了離奇的猜想，為了證實自己的猜想，不知經歷了多少不眠之夜，付出了多少艱辛的勞動。

下面幾個為驗證猜想而努力實踐的故事，希望能對你有所啟迪。

富蘭克林猜測天上的雷電跟實驗室得到的電性質相同。他的論文受到皇家學會權威們的嘲笑，但他用實驗證明了自己的猜想：烏云中的電荷跟人工摩擦產生的電沒有區(qū)別。

富蘭克林在實驗基礎上寫出了《論閃電與電氣之相同》的論文，并發(fā)明了“避雷針”。

愛迪生在研究改進電話的過程中感覺到耳機膜瓣的振動通過短針傳到了他的手上。于時他猜想：聲音既然能使這根針顫動，反過來，這根針的顫動也能變成聲音！愛迪生為了證實自己的猜測，在助手的幫助下進行了反復的實驗，終于發(fā)明了會說話的機器──留聲機。

經過不斷改進，愛迪生發(fā)明的留聲機很快傳遍全世界。

愛迪生猜測：電可以用來照明。于是，他著手研究電燈。他閱讀了很多圖書資料，寫滿了200本筆記。他選用1600多種材料進行試驗。1879年10月21日，他用碳化棉絲作燈絲，制成持續(xù)發(fā)光45小時的第一盞電燈。后來，人們把這一天作為愛迪生發(fā)明白熾電燈的紀念日。

愛迪生繼續(xù)研究，曾先后選用6000多種植物作試驗。他和助手一起經過十多年的努力，到1906年制成了鎢絲白熾燈，沿用至今。

古代希臘著名的科學家阿基米德，因為跨入裝滿水的浴池時觀察到水被溢出來而想出了辨別皇冠真假的方法，他通過進一步的觀察、實驗、研究，總結出了浮力定律。

美國麻省理工學院教授謝皮羅在浴池里洗澡時，注意觀察水中產生的漩渦而發(fā)現了漩渦旋轉的規(guī)律。

很早以前，人類就夢想──象鳥類那樣在空中飛行。這一大膽的設想，導致了飛機的誕生。

法國造紙工人斯蒂斯．蒙哥爾斐爾和約瑟夫．蒙哥爾斐爾兄弟在一個晚上觀察燒焦的小紙片飛進煙囪而萌發(fā)出奇異的猜想：“使紙片飛起來的力也可以使飛行器飛起來?！?/p>

他們根據自己的假設制定出實驗計劃。先用綢子做成底部敞開的口袋，對著火焰，很快升到了天花板上；不久，他們用紙和麻布做成的氣球用火堆充氣后升上1800米的高空；緊接著，世界上第一個氫氣球在巴黎一個公園里低垂的云層中飄行了24公里；載有一只公雞、一只雌鴨、和一只綿羊的熱氣球從凡爾賽宮的廣場升起；青年醫(yī)生史拉特．特，羅齊爾也乘座蒙哥爾斐爾兄弟制造的氣球上升到25米高的空中，開創(chuàng)了人類升空的歷史。

意大利藝術家達．芬奇自幼就提出一個有趣的猜想：人能不能用自己的臂力模仿鳥類飛行？圍繞這一設想，他作了最大的努力。

達•芬奇進行了最早的飛機設計，他還研究并設計出垂直升起的飛機、滑翔機和降落傘。雖然，才華橫溢的達．芬奇終生未能把人類從地面送上天空，但他仍不愧為開創(chuàng)空氣動力學原理的第一人，他給后人留下了寶貴的財富──研究飛行和飛行設計草圖。

美國奧維爾．萊特和威爾伯.萊特兄弟倆兒童時代就對飛行發(fā)生興趣，他們想象有一天能升上天空。他們沒有上過大學，但非常勤奮好學。他們收集了大量他人和自己實驗的數據進行分析和比較，閱讀了當時能找到的航空書籍并作了理論研究與論證、研究了前人的經驗、吸取了前人的教訓、進行了大量的觀察和實踐。

1903年秋天，萊特兄弟終于試制成功“飛行者”號動力飛機，揭開了人類空中飛行的序幕。他們不斷改進飛機結構，連續(xù)進行了160多次飛行，他們的成功震動了世界，他們首創(chuàng)的飛行奇跡載入了世界科技史冊。

進入20世紀以來，飛機的發(fā)展異常迅速，性能不斷完善，用途日益廣泛，飛行高度和速度不斷增加。飛行器種類繁多，用途各異：火箭動力超音速飛機、人造地球衛(wèi)星、航天飛機、神州飛船、宇宙空間站……人類開始進入遠離地球的太空。

伽利略到教堂去做禮拜，無意中，他瞧見掛在神前的一盞銅燈在擺動著。這是很多人都看到過的極其平常的現象，但沒有人象他那樣凝視得出神。伽利略猜想：教堂房頂上的吊燈擺動時間可能有一定的規(guī)律。他對擺動現象進行潛心研究和實驗，制成了鐘擺。經過進一步改進，他設計出了用齒輪帶動的鐘擺。伽利略還有很多奇妙的想法，因為忙于各種實驗，他沒有能夠制成完美的鐘。伽利略把自己的發(fā)現記在一份材料中，畫出了鐘的圖形，解釋了鐘的原理。

幾年后，一個荷蘭人根據伽利略的材料，依照其中的圖形和原理造成了一個完整的鐘，這是世界上第一臺有擺的鐘。

……

每一條通向真理的道路都充滿著荊棘。

每一個有成就的科學家都有一段不尋常的經歷。

每一次科學的偉大發(fā)現，也許就是從最平凡的事實開始！

第2篇：科學小實驗漩渦的原理范文

摘 要：萬有引力定律的發(fā)現是近代經典物理學發(fā)展的必然結果。而科學史卻把這一成果全部歸功于牛頓，這是不符合實際的。因為在萬有引力定律提出之前羅伯特?胡克在這一方面也做出非常卓越的貢獻，然而卻與跨時代的科學發(fā)現失之交臂。為此，從萬有引力提出的背景、產生的過程以及羅伯特?胡克的貢獻來重新詮釋這一偉大科學發(fā)現，揭示其發(fā)現的本真具有重要意義。

關鍵詞：羅伯特?胡克；萬有引力；貢獻

一、“萬有引力”提出的歷史背景

17世紀最有權威的宇宙論，首推法國笛卡爾的天體演變渦旋觀念（太旋渦理論）。他認為以太是一種沒有重量，非常稀薄的連續(xù)流體，物體作用通過以太擠壓來傳遞，天體在以太中運行不會受到任何阻力。他想象在以太中的粒子不斷調換位置，作循環(huán)的旋轉運動，結果就會形成物質的渦流。如太陽是一個大旋渦的中心，巨大的旋渦推動行星圍繞太陽旋轉，各個行星則是較小的旋渦中心。他第一次依靠力學來解釋太陽起源的以太旋渦模型，豐富了物理思想和嚴密的科學方法。一方面，對反對經院哲學和推動當時自然科學前進產生深遠的影響；而另一方面，由于經常停留在直觀和定性階段，不從定量的實驗事實出發(fā)，所以一些具體結論往往會有很多缺陷。后來許多天文學家對宇宙中的星星進行觀察，探討宇宙留給人類的奧秘。經過開普勒認真的觀察記錄，并對第谷的天文觀測資料做了仔細分析，于1609年發(fā)表了《新天文學》，闡述了開普勒第一、第二定律，在1619年發(fā)表的《宇宙諧和論》中，詳細闡述了開普勒第三定律，徹底地摧毀了托勒密關于宇宙繁雜的本輪體系。牛頓也在其《自然哲學的數學原理》第二篇的結論中指出，笛卡爾的假說（以太旋渦論）“是完全與天文現象相抵觸的”，它所導致的是一場“混亂而非對天體運動的理解。”[1]后經天文學家在不斷研究中發(fā)現，天體現象不能用漩渦理論來解釋。在《自然哲學的數學原理》一書的定義3中說：“物質固有的力，是每個物體按其一定的量而存在于其中的一種抵抗能力，在這種力的作用下物體保持其原來的靜止狀態(tài)或者在一直線上等速運動的狀態(tài)?！盵2]則他說這種力同慣性沒有什么區(qū)別，可稱作慣性力。慣性是物質的最重要屬性，物體本身不能改變自己的狀態(tài)，這是牛頓力學的基本出發(fā)點。既然如此，那改變狀態(tài)的能力就只能到物體以外去尋找了，于是就進而提出了力的概念。以此對天體的演化過程的研究成了科學發(fā)展的需要，開普勒、布里阿德、波列利、惠更斯、羅伯特?胡克和牛頓都不同程度的從力的角度相繼解開了天體運動之謎。

二、萬有引力理論產生的過程

力的產生原理首先是由亞里士多德提出來的，他曾認為力是產生非自然運動的原因，但他認為力的作用只有在互相接觸時才能傳遞，所以對于彼此相距很遠的天體來說，這個力是毫無用處的。[3] 這是在兩千多年前古希臘哲學家對力的思考，當時由于對力的科學理論沒有形成，只是簡單地看到生活中的機械力。開普勒依據第谷提供給他金星的資料，經過一次次分析計算發(fā)現，行星在通過太陽的平面內沿橢圓軌道運行，而太陽位于橢圓的一個焦點上。這就是行星運動第一定律，又叫“軌道定律”。當開普勒繼續(xù)研究時，“詭異多端”的火星又將他騙了，原來，開普勒和前人一樣都把行星運動當作等速運動來研究的。他按照這一方法苦苦計算了1年，卻得不到結果。后來他發(fā)現，在橢圓軌道上運行的行星速度不是常數，而是在相等時間內，行星與太陽的聯線所掃過的面積相等。這就是行星運動第二定律，又叫“面積定律”。開普勒又經過9年努力，找到了行星運動第三定律：太陽系內所有行星公轉周期的平方同行星軌道半長徑的立方之比為一常數，他發(fā)現了行星之間的“調和定律”。開普勒雖然解開了許多天體的運動之謎，卻未解開天體運動力學原因這個謎中之謎。[4] 繼開普勒之后，這個問題也逐漸引起了科學家的重視。1645年法國天文學家布里阿德提出“開普勒力”同與太陽距離的平方成反比，但這兒的“開普勒力”只是太陽對行里的作用，而不包括行星對太陽的作用。[5]當時的科學家沒有運用辯證法的觀點來看待這個問題，只看到力的一方對另一方的作用，沒有發(fā)現力的相互作用。到1666年意大利科學家波列利在研究行星與木星衛(wèi)星運動時指出，天體之間存在著某種使它們相互接近的重力，其力大小同距離成反比。1673年荷蘭的科學家惠更斯在研究擺的過程中，提出了向心加速度公式，若把這個公式同開普勒第三定律結合起來，就會推導出向心力同距離平方成反比的結論，但他最終沒有能邁出這一步，因為在他看來向心力與吸引力是兩種完全不同的力。但最接近萬有引力理論的要算與牛頓同時代的英國科學家羅伯特?胡克，他認為物體的重力，就是地球對它的吸引力。這是羅伯特?胡克首次提出吸引力這一概念。

三、羅伯特?胡克對萬有引力所作的貢獻

羅伯特?胡克在力學與行星運動方面花費了許多心血，早在1661年，雖然他沒有機會和蘋果有過親密接觸，但胡克憑借其在科學上敏銳的洞察力，察覺到引力和地球上物體的重力有著某種本質的聯系。1662年和1666年，他曾分別在山頂上和礦井下用測定擺槌周期的方法做實驗，試圖找出物體的重量隨離地心距離而變化的關系。他認為物體的重力，就是地球對它的吸引力。[6] 因此，他得出物體同地心的距離不同，它的重量也將不同的想法。他曾登山、下礦井想用實驗來證實這個想法，但沒有成功，因為山的高度與礦井的深度，同地球的半徑相比是微不足道的。

1674年，羅伯特?胡克在《試證地球的運動》中，詳細闡述行星運動理論的成果：他認為，地球和地球上的物體之間肯定有某種吸引力，如果沒有這種引力的話，那么地球在自轉的時候，這些物體就會像雨傘上的水珠一樣，因旋轉而向四周飛散。后來他提出了關于引力的三條假設。第一，一切天體都有傾向自身中心的吸引力，這種力又作用于其他天體，從而指出了引力作用的普遍性。第二，作直線運動的任何天體，在沒有受到其他作用力使其偏斜之前，繼續(xù)保持直線運動不變；受到其他力的作用時，它的直線軌道就會傾斜，沿橢圓、正圓軌道或某種復雜的曲線運行。這就指出了吸引力向天體運行軌道的聯系。第三，物體離吸引中心越近，所受到的吸引力就越大，具體數量關系尚待實驗中解決。

1679年，羅伯特?胡克找到了引力的平方反比定律。但他還是想把自己的研究設想與牛頓切磋一下，在1680年1月6日寄給牛頓的信中，羅伯特?胡克講到了引力大小與距離的平方成反比這個概念，但是當時他在信中說得比較模糊，并未將這一理論加以量化。事實上，胡克與牛頓的這次通信在科學史上是極為重要的一節(jié)。牛頓雖然從不肯承認從羅伯特?胡克那里得到了一些啟發(fā)，但明察秋毫的科學史家則認為羅伯特?胡克的信件給了牛頓關鍵性的幫助。但是，羅伯特?胡克直言不諱地糾正了牛頓的錯誤，自認為勝出一籌的他在得意之下還把牛頓的錯誤在皇家學會大肆宣揚，而這有些過火的行為令牛頓十分惱怒，他認定羅伯特?胡克此舉是存心炫耀，并有意讓他在大庭廣眾下出丑。1684年，羅伯特?胡克和牛頓之間的科學“戰(zhàn)爭”再次升級，他們分別試圖證明平方反比的引力導致橢圓軌道（即ISL定律）。他們爭相宣布自己的勝利：羅伯特?胡克驕傲地宣稱他證明了這一點，但未拿出結果，還說要等別人的努力都失敗后才肯把自己的證明公布出來。牛頓也說他早就證明過這個定律，雖然當下同樣沒拿出任何證據，可幾個月后，牛頓發(fā)表了著名的《論運動》，這成為后來《自然哲學的數學原理》的前奏。 1686年，牛頓完成扛鼎之作《自然哲學的數學原理》，并于4月把原稿交給皇家學會。他在書中公布了萬有引力定律，因此在和羅伯特?胡克的“口水戰(zhàn)”中贏得了壓倒性勝利。雖然由于經費問題以及牛頓和羅伯特?胡克關于萬有引力定律發(fā)明權的爭執(zhí)，皇家學會未能安排該書付印。但牛頓的朋友哈雷深知該書的價值，于是決定出錢替牛頓出版這一巨著。在《自然哲學的數學原理》發(fā)表后，直拗的羅伯特?胡克還是要求牛頓承認，是他優(yōu)先發(fā)現平方反比定律的，起碼要在書的前言里將他對牛頓啟發(fā)的“功績”提及一下。由于沒有得到牛頓的有效回應，羅伯特?胡克在1693年的皇家學會會議上再次正式提出他發(fā)現萬有引力的優(yōu)先權。面對羅伯特?胡克如此接二連三“不識相”的行為，牛頓暴跳如雷，他一直認為萬有引力完全是個人的發(fā)現，所以一氣之下把《自然哲學的數學原理》里大部分涉及對羅伯特?胡克的引用都通通刪掉，剩下少數實在無法避免的，用詞也從“非常尊敬的胡克先生”變成不顧基本禮儀的“胡克”兩字。得益于《自然哲學的數學原理》出版，在牛頓強大話語霸權的壓力下，可憐的羅伯特?胡克至死也沒有得到應有的承認，1703年3月3日，羅伯特?胡克在落寞中去世。在他死后不久，由于在科學上的成就卓著，聲名顯赫的牛頓登上了英國皇家學會主席寶座，這也導致了羅伯特?胡克在后來的科學史上更沒有可能得到應有的地位和承認。因為隨后，或許是出于大權在握的原因，英國皇家學會中的胡克實驗室和胡克圖書館都先后被解散，羅伯特?胡克的所有研究成果、研究資料和實驗器材也被分散或者被銷毀。沒多久，這些屬于羅伯特?胡克的成果就全都消失在歷史深處了。羅伯特?胡克死后甚至連一幅畫像也沒有留下來，據說是因為他長得“太丑了”，但也有學者言之鑿鑿地聲稱，正是精通權術的牛頓利用職權有意毀棄了他的“敵人” 羅伯特?胡克的遺物，作為對他最后的報復。所以英國科學史專家貝爾納認為，萬有引力的基本概念是屬于胡克的，但他缺乏牛頓那樣的數學才能和邏輯推導能力，所以沒能明確提出萬有引力的公式。如此一位天才人物就這樣與最偉大的科學發(fā)現失之交臂，甚至致死都沒有得到承認，這是一種歷史的悲哀。后來庫恩將這個時期發(fā)生的科學革命“視為一系列發(fā)生在具體科學內部的、在相當程度上相互獨立的較輕微革命的綜合過程”。在這個綜合過程的諸多較輕微革命中，都有羅伯特?胡克這個科學天才的杰出貢獻。

參考文獻

[1] 塞耶編：《牛頓自然哲學著作選》，上海人民出版社，1979年。

[2] 塞耶編：《牛頓自然哲學著作選》，上海人民出版社，1979年。

[3] 林德宏著：《科學思想史》，南京：江蘇科學技術出版社，2004.8第97頁。

[4] 林德宏著：《科學思想史》，南京：江蘇科學技術出版社，2004.8第97頁。

第3篇：科學小實驗漩渦的原理范文

美國航天員唐·佩蒂特在太空拍攝的視頻便是其中一部分。這個研究人員出身的航天員，無論到哪里都忘不了他的鉆研精神，在太空也不例外。他是一個經驗豐富的、參加過3次太空飛行的航天員：第一次是在2002年，作為國際空間站第6宇航組的飛行工程師，太空停留了176多天中，在此期間他進行過13多小時的艙外活動，參與國際空間站的組裝工作，同時還完成了很多美國和俄羅斯的科學實驗。第二次是參加了2008年的航天飛機任務，主要的任務是為國際空間站提供了新的浴室、廚房、兩間臥室、運動器械和水循環(huán)系統(tǒng)?，F在，他是國際空間站第30宇航組的成員，也是3名航天員中年齡最大、飛行經驗最豐富的。在三次太空任務中，佩蒂特不僅是個稱職的航天員，圓滿地完成了自己應該完成的任務，而且出于對學生航天教育的關心和他自身具有的創(chuàng)新精神，盡量利用在太空的寶貴時間，獨出心裁地進行了多次太空小實驗和小創(chuàng)造。佩蒂特利用空間站中近手可得的材料，為學生們示范物理現象中重力所起的作用。他將整個實驗拍攝成視頻，在視頻的末尾向觀看者提出問題，并將拍攝的視頻上傳到網站。

太空版“憤怒的小鳥”

“憤怒的小鳥”是一款孩子們很喜愛的游戲，這款游戲的故事相當有趣，說的是綠豬搶走了小鳥的蛋，為了報復偷走鳥蛋的肥豬們，鳥兒以自己的身體為武器，像炮彈一樣地去攻擊肥豬們的堡壘。在游戲中，用鼠標將那只在彈弓上的小鳥向后拖拉，并調整發(fā)射角度，松開鼠標，那只小鳥就會彈射出去，要讓小鳥把豬打死，還得把障礙物打破。用小鳥打豬的時候，必須要用力打，要不然小鳥就會墜地而亡。這款游戲風靡世界，據最新報道，《憤怒的小鳥》開發(fā)商Rovio的估值已高達90億美元。這只飛翔在人們手機、平板、電腦、電視等幾乎所有屏幕上的“憤怒的小鳥”，正逐漸把Rovio打造成一個“小鳥帝國”?，F在開發(fā)商又將推出了一款新的“憤怒的小鳥一太空版”，據說這將是對該款游戲進行的最大一次升級。這款全新的游戲，有著全新的玩法，但是也會將小鳥迷們已經熟悉和喜愛的某些元素保留下來，另外再添加一些令人驚喜的元素。在此游戲中，一個巨爪綁架了小鳥的蛋。憤怒的小鳥追趕這個巨爪到一個蟲洞，發(fā)現自己漂浮在一個陌生的新星系中，且被太空豬包圍了！“憤怒的小鳥”用自己的超級力量與太空豬在太空進行一場你死我活的大戰(zhàn)。

與以往的游戲不同，在“憤怒小鳥一太空版”中有一個DVD，視頻中是一場真正的“憤怒小鳥”與綠豬的太空大戰(zhàn)。這讓學生們玩游戲的時候，接受航天知識教育。視頻中的主角就是遠在國際空間站的第30宇航組的飛行工程師佩蒂特，他在太空“玩”這個游戲不是為了娛樂，而是要做一個物理演示，看看在重力消失的環(huán)境下，彈射出去的憤怒小鳥將會按照什么軌跡運動，與地面時有何不同？

為了進行這個實驗，佩蒂特借來了一個紅色的小鳥，這個小鳥是他的同伴去年帶到國際空間站的，雞蛋也是現成的，沒有小豬如何辦？佩蒂特靈機一動，用綠色氣球囊吹出一個大氣球，用筆在上面畫來了豬鼻子、眼睛和嘴巴，就成為一個惟妙惟肖的豬了。佩蒂特首先將這三樣東西從手中放開，演示在微重力環(huán)境下漂浮的情況。然后，他將兩根彈力帶綁在艙門上，用它將憤怒的小鳥彈射出去。當然，太空中的小鳥，不會像在地球上哪樣按照牛頓定律來運動了，也不會像在地面那樣墜落到地面，它們像氣球一樣在艙內到處漂浮著。佩蒂特的整個演示被拍成視頻，并加上他的解說，被制成DVD，作為“憤怒小鳥一太空版”的附件之一，可以為學生們證明空間站到處都是微重力環(huán)境。在進行“憤怒小鳥-太空版”的游戲時，小鳥運動的軌跡不僅要考慮到微重力的影響，還要考慮到星球之間力的作用。通過這個，可以演示宇宙中力對物體運動的重要性。通過這個游戲和視頻，可以增加學生們對宇宙探索的興趣，激發(fā)學生們今后選擇科學、技術職業(yè)的取向。因此，美航宇局對此很感興趣，特意安排了佩蒂特在太空進行這項小演示工作。

大泡泡套小泡泡

吹泡泡，這是孩子們常玩的一種游戲，沒有什么令人奇怪的。但是，佩蒂特最近在國際空間站上也“玩”起這個游戲，當然他的目的不是娛樂，而是進行一項科學實驗。太空中吹泡泡不像地面上泡泡很快就會破裂，而是產生了地面無法模擬的奇異效果。

在國際空間站上進行這項實驗時，佩蒂特首先吹起了一個大水泡，這個水泡有一個很厚的邊緣，佩蒂特將其描述成“一個厚厚的水球殼”。佩蒂特小心翼翼地用針頭在大泡泡的邊緣將水注入，奇怪的現象發(fā)生了，里面的水像離心機一樣旋轉起來，微小的泡泡向中央集中。然后，佩蒂特用一個針筒將一個泡泡注入到這個大泡泡內部，結果，第一個泡泡和第二個泡泡之間的邊緣很厚，并且能夠存在很長時間而不破裂。佩蒂特在上傳到網站的視頻中說：“現在，讓我來給你們展示一些讓人興奮的事情?！闭f完，佩蒂特將第三個泡泡注入中央，這個泡泡會在沿著邊緣旋轉。他興奮地說：“這個小泡泡沿著邊緣旋轉，中央出現很多微小的氣泡。如果我也是一個泡泡，我一定會像它一樣?！迸宓偬亟柚す庥^察這個小泡泡的移動以及不同泡泡層的光線反射，他看到水殼內的很多微小泡泡發(fā)生彈跳，并反射光線。他說：“現在，我要對觀察到的現象進行研究。”

有魔力的編織針

現在值守在國際空間站的航天員唐‘佩蒂特在太空給地球上的學生演示了一個十分有趣的實驗——水滴繞毛衣針在太空飛舞，以驗證帶靜電的毛衣針在太空如何影響水滴運動。

他拿來了一根小的特氟龍材料做成的編織針，用一張紙在上面來回摩擦了幾下，使它產生靜電。然后取出一根裝有水的注射針，在靠近編織針的附近推出一個小氣泡。奇跡發(fā)生了！編織針好像有魔法一樣，讓氣泡在它周圍來回飛舞，不讓它遠去，直到氣泡“筋疲力盡”地附著在編織針上。佩蒂特又用針推出了一竄小氣泡，這些小氣泡圍繞著編織針不停地飛舞，煞是好看！最后的下場也與第一個氣泡一樣，被吸附到編制針上。如果你在地面上進行同樣的實驗是看不到這種現象的，地球重力的作用將會超過編織針的靜電作用，會讓小氣泡按照作用在它上面的合力方向漂浮，最后在空中破裂或墜落在地面。微重力環(huán)境下將靜電魔力顯示出來了。

星期六早上的科學實驗

作為國際空間站第6宇航組的飛行工程師佩蒂特總是盼望著星期六早晨的到來。因為只有這個時候，他才有空閑時間可以進行自己設計的一些趣味性實驗，他想看看在微重力狀態(tài)下液體的流動和一些物體的運動特性發(fā)生了什么變化。他利用空間站上隨手可得的小物品，進行了21項實驗，在此，就介紹其中最有名的水薄膜實驗。

佩蒂特把細鐵絲彎成不同直徑的鐵環(huán)，直徑從3.5厘米到15厘米以上。他將鐵環(huán)插入大口杯中，然后又把它拿出來。當鐵環(huán)上的水消退的時候，一個水薄膜緊緊地粘在環(huán)上。他從來沒有看見過這樣大的水薄膜，而且非常牢固。他拼命地搖動它，向它吹氣…‘甚至在它上面畫畫都沒有使它破碎。他十分驚訝：“它們看上去就像一塊塊橡皮，它們能夠承受所有的機械艟擊。”

這種現象在地球上是不可能出現的。無論你如何努力，都不可能在直徑為1厘米的環(huán)上形成薄膜環(huán)。即使形成了薄膜，它也是很脆弱的，一個輕微的碰撞或是人的呼吸動作部會使它破裂。為什么太空薄膜如此堅硬？了解地球上水薄膜和太空里水薄膜的區(qū)別，可以使我們對表面張力有進一步的認識。

表面張力是液體的一種特性，是由于液體表面上或表面附近的分子聚合力的不平衡而形成的，其結果是使液體平面趨于收縮，并具有類似于展開的彈性膜的特性。表面張力普遍地存在于自然界，但由于它所處的環(huán)境不同，就會顯示出不同的特性。

假設在地球上，你有一個水薄膜，讓它的面與地面平行。由于地心引力的作用，使得薄膜中間部分變得松弛了。鐵環(huán)邊緣的水向下流，在薄膜中央形成了一個小水池。這樣，薄膜松弛得更厲害了。水池變得越來越大，直到它的重量將薄膜撕成兩半。

如果在太空，薄膜不會變得松弛，也不會形成中央的水池。這樣表面的張力在與地球引力的抗衡中就占了優(yōu)勢，其結果是形成了一個堅固、長命的膜。佩蒂特說：“我們做的一些水薄膜壽命超過12小時。”

在此基礎上，佩蒂特花了一些時間觀察不同直徑鐵環(huán)形成的薄膜和一些影響它的因素。他用2秒/周的頻率振動鐵環(huán)，可以看到薄膜出現明顯地扭曲，就像你用一個聲波振動器去振動橡皮薄膜一樣。這種振動使薄膜中央部分前后移動的距離達2厘米。接著，佩蒂特將含有細小云母薄片的溶液滴到薄膜上，采用這種方法可以發(fā)現薄膜中隱藏的流動和漩渦。然后佩蒂特用嘴吹薄膜。這時，令人著迷的形狀出現了，它看上去就像螺旋星云，這種美麗的圖案持續(xù)四小時以上。

下一個節(jié)目是在水薄膜上繪畫，佩蒂特將四滴食用色素（紅、藍、綠、董）滴到一個水薄膜上。然后推注射器，用小針頭上打出的氣流來推動色滴移動，這樣可以繪制出不同的圖畫。其中一幅畫看上去就像一只鷹，其它的看上去就像抽象畫。

雖然佩蒂特在太空中進行的實驗看起來很簡單，但里面有深奧的物理學基本原理，這使我們更進一步認識到在太空中進行基礎物理學原理的研究是十分必要的。在地球上，由于重力的作用和物體的三維運動，使一些物理現象變得復雜了。失重情況下的二維薄膜的是一種很好的研究工具。它可以為地球上很多的工業(yè)提供有價值的數據。

令佩蒂特沒有想到的是他這些出于好玩和受自己好奇心的驅使的實驗不僅在物理學的研究中有非常大的價值，而且引起學生們濃厚的興趣。美國航宇局自然科學雜志發(fā)表了一系列以學生為對象的有關佩蒂特星期六早晨自然科學活動的故事，高中和大學生們也進行了以地面為基礎的類似實驗，他們將自己的研究結果和那些在太空中獲得的研究結果進行對比，對物理學中的一些定律有了更深的了解。全國的自然科學教師也利用美國航宇局拍攝的“星期六早晨科學”的視頻來進行物理學教學。

太空杯

在太空零重力狀態(tài)下要飲用任何液體都不是一件容易的事，如果你像地面一樣，將飲料放在杯子中喝，飲料將會變成液滴，從杯子中“飛”出來，到處漂浮，其后果不堪設想。因此，航天員們通常用塑料吸管小口地吸食密閉在袋子中的飲料，這使習慣用杯子喝咖啡的佩蒂特感到不舒服。

喜歡搞小發(fā)明的佩蒂特，又開始動腦筋了。他從飛行數據文件任務書上撕下一片透明塑料片，將兩端合起來，用密封膠條將其密封，同時將底部一端也密封。這樣，就做成了一個有著水滴狀外形的杯子。然后，他將空間站中密封袋里的咖啡小心注入這個太空杯中。由于液體表面張力很大，液體內部的表面張力可避免咖啡液體漂浮和橫向流，微重力下也不會讓杯子中的水向下滴。所以，盡管他將盛有咖啡的太空杯拋向空中，太空杯只在空中飄浮，杯中的咖啡仍然在那里“穩(wěn)坐釣魚臺”。由于杯子的一邊較另一邊狹窄，形成毛細作用，杯中的咖啡形成一個“L”形，杯口的咖啡被人吸飲后，下面的咖啡自動地補充上來，非常有趣！佩蒂特在視頻中演示了他用太空杯喝咖啡的情景，確實令人感到這是一個非常好的咖啡杯。

第4篇：科學小實驗漩渦的原理范文

關鍵詞：三聚氰胺性質危害檢測方法

三聚氰胺是一種合成有機含氮雜環(huán)化合物，屬于化工原料，在涂料塑料、紡織業(yè)、造紙業(yè)及包裝材料的生產中應用的比較廣泛。三聚氰胺可能從環(huán)境、食品包裝材料等突進進入到食品中，但含量很低。因其是一種白色的結晶粉末，0.1克三聚氰胺，就能提高0.4%蛋白質，因此三聚氰胺也被人稱為“蛋白精”。一次大量攝入或長期攝入三聚氰胺會造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結石，并可進一步誘發(fā)膀胱癌。

1 結構與性質

1.1 結構

三聚氰胺，簡稱三胺，是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機化合物，化學名稱為2，4，6-三胺基-1，3，5-三嗪（2，4，6-triamino-1，3，5-triazine）或1，3，5-三嗪-2，4，6-三胺（1，3，5-triazine-2，4，6-triamine），CAS：108-78-1，分子式C3H6N6，相對分子質量126.12。

1.2 物理性質

三聚氰胺的分子式C3N6H66或C3N3（NH2）3，分子量126.12，為純白色單斜棱晶體無味密度1.573g/cm3（16℃）溶于熱水，微溶于冷水，極微溶于熱乙醇，不溶于乙醚、苯和四氯化碳，可溶于甲醇甲醛乙酸熱乙二醇。

2 三聚氰胺的危害

2.1 三聚氰胺的毒性

三聚氰胺對不同動物的選擇性不同，對貓有較強的毒性；三聚氰胺被認為毒性輕微，如果長期或者反復大量的攝入三聚氰胺，可能對腎與膀胱產生影響，從而導致產生結石。

2.2 三聚氰胺的中毒癥狀及中毒機制

動物在三聚氰胺動物實驗中表現出來的臨床癥狀如下：消耗飼料量減少、體重減輕、尿結晶癥、膀胱結石、膀胱上皮細胞增生以及存活率降低。對這些動物進行的臨床癥狀分析和實驗室診斷均可診斷為尿毒癥，具體癥狀還包括嘔吐、食欲減退、昏睡、氮血癥、高磷酸鹽血癥以及多尿癥。而在中國，結石的主要成分是三聚氰胺和尿酸，并未檢出三聚氰酸。

自然環(huán)境中帶入極少量的三聚氰胺對人體的危害不大，但人為惡意添加的三聚氰酸量遠遠超出人體的耐受量，以網格結構重新形成不溶于水的大分子復合物而沉積下來，最后形成結石，造成腎小管的物理阻塞，致使尿液無法順利排除，那么導致腎臟積水，最終腎臟會衰竭。

2.3 三聚氰胺同系物的毒性

尚未有針對性的試驗證實三聚氰胺與其同系物（三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺和三聚氰酸二酰胺）之間是否具有協同效應，而不是發(fā)生在低于閾值的低濃度劑量水平上，并表現出濃度相關性現象（尤其在三聚氰胺和三聚氰酸之間）。但比較認同的觀點是三聚氰胺和三聚氰酸的混合物與中毒貓、狗和嬰兒的急性腎衰有關。

3 三聚氰胺的檢測方法

工業(yè)上測定三聚氰胺的純度通常采用苦味酸法和升華法。在GB/T22388―2008中原料乳與乳制品中三聚氰胺檢測方法有三種：

第一法高效液相色譜法，檢測原理為：試樣用三氯乙酸溶液-乙腈提取，經陽離子交換固相萃取柱凈化后，外標法定量。

第二法液相色譜-質譜/質譜法，檢測原理為：試樣用三氯乙酸溶液提取，經陽離子交換萃取柱凈化后，用液相色譜-質譜法測定和確定，外標法定量。

第三法氣相色譜-質譜聯用法，檢測原理：試樣經超聲提取，固相萃取凈化后，進行硅烷化衍生，衍生產物采用選擇離子監(jiān)測質譜掃描模式或者多反應質譜掃描模式，用化合物的保留時間和質譜碎片的豐度比定性，外標法定量。

3.1 苦味酸法

苦味酸法檢測原理：把水加進試樣中，加熱充分溶解后，再加酸三聚氰胺沉淀的質量，即測得三聚氰胺純度含量。分析步驟：稱取試樣，置于500ml三角燒杯中，然后加入水，再加熱充分溶解；放置至冷卻后，滴入3滴酚酞指示液，如果樣液顯示紅色，緩慢加入硫酸溶液，直至溶液顏色消失，若有不溶物，需進行過濾，然后水洗；把濾液和洗液合并后移入500ml的容量瓶中，用水定容至刻度，充分混勻，準確吸取100ml樣液置于500ml燒杯中。

3.2 升華法

升華法測定原理：在升華裝置中將試樣在負壓下進行加熱，干燥了的試樣容器質量，同時稱取試樣置于該容器內，冷卻至室溫后，稱量試樣容稱其殘渣量，升華前后的質量差值即為三聚氰胺的純度含量。分析步驟： 稱取預先器的質量。通過計算升華前后樣品質量差值即得出樣品三聚氰胺的純度含量。

3.3 高效液相色譜法（HPLC）

采用離子對試劑色譜方法。取樣品過0.145mm孔徑的篩。稱取2.0g過篩樣品于50mL具塞離心管中，加入20ml 0.1mol/L鹽酸溶液，漩渦振蕩2min，超聲提取30min，以4000r/min離心10min后待凈化。用WatersOasisMCX柱固相萃取柱凈化中，用洗脫液定容。準確吸取1.0mL于38℃下用氮氣吹干，殘留物用1.0mL流動相溶解，渦漩混合1min，用0.45μm有機相微孔濾膜過濾，濾液供HPLC測定。

3.4 液相色譜-質譜/質譜法（LC-MS/MS）

初篩及利用HPLC-DADHPLC。

HPLC-MS/MS分析的樣品提取，稱?。?.00±0.02） g樣品于50mL具塞離心管中，加入10mL的1%三氯乙酸溶液，快速渦旋振蕩半分鐘、再超聲提取半小時后，以2500r/min離心5min，將上層清液用過濾紙過濾到干凈的離心管中待凈化。依次用3mL水、3mL甲醇活化強陽離子交換柱（SCXSPE）后，將待凈化液過柱，再用3mL水和3mL甲醇淋洗，然后用3mL氨化甲醇（體積比為95：5）洗脫。

3.5 ELISA試紙條法

酶聯免疫（ELISA）的基本原理如下：

①使抗原或抗體結合到某種固相載體表面，并保持其免疫活性。②使抗原或抗體與某種酶連接成酶標抗原或抗體，這種酶標抗原或抗體既能保留它的免疫活性，又保留酶的活性。

測定方法如下：

把受檢標本（測定其中的抗體或抗原）用洗滌的方法使固相載體上形成的抗原抗體復合物與其他物質分開，和酶標抗原或抗體按不同的步驟與固相載體表面的抗原或抗體起反應。最后結合在固相載體上的酶量與標本中受檢物質的量成一定的比例。基于酶的催化效率很高，能夠將反應效果放到最大，使得該方法具有極高的靈敏度。

4 總結

三聚氰胺是重要的氮雜環(huán)有機化工原料，與甲醛縮合聚合可制得三聚氰胺樹脂，可用于塑料及涂料工業(yè)，也可作紡織物防摺、防縮處理劑。其改性樹脂可做色澤的固定劑或硬化劑等。

2008年衛(wèi)生部會同有關部門在開展打擊違法添加非食用物質和濫用食品添加劑的專項整治行動中，已經將三聚氰胺列入食品中可能違法添加滴定法發(fā)展近紅外檢測等這些技術都已應用于三聚氰胺的檢測過程中，但各有各的優(yōu)點及適用范圍，針對乳制品中三聚氰胺的檢測，而后邊幾項也是現在最常用的方法。

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第5篇：科學小實驗漩渦的原理范文

【摘要】 利用熒光光譜研究了三磷酸腺苷(ATP)與水溶性陽離子熒光共軛聚合物的相互作用，發(fā)現加入ATP后，聚合物的熒光強度被顯著猝滅，且猝滅程度與ATP的加入量成正比，據此建立了測定ATP的方法。熒光光譜的激發(fā)波長選擇395 nm，發(fā)射波長為521 nm，激發(fā)狹縫寬度為10.0 nm，發(fā)射狹縫寬度為10.0 nm。在0.05 mol/L TrisHCl緩沖溶液(pH=7.4)中，測定ATP的線性范圍為8.0×10-8～1.0×10-5 mol/L; 檢出限為2.0×10-8 mol/L; 回收率在93.6%～105.6%之間; 相對標準偏差在2.2%～6.9%之間。本方法用于三磷酸腺苷二鈉藥片和鯽魚肉中ATP的測定，獲得滿意結果。

【關鍵詞】 熒光共軛聚合物;熒光光譜;三磷酸腺苷二鈉

1 引 言

三磷酸腺苷(ATP)是生物體中重要的能量物質[1]，建立快速、簡便監(jiān)測ATP的方法對于深入研究其功能具有重要意義。目前，測定ATP含量的方法主要有電化學分析法[2]、生物發(fā)光法[3]、高效液相色譜法[4]、毛細管區(qū)帶電泳法[5]及熒光光譜法[6]等。但電化學分析法、生物發(fā)光法、毛細管區(qū)帶電泳法和高效液相色譜法存在儀器昂貴、操作繁瑣等缺點，而ATP檢測試劑盒價格較高， 試劑保存條件苛刻，不利于反復使用。雖然檢測ATP的方法在不斷改進，但靈敏度和選擇性仍然難以滿足實際需要。熒光光譜法具有操作簡便、靈敏度高、選擇性好等特點，作為熒光探針的有小分子[7]、聚合物[8]及量子點等[9]。水溶性熒光共軛聚合物作為一類新型熒光探針具有摩爾吸光系數大、熒光量子產率高等優(yōu)點，還具有“分子導線”的功能，能夠實現熒光信號的放大，常用于生物大分子和生物小分子的檢測等[10～13]。

本實驗采用的水溶性陽離子熒光共軛聚合物(WCFP)屬于一種聚噻吩衍生物。噻吩是五元環(huán)結構，符合休克爾規(guī)則，具有適中的能隙、較寬的光譜響應、良好的環(huán)境穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，是一類性能優(yōu)異的π電子系共軛光、電材料[14，15]。利用WCFP與ATP相互作用的熒光光譜特性，建立了以WCFP為熒光探針測定ATP的新方法，并將本方法應用于三磷酸腺苷二鈉藥片和鯽魚肉中ATP的測定，結果令人滿意。本方法不僅簡便、準確，試劑穩(wěn)定、重現性好，而且具有反應時間短，試劑用量少，污染小等優(yōu)點。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

LS55型熒光光譜儀(美國Perkin Elmer公司)，Nicolet Evolution 300型紫外可見分光光度計(美國熱電公司)。本實驗所采用的WCFP屬于一種聚噻吩衍生物，結構見圖1插圖。單體的相對分子量為285.57，按文獻[16]方法合成。ATP(相對分子量為605.2，上海伯奧生物科技有限公司);WCFP和ATP均配制成2.00 × 10-5mol/L的儲備液，其中WCFP濃度以單位計;其它試劑均為分析純，所用純水來自Aquapro純水系統(tǒng)(中國重慶頤洋有限公司，18 MΩ·cm)。0.5 mol/L TrisHCl緩沖液。

2.2 實驗方法

熒光光譜的激發(fā)波長為395 nm，發(fā)射波長為521 nm，激發(fā)和發(fā)射光譜寬度帶為10.0 nm。實驗考察了緩沖溶液、pH值、離子強度、干擾離子等對ATP猝滅聚合物熒光光譜的影響。

3 結果與討論

3.1 ATP 對WCFP熒光光譜的影響

由加入ATP前后WCFP的熒光光譜(圖1)可見，WCFP的最大發(fā)射波長均為521 nm(曲線a)。隨著ATP濃度的增加，WCFP的熒光強度逐步下降(曲線b～i)，但其最大發(fā)射波長并未發(fā)生改變。

3.2 緩沖溶液和酸度的影響

考察不同緩沖溶液對體系的影響，發(fā)現磷酸鹽緩沖溶液對聚合物熒光猝滅較強，影響檢測靈敏度;TrisHCl緩沖溶液較好。當TrisHCl緩沖溶液濃度從0.01 mol/L增大到0.10 mol/L時，熒光猝滅程度逐漸增強;當TrisHCl濃度達到0.04 mol/L時，相對熒光猝滅程度變化趨于平緩。因此，選擇0.05 mol/L TrisHCl緩沖溶液。

圖2為不同pH條件下ATP對WCFP熒光的影響。在 pH 6～9之間，加入ATP前后熒光強度較為穩(wěn)定，并且在此pH區(qū)間體系被猝滅程度最大。由于此實驗是研究生理條件下水溶性陽離子熒光聚合物與ATP的相互作用，因此選用反應的最適TrisHCl緩沖溶液(pH 7.4)。

3.3 工作曲線及檢出限

WCFP濃度對ATP測定有一定的影響，當WCFP濃度過大時，會導致檢測靈敏度變低;而WCFP濃度過小又會影響測定線性范圍。本實驗選擇最佳濃度為4.0×10-6 mol/L(按單體計)。將不同量ATP加入到陽離子熒光聚合物溶液中，在最佳實驗條件分別測定其熒光強度猝滅值ΔF，得到工作曲線，其相應的線性回歸方程和相關系數分別為Y=0.81x+10.2，r=0.98，n=5。平行測定12次空白溶液的熒光強度，計算其標準偏差，以3倍的標準偏差除以標準工作曲線的斜率的方法得檢出限為2.0×10-8 mol/L。

3.4 干擾物質的測定

混合體系中陽離子熒光聚合物濃度為4.0 μmol/L，ATP濃度為0.4 μmol/L，考察了共存物質的干擾情況。結果表明，以相對熒光強度變化為±5%計，共存組分允許存在的濃度見表1。1000倍的谷氨酸、亮氨酸、色氨酸、蘇氨酸、組氨酸、丙氨酸、乙醇、蔗糖、葡萄糖、NH4Cl、NaNO3、KF、NaBr;600倍的異亮氨酸、甲硫氨酸、NaH2PO4、乙酸鈉; 500倍的Na2CO3; 300倍的Na2HPO4、K2SO4; 100倍的苯丙氨酸、Na3PO4、NaI; 25倍的有檸檬酸鈉、ZnNO3、MgCl2; 12倍的La(NO3)3、Al(NO3)3， 測定干擾在5%以內。小牛胸腺DNA、牛血清白蛋白(BSA)和腺嘌啉的干擾嚴重。

3.5 樣品中ATP含量的測定

取2片三磷酸腺苷二鈉藥片(每片含量20 mg)，加入三氯乙酸0.30 g，過濾，用超純水定容至100 mL，再逐級稀釋至測定ATP的線性范圍之內。新鮮鯽魚購于當地市場，去除魚鱗、魚皮和魚刺，用表1 干擾物質的測定

error (%)LAlanine5.0×10-4-3.5NH4Cl5.0×10-4+3.9LGlutamine5.0×10-4-1.7NaNO35.0×10-4+1.1LMethionine2.5×10-4-3.1CH3COONa2.5×10-4+2.5LLeucine5.0×10-4-2.4KF5.0×10-4-1.5LTryptophane4.0×10-4-3.8NaBr4.0×10-4-3.0LThreonine5.0×10-4-1.5NaI4.0×10-5-4.6LIsoleucine2.5×10-4-4.3Na2CO32.0×10-4-4.2LHistidine5.0×10-4+2.5K2SO41.5×10-4-4.5Phenylalanine5.0×10-5-4.0MgCl21.5×10-5+2.0CH3CH2OH5.0×10-4+1.5Zn(NO3)21.0×10-5+4.5C12H22O112.0×10-4+3.9La(NO3)35.0×10-6+3.5C6H12O65.0×10-4+1.9Al(NO3)35.0×10-6+3.8NaH2PO42.5×10-4-2.6Trisodium citrate1.0 ×10-5-4.5Na2HPO41.25×10-4-2.5牛血清白蛋白 BSA1.0×10-7-1.5Na3PO45.0×10-5-2.0腺嘌呤 Adenine2.0×10-8-2.5小牛胸腺 DNA4.8×10-8-2.2 高速組織搗碎機搗碎。根據文獻[17]處理方法提取ATP，準確稱取1.0 g已搗碎鮮魚肉樣品，加10倍體積(15 mL)的4 mol/L HClO4，漩渦混勻器混勻1 min，冰浴1 min，重復7次后，以6000 r/min離心30 min，取上清液2.0 mL，加入1.8 mL 4 mol/L KOH中和，再以3500 r/min離心5 min，取所得混合溶液稀釋到測定ATP的線性范圍之內。以上測定均以0.05 mol/L TrisHCl(pH=7.4)控制溶液的pH值，ATP固體標樣均在樣品制備處理前加入。測定結果見表2， 取得滿意的回收率。表2 藥片及魚肉中ATP含量的測定

3.6 作用機理探討

由于WCFP帶有大量的正電荷，常用于DNA快速高靈敏檢測，其原理主要基于其與DNA之間的靜電相互作用[18]。為了探討WCFP與ATP的作用機理，考察了離子強度對反應體系的影響(見圖3)。如圖3所示，固定ATP與WCFP濃度不變，在反應體系中不斷增加NaCl的濃度，可以看出，熒光強度比值

圖3 離子強度對體系熒光強度的影響

Fig.3 Effect of NaCl on the fluorescence intensity of WCFP and WCFPATP at 0.05 mol/L pH=7.4 TrisHCl buffer. The concentration of ATP and WCFP were 4.0×10-7 and 4.0×10-6 mol/L， respectively.(F0/F)隨著溶液中離子強度的增加而減小。這說明水溶性陽離子熒光聚合物與ATP的相互作用受離子強度的影響較大，靜電引力是其相互作用的主要作用力，這與文獻[19]報道的WCFP與DNA的作用主要表現為靜電作用是相吻合的。

參考文獻

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第6篇：科學小實驗漩渦的原理范文

1．發(fā)現問題；

2．確定引力存在；

3．探究太陽對行星引力大??；

4．探究行星對太陽引力大??；

5．探究行星與太陽之間的引力大?。?/p>

6．總結，

教學的難點

一是如何通過師生互動幫助學生用已有知識自主探究出三種引力的大小，讓學生心服口服地接受得出的結論，感受到結論的得出是一種思維的必然，而不是偶然；讓學生充分體會邏輯推理的重要作用，享受邏輯推理之美。二是在學生自主探究過程中如何在適當的時候適當介紹前人（當然主要是牛頓）在當時的觀點和思維過程，讓學生充分體會科學研究的方法，感受偉人們深邃的洞察力，超前的意識，學家的研究風范。

關于發(fā)現問題環(huán)節(jié)的教學建議

采用復習開普勒定律后提問的方法：是什么原因導致行星繞太陽做如此和諧且有規(guī)律的運動呢？這是一種被廣泛采用的引入新課的方法，他符合人們的思維習慣，知其然而問其所以然是人類一種本能，因此建議采用此法引入新課。另外為了增加感性認識，也可以播放行星橢圓運動的動畫。

關于確定引力存在環(huán)節(jié)的教學建議

教師讓學生猜想是什么原因，并根據自己已有的知識和經驗初步說出理由。由于天體之間存在引力基本上已經成為一種大眾化的常識，因此學生基本上都可以回答出是引力，甚至說出是萬有引力，因此重點不在這個結果上，而在學生能否說出他的根據，而且是有嚴密邏輯順序的根據。經過若干個學生的發(fā)言、補充后，教師組織學生理出邏輯順序：橢圓運動（至少速度變方向）變速運動加速度（由牛頓第二定律）合外力引力（這個邏輯順序可以由投影出示）

教師評價：大家之所以能順利地確定引力存在是由于我們所處的時代，是由于上一章我們學過的圓周運動的知識，你知道幾百年前科學剛剛萌芽發(fā)展的時代科學家們（不是一般民眾）怎樣回答的這個問題嗎？

教師簡單介紹開普勒、笛卡兒、胡克、哈雷、牛頓等人的觀點，其中開普勒認為是太陽發(fā)出的磁力；笛卡兒認為是流質渦旋帶動；胡克、哈雷認為是太陽引力，甚至證明了如果行星軌道是圓形的，引力大小跟軌道半徑的平方成反比（但對于橢圓軌道他們無法證明）；牛頓支持胡克、哈雷的觀點，而且對橢圓軌道也做了嚴格的證明。（有條件可以做成一個短片播放，流質渦旋帶動可以以一個水的漩渦形象替代）

教師評價：由于流質渦旋帶動符合人們的生活經驗，所以當時被廣泛接受，甚至牛頓都是在信仰這種學說中長大的，因此牛頓敢于堅持引力說是需要很大的勇氣的。當然這種勇氣也來自他廣泛汲取的別人的成就，包括歐幾里得數學，阿基米德靜力學，開普勒定律，伽利略運動理論和實驗結果，慣性概念，惠更斯的向心力等，來自于他的研究思考成果：后來出版的《自然哲學的數學原理》的初步理論。

（介紹這樣一個歷史背景的目的一是讓學生體會現在我們認為很簡單的知識，在歷史上的發(fā)現過程不是一蹴而就的，是經過長時間甚至幾代人的努力的，可以說它不是一個人的功績。二是讓學生體會牛頓之偉大來自于其天才，更來自于他廣泛吸取別人的成就的勤奮。對學生進行勵志教育。如果時間緊迫，此部分內容可略去）關于探究太陽對行星引力大小環(huán)節(jié)的教學建議

教師先讓學生猜一猜這個引力大小跟什么有關？不說根據。

學生能猜出距離、二者質量，但很可能也會說出行星周期、線速度、角速度等。教師不做點評，只說我們需要用理論驗證。（學生可能知道萬有引力，但知道萬有引力大小與什么有關的應該很少，因此此處的猜測有意義）

教師提問：請用我們學過的知識提供一種驗證思路：

讓學生討論出：由運動情況（通過運動學公式）加速度（通過牛頓第二定律）受力情況

（以上可以投影出）

教師介紹：在牛頓所處時代，行星的運動情況觀測資料已經相當豐富，因此得出行星受到的引力的表達式是可能的，但是運動軌跡橢圓難倒了胡克、哈雷等，也使牛頓困惑了許多年，直到他用自己發(fā)明的微積分解決了問題（歷史上是否如此呢？缺乏考證）。我們不會微積分，因此我們研究不了橢圓，但是多數行星的軌道十分接近圓，因此我們現在就通過圓軌道用剛才的思路導出太陽對行星引力的表達式，驗證我們的猜測，同時再現牛頓當時的思維過程。

教師提問：行星軌道按圓處理，開普勒定律怎樣表述？

（投影出答案）

提問：若已知某行星勻速圓周運動軌道半徑為r，線速度為v，質量為m行，則它需要的向心力多大？

F需向=m行

引導：天文觀測能直接得到行星的線速度嗎？能直接觀測出什么？怎樣變化剛才的公式？

將代入得F需向=

引導：這是行星需要的向心力，我們要求的是太陽對行星的引力，這兩個力有關系嗎？

F太陽對行星=F需向=

引導：從上一章我們就知道，需要的向心力和提供的力是不一定相等的，否則也就不會有離心運動、向心運動了，因此太陽對行星的引力大小應該與行星的周期是無關的，僅與兩個星球本身情況有關，即以上得到的僅是太陽對行星的引力計算式，而不是決定式（正象密度的計算式一樣），（或舉例：光滑水平面上用輕彈簧拴住一個質量為m的小球做勻速圓周運動，軌道半徑為r，周期為T，則，這只是用周期T來計算拉力F，因為恰好需要的向心力等于拉力，但實際上拉力F僅由勁度系數k和伸長量x有關，跟作圓周運動的物體的運動學量無關。）為找到引力的決定式，我們必須將周期T去掉？怎么辦呢？

引導：由開普勒第三定律得，代入得F太陽對行星=

再共同分析出公式中除了m行、r2以外，其余都是常量，對任何行星都相同，這才是只跟距離以及天體本身有關的表達式，即太陽對行星引力的決定式。

總結上式的物理意義，并給出簡化式：F太陽對行星

（可將以上關鍵步驟列出投影出示）

關于探究行星對太陽引力大小環(huán)節(jié)的建議：

教師提出問題：剛才我們猜測到太陽對行星的引力應該與雙方的質量均有關，直覺告訴我們這個猜測是正確的，可是我們得出的結論好像只與行星質量有關，難道我們猜測錯了嗎？你認為如何？

引導學生觀察等式F太陽對行星=討論出結論：公式中的常數k是開普勒第三定律中的常數，此常數是一個與行星無關而與太陽有關的量（一般在講第一節(jié)內容時都要補充說明這個結論），與太陽的什么有關，最可能就是質量，因此說太陽對行星的引力與雙方的質量均有關。教師提問：那么與太陽質量到底有什么關系呢？怎樣研究這一問題呢？

引導學生討論得出研究思路：如果還是研究太陽對行星的引力，只能到上式為止，不可能再有什么突破，何不研究行星對太陽的引力呢？因為太陽對行星的引力和行星對太陽的引力是一對作用力與反作用力，二者同性質且等大。

（以上這兩個問題的設計目的就是為了由討論太陽對行星的引力向討論行星對太陽引力進行過渡，讓學生理解這種研究方向的轉變是一種思維的必然，同時也讓學生體會到牛頓能夠轉變這種研究方向，其思維技巧多么高超。）

教師提問：行星對太陽的引力跟太陽的質量有什么關系呢？

引導學生討論。我認為得出結論的方法有兩種：一種是課本上利用施力物與受力物互換的辦法得出F行星對太陽。另一種應該利用運動相對性的辦法，行星圍繞太陽做勻速圓周運動，若以行星為參考系，太陽也在繞行星做勻速圓周運動，即若行星繞太陽轉了一周，以行星為參考系，太陽也繞行星轉了一周。可以采用以下辦法幫助學生理解。

圖-1到圖-5表示藍色的行星繞紅色的太陽旋轉半周的幾個關鍵位置，若將圖-2到圖-5依次重疊在圖-1上，重疊時讓藍色的行星位置重合，我們發(fā)現紅色太陽繞藍色行星也轉了半周。（可以用光學投影片重疊的方法或flash課件）

這樣按照太陽做勻速圓周運動的事實仿照前面的思路也可以得出F行星對太陽。

（我認為這種變換參照系的方法更容易為學生所接受）

（可將以上關鍵步驟列出投影出示）

關于行星與太陽之間的引力大小環(huán)節(jié)的建議

教師提問：既然太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是一對作用力與反作用力，二者同性質且等大，那么它們的大小應該是相同的表達式，因此F太陽對行星與F行星對太陽應該能合二為一，你能辦到嗎？

組織討論得出F太陽與行星之間

（學生可能得出r4，組織學生評價是否正確）

提問：該式的物理意義，問能否寫成等式？

F太陽與行星之間

G是比例系數，與行星和太陽質量均無關。

（可將以上關鍵步驟列出投影出示）

（以上各公式的腳標只是為了強調物理意義，本節(jié)課是必需的，以后不是必需的）

關于總結環(huán)節(jié)的建議

（一）將本節(jié)課的探究過程的幻燈片最后重新播放一遍，替代總結。

內容如下：

一、確定引力存在：

橢圓運動（速度變方向）變速運動加速度（由牛頓第二定律）合外力引力

二、探究太陽對行星引力大小

1、猜想：太陽對行星的引力應該與行星到太陽的距離r有關，還與太陽、行星質量有關。

2、根據牛頓第二定律和開普勒一、二定律得：F需向=m行

3、v難以觀測，但可以觀測出行星的周期T，將代入得F需向=。

4、根據行星圓周運動的向心力由太陽對行星的引力提供，則F太陽對行星=F需向=。

5、太陽對行星的引力應該是與行星運動無關的力，要消去T，由開普勒第三定律得，代入得F太陽對行星=。

6、結論：：F太陽對行星。三、探究行星對太陽引力的大小

由牛頓第三定律得：F行星對太陽

四、探究太陽與行星之間的引力大?。?/p>

第7篇：科學小實驗漩渦的原理范文

關鍵詞：海洋平臺結構；振動控制；智能控制

Review on the Study of Structure Vibration Control for Offshore Platforms

XIAO Yuwei, SUN Shumin

( South China University of Technology, Guangzhou 510640 )

Abstract: The vibration of offshore platforms will harm staff’s physical and mental health, cause fatigue and destruction of the structure, reduce practicality, survivability and maneuverability of offshore platforms and bring a series of threat to oil mining. This paper mainly introduces the study and application status of structure vibration control of offshore platforms and focuses on the passive control, active control and semi-active control technology. Finally some problems on structure vibration control offshore platforms are puts forward.

Key words: Structure of offshore platform; Control of vibration; Intelligent control

1 引言

由于全球能源危機出現以及陸地油氣資源的日益枯竭，人們逐漸將注意力集中到海洋上。眾所周知，深海石油、天然氣資源十分豐富，開發(fā)前景廣闊，隨著社會經濟與科技的快速發(fā)展，世界各國都把目光投向了廣闊的海洋，并且建造了大量的海洋平臺，用于海洋油氣資源的開發(fā)利用。

海洋平臺是海上油氣資源開發(fā)的基地，結構復雜，體積龐大，造價昂貴，位于無遮蔽的海域，需要經受住暴風、巨浪、地震、堅冰等惡劣海洋環(huán)境條件的考驗。在環(huán)境載荷的作用下，海洋平臺一般表現為以下的特征[1]：（1）固有頻率低，且低頻模態(tài)密集；（2）本質上的參數分布系統(tǒng)，具有強耦合和非線性；（3）結構復雜，參數易變，自身結構以及所受外荷載具有不確定性。平臺結構受到較大外部激勵，可能會產生過大的振動響應，影響人員安全，降低平臺使用性能，甚至導致結構疲勞破壞。因此，利用合適的減振方法，對海洋平臺進行振動控制，受到了越來越多的關注。由于海洋平臺結構響應的特殊性，對海洋平臺進行振動控制也相應具有一定的特殊性。

2 結構振動控制的發(fā)展狀況

結構振動控制就是對結構在外部激勵下的動力反應和動力不穩(wěn)定性加以抑制，使其能夠在規(guī)定的范圍內工作，滿足其正常使用的要求。結構振動控制從提出到現在，已經成為結構工程領域一個十分活躍的課題。結構振動控制在建筑工程，橋梁工程，機械工程，航空工程領域已經得到了廣泛的研究與應用，但是在海洋工程領域還處于起步階段，有許多振動控制問題亟待解決，這也是以后研究的一個重要方面。

按照所需外部能源的大小，結構振動控制可分為被動控制、主動控制、半主動控制和混合控制四種[2]。

2.1 被動控制

被動控制無需外加能源，其控制力是控制裝置隨結構一起振動變形時因裝置本身的運動而被動產生的，依靠結構元件之間，結構與輔助系統(tǒng)、子系統(tǒng)之間的相互作用消耗振動能量，從而達到減振目的。被動控制構造簡單，造價低廉，易于維護并且無需外部能源輸入等優(yōu)點而受到了廣泛的研究與應用，其技術已非常成熟。被動控制主要分為基礎隔振、耗能減振、吸能減振，被動控制裝置主要有調諧質量阻尼器(TMD)、調諧液體阻尼器(TLD)、粘彈性耗能器、摩擦阻尼器等。

被動控制裝置的控制效果明顯依賴于輸入激勵的頻譜特性和結構的動態(tài)特性，一般只對某種特定范圍內的振動特征具有較好的振動控制效果，缺乏調節(jié)跟蹤能力。

2.2 主動控制

結構主動控制需要實時測量結構反應或環(huán)境干擾，采用現代控制理論的主動控制算法在精確的結構模型基礎上運算和決策最優(yōu)控制力，最后作動器在很大的外部能量輸入下實現最優(yōu)控制力。在結構反應觀測基礎上實現的主動控制稱為反饋控制，而在結構環(huán)境干擾觀測基礎上實現的主動控制稱為前饋控制。主動控制作動器通常采用液壓伺服系統(tǒng)或電機伺服系統(tǒng)，一般需要很大的能量驅動。

主動控制的研究主要分為主動控制算法和主動控制裝置兩部分。主動控制算法主要包括極點配置法、線性二次型LQR經典最優(yōu)控制、線性二次型Gauss(LQG)最優(yōu)控制、模態(tài)控制、滑移模態(tài)控制、H2和H 控制算法等。在海洋平臺的振動控制中，主要采用理論分析、數值模擬以及模型實驗進行研究。

主動控制裝置主要有主動質量阻尼器(AMD)、混合質量阻尼器(HMD)等。

2.3 半主動控制

半主動控制是主動控制中的一類，但它所需的外部能量比主動控制成數量級的減少?；旧习胫鲃涌刂蒲b置不會增加結構(包括結構和控制元件)的機械能，因此保證結構的界限輸入及輸出。相比主動控制，半主動控制更容易實施，控制效果良好，最主要的是所需外部能量少，經濟性好。目前典型的半主動控制裝置有主動變剛度系統(tǒng)(AVS)、主動變阻尼系統(tǒng)(AVD)、磁流變/電流變液體阻尼器等。

2.4 混合控制

混合控制是同時在受控結構上使用被動控制系統(tǒng)和主動控制系統(tǒng)，使其協調工作的結構控制方法。這種控制方法結合了被動控制和主動控制各自的優(yōu)點，在介紹外部能量輸入的同時，保證了控制效果。

3 海洋平臺結構振動控制研究狀況

海洋平臺安置于無遮蔽的海洋環(huán)境里，長期遭受風、波浪、水流等的影響，在惡劣條件下，還會遭到地震以及堅冰的作用，這些外部荷載引起了海洋平臺的振動，對人員身體健康，平臺正常作業(yè)以及平臺的結構安全等都產生了一定的影響，因此引起了國內外學者廣泛的研究。海洋平臺振動控制涉及學科豐富，學科交叉性強，只有多方面的突破，才能帶動整個研究方向的快速發(fā)展，因此，目前大部分相關研究主要以理論和數值模擬為主，但也不乏模型試驗研究等。目前對海洋平臺結構振動控制的研究，主要采用傳統(tǒng)方法、被動控制、主動控制、半主動控制等。

3.1 海洋平臺結構被動控制

海洋平臺被動控制一般采用粘彈性耗能器、調諧質量阻尼器(TMD)、調諧液體阻尼器(TLD)、垂蕩阻尼板等。

3.1.1 粘彈性耗能器

粘彈性耗能器具有構造簡單、性能優(yōu)良、造價低廉和耐久性好等優(yōu)點。所謂粘彈性是指同時具有彈性和粘性兩種不同機理的形變，綜合體現彈性固體和粘性流體兩者的特性。

歐進萍等[3]根據JZ20-2MUQ平臺結構的冰振反應特點和平臺結構尺寸，分析不同海冰設計條件、不同標高和方向的擠壓與彎曲破壞冰力作用下，粘彈性耗能器對平臺振動控制的效果，并研究了粘彈性耗能器不同設置方式對平臺動力特性的影響。結果表明, 設置組合跨粘彈性耗能斜撐的JZ20- 2MUQ 平臺結構可以達到如下的冰振控制效果: 擠壓冰力作用下, 平臺結構的位移（導管架端帽）和加速度（甲板頂層）最大可以減少53% , 彎曲冰力作用下, 平臺結構的位移最大可以減少40%, 加速度最大減振效果為34%；為了充分發(fā)揮阻尼器的耗能減震作用，歐進萍[4]等提出了在平臺結構導管架端帽和甲板之間設置柔性阻尼層的新型阻尼隔振方案。針對渤海JZ20- 2MUQ平臺結構，建立了海洋平臺結構阻尼隔振體系簡化計算模型，研究了隔振層參數與結構阻尼比的關系以及它們對結構整體和隔振層層間相對位移的控制效果，并進行了多冰況和地震工況的數值模擬，結果表明，阻尼隔振方案是導管架式海洋平臺結構的一種有效減振措施。

3.1.2 調諧質量阻尼器(TMD)

TMD實際上是一個附加在主結構上的由質量塊、彈簧和阻尼器組成的二階質量阻尼體系，可與主結構發(fā)生相對運動，利用共振原理，對主體結構某些振型（通常是第一振型）的動力響應加以控制。通過調節(jié)TMD系統(tǒng)與主結構的質量比、頻率比以及TMD系統(tǒng)阻尼比等參數，對主結構振動控制進行優(yōu)化，從而吸收更多能量，阻尼的作用增大了振動控制的頻寬，從而可抑制主結構更寬頻帶的振動。

Jiang Y[5]等對使用TMD控制平臺的扭轉響應進行了研究；孫樹民[6][7]分別對獨樁平臺波浪響應和地震響應的TMD控制進行了研究，分析中考慮了流體-樁-土相互作用的影響。通過算例，發(fā)現TMD的頻率比和阻尼比對控制效果有影響。當頻率比在1左右時，TMD的控制效果最好；而阻尼比對TMD的控制效果影響不是很明顯，因此，阻尼比取值不需太大。對于地震分析，考慮樁-土的作用后，TMD的控制效果比不考慮樁-土的耦合作用時有所下降，但仍然具有明顯的減振效果；嵇春燕[8]為了研究TMD是否會對結構高階模態(tài)造成不利影響以及影響程度，采用模態(tài)分析法對海洋平臺-TMD系統(tǒng)進行模態(tài)分解，推導出系統(tǒng)各階模態(tài)的狀態(tài)空間方程，并以一海洋平臺為例，討論了針對結構某一模態(tài)進行設計時對各階模態(tài)響應的減振效果。算例計算表明，TMD對設計的模態(tài)有較好的減振效果，但對其他模態(tài)響應的減振效果較差，甚至產生不利影響；陸建輝等[9]研究了隨機波浪荷載作用下TMD對樁基鋼結構海洋平臺的減振效果，采用譜分析法對TMD參數進行優(yōu)化，使得平臺位移響應標準偏差比無控下降12.4%，并得出TMD剛度失調比阻尼失調要敏感；趙東、馬汝建等[10]研究了擴展調諧質量阻尼器（ETMD)減振系統(tǒng)（TMD系統(tǒng)的延伸）對海洋平臺的減振控制，分析表明，當ETMD與剩余平臺質量比和頻率比在一定范圍內時，具有良好的控制效果。

3.1.3 調諧液體阻尼器(TLD)

TLD與TMD類似，也是通過附加子系統(tǒng)（水箱）來進行振動控制的。

J.Kim Vandiver[11]早在80年代就對安裝有TLD的海洋平臺振動特性及其減振效果進行了研究，通過選取合適的水箱參數可以有效控制平臺響應；李華軍等[12]研究了波激勵作用下的矩形TLD 的動力性質，采用了描述TLD 中流體的非線性性質的數學模型, 并對TLD 與結構的耦合模型進行了研究，在此基礎上，對TLD控制海洋平臺冰激振動進行了試驗研究，并分別分析了圓形與矩形TLD的幾何參數和水深對控制效果的影響；Lee SC等[13]研究了利用流體的晃蕩來吸收能量以控制平臺的波激響應問題, 減振器的圓桶半徑、流體高度、質量、頻率和阻尼是影響減振效果的參數；王翎羽、金明等[14]針對JZ20- 2MUQ 平臺利用TLD控制冰激振動，進行了試驗和理論研究。

3.1.4 垂蕩阻尼板

上述幾種被動式控制裝置，理論和試驗研究主要集中在導管架海洋平臺等固定平臺上，對于移動式海洋平臺，如半潛式平臺，Spar平臺，一般采用垂蕩阻尼板對平臺結構進行垂向振動控制。垂蕩阻尼板是伴隨Spar平臺的開發(fā)設計而出現的，它通過增加平臺的運動附加質量，增大垂蕩周期，減小垂向振動。垂蕩阻尼板和Spar平臺同軸水平設置，通常采用矩形板，也有圓形，但是實際應用中不多，垂蕩板的數量、間距、板厚、骨材尺寸、板的尺度及開口大小對性能有很大的影響[15]。

Thiagarajan和Troesch[16]測量了底部帶圓盤的直立圓柱的垂蕩阻尼，結果表明，圓板的存在使圓柱所受的形狀阻力增加了兩倍；Prislin等[17]對單個正方形板在靜水中做垂向自由衰減試驗；Molin[18]基于勢流理論，研究了在垂直于其平面振蕩的流體中，一系列帶孔圓板的水動力性能；Tao等[19]采用模型試驗的方法，研究了實心板與帶孔板的水動力性能，通過測量水動力系數，檢驗了圓板空隙度對阻尼和附加質量系數的影響；季亨騰，黃國梁等[20]為了研究垂蕩板的水動力，進行了三角形垂蕩板在單板和雙板兩鐘情形下的強迫振蕩試驗，通過理論計算分析，得出了理想的板間距；沈文君等[21]研究了深海桁架式Spar平臺垂蕩板的水動力性能，分別考慮不同振幅和板間距對水動力的影響，其次對不同板厚進行了計算分析，結果表明，在一定的幅值范圍內，附加質量系數隨運動幅值的增大而增大，阻尼力系數隨運動幅值增大而減小，附加質量系數和阻尼力系數隨板間距增大而增大；歐進萍，劉鯤，朱航[22]以南海某半潛式平臺為例，根據TMD的原理，設計了一種活動式垂蕩板，用來減小平臺的垂蕩響應。通過計算不同海況下的垂蕩響應，并與傳統(tǒng)半潛式平臺和裝有固定式垂蕩板的半潛式平臺的垂蕩響應進行比較，表明其具有更好的控制效果。

3.2 海洋平臺結構主動控制

振動主動控制又稱為有源控制，是主動控制技術在振動領域中的應用。常見的主動控制裝置有主動質量阻尼器（AMD）、混合質量阻尼器（HMD），它們都是由TMD發(fā)展而來的。

AMD系統(tǒng)由質量塊和主動控制作動器組成，可以沒有彈簧和阻尼器。AMD系統(tǒng)由外部能源驅動其慣性質量運動，將結構的振動能量轉變?yōu)锳MD慣性質量的動能和阻尼元件的耗散能，同時AMD系統(tǒng)通過其在結構上的支承提供減小結構振動的控制力。

Vincenzo[23]在平臺結構中通過設置主動質量阻尼器（AMD)系統(tǒng)以減輕漩渦引起的振動；Ahmad SK, Ahmad S[24]采用傳統(tǒng)的最優(yōu)控制算法對平臺進行了最優(yōu)主動控制研究；Suhardjo J[25]等利用 控制算法對AMD主動控制裝置在導管架海洋平臺的振動控制進行了研究，并且對TMD被動控制和AMD、ATMD主動控制的控制效果進行了比較，結果表明主動控制的效果優(yōu)于被動控制。

李華軍等[26]采用H2控制算法研究了海洋平臺冰激振動的AMD主動控制問題；張春蔚、歐進萍等[27]研究海洋平臺冰激振動和地震反應的AMD主動控制問題，結合JZ20-2MUQ平臺進行了AMD控制系統(tǒng)的參數優(yōu)化分析，并就相應最優(yōu)參數對AMD控制平臺冰激振動和地震反應的幾種代表性工況進行了時程分析，結果表明，AMD控制系統(tǒng)的質量比、頻率比和阻尼比等參數對平臺結構振動控制效果有不同程度的影響，增大質量比可以在一定程度上提高控制效果，而頻率和阻尼參數的變化對AMD的控制效果影響不大；在此基礎上。歐進萍等人[28]進行了JZ20-2MUQ海洋平臺結構模型振動的AMD主動控制振動臺試驗研究,證實了AMD控制系統(tǒng)對海洋平臺結構良好的振動控制效果,為新建和現役平臺結構的AMD振動控制應用奠定了基礎。

3.3 海洋平臺結構半主動控制

結構半主動控制的原理與結構主動控制的基本相同，只是施加控制力的作動器需要少量的能量調節(jié)以便使其主動地甚至可以說是巧妙地利用結構振動的往復相對變形或相對速度，盡可能實現主動最優(yōu)控制力。由于半主動控制系統(tǒng)力求盡可能實現主動最優(yōu)控制力，因此，主動控制算法是結構半主動控制的基礎。又因為半主動控制系統(tǒng)可以實現的控制力的方向和形式有限制，因而需要建立反應半主動控制力特點的控制算法來驅動半主動控制裝置以便盡可能實現最優(yōu)控制力。常見的半主動控制裝置有：主動變剛度系統(tǒng)（AVS）、主動變阻尼系統(tǒng)（AVD)和磁流變液阻尼器（MRFD）。

3.3.1 主動變剛度系統(tǒng)(AVS)

結構主動變剛度控制是通過變剛度控制裝置主動地改變受控結構的附加剛度，使結構控制系統(tǒng)沒有固定的自振頻率，避免結構發(fā)生共振，從而減小結構反應。

中國海洋大學的李宇生[29]提出了一種新的變剛度半主動控制方法并設計了一種新型變剛度調諧質量阻尼器，先以隨機波面特征信息為輸入值，優(yōu)化控制器各參數，研究此控制裝置對平臺在隨機波浪荷載下的振動控制效果。計算表明，此裝置對甲板加速度響應的控制效果最高可達29%，平均值也在21%以上，甲板的位移響應也能得到一定的抑制，此裝置對由隨機波浪荷載引起的平臺振動具有一定的控制效果。此外，劉玲[30]以一實際平臺為研究對象，設計一種新型變剛度調諧質量阻尼器（VSTMD），根據平臺實際情況設計裝置參數，并通過多種軟件分析該控制器的控制效果。結果表明，此裝置對平臺振動控制具有良好的控制效果，平臺甲板位移響應均方根差下降了23.02%，加速度響應均方根差下降了26.51%。

3.3.2 磁流變液阻尼器(MRFD)

磁流變液(MR)是由高磁導率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導磁性液體混合而成的懸浮體，其在強磁場作用下可以在毫秒內由流動性能良好的牛頓液體變?yōu)榫哂幸欢羟星姸鹊馁e漢姆體,并且這種變化連續(xù)、可逆、易于控制。利用磁流變技術制作的半主動阻尼器是目前發(fā)展前景最為看好的一種新型的阻尼減振裝置。

孫樹民[31]提出了MR阻尼器對隔振獨樁平臺地震反應的半主動控制，結果表明MR阻尼器可以有效地控制隔震獨樁平臺在地震作用下的位移反應；嵇春燕等[32]采用數值分析和模型實驗的方法，以MR阻尼器為控制裝置設計半主動控制系統(tǒng)，進行多工況減振效果分析；此外，管有海，黃維平[33]也對MR阻尼器應用于海洋平臺的減振進行了研究；劉山、歐進萍等[34]針對渤海受嚴重冰激振動的JZ20-2MUQ平臺進行了隔振研究，提出了在海洋平臺結構導管架端帽和甲板之間設置柔性阻尼的新型阻尼隔振方案，并建立了海洋平臺結構阻尼隔振體系簡化計算模型，研究隔振層參數與結構阻尼比的關系以及他們對結構整體和隔震層層間位移的控制效果；在此基礎上，歐進萍，張紀剛等[35][36]提出磁流變智能隔振系統(tǒng)，同時利用橡膠支座和MR阻尼器對海洋平臺進行減振分析，通過數值分析和模型試驗進行了多工況分析研究和對比。

4 結論與展望：

目前，海洋平臺結構振動控制還處于理論與實驗研究階段，將其應用在實際工程中還需要解決如下一些問題：

1）采用智能控制算法等更加先進的控制算法，緩解時滯問題，提高平臺控制性能以及穩(wěn)定性；

2）開發(fā)和應用操作更簡便、可靠、耗能少的控制裝置（作動器、傳感器等），并優(yōu)化配置數量和位置；

3）綜合考慮流體-土-樁的耦合作用，使結構控制更接近于實際，提高控制效果。

海洋平臺結構振動控制是一個具有應用前景的新興研究領域，學科交叉性強，涉及面廣，需要具備多方面的專業(yè)知識。智能控式，包括神經網絡控制、模糊控制等，是海洋平臺振動控制的發(fā)展方向，亟待更多的理論與試驗研究和具體工程應用。

參考文獻

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第8篇：科學小實驗漩渦的原理范文

關鍵詞：天然氣；超聲波流量計量技術；應用

相對于傳統(tǒng)技術技術新型天然氣超聲波計量技術具有更高的準確度，但是這種計量技術的計量結果也會受到一定因素的影響，為了保證獲得準確的計量結果本文將對影響計量結果的因素進行分析，并且探討實際運用中應當注意的問題。

一、天然氣流量計量中氣體超聲波流量計的應用

天然氣流量計量主要是通過多參數測量實現的，并且還需要設置相應的流量比對裝置以確保測量的準確性。為了進一步保證實驗數據的準確性和有效性，將一套標準孔板流量計與氣體超聲波流量計進行串聯運行。選用的氣體超聲波流量計為四聲道，具有300mm內徑，流量范圍是240~6405m3/h。

（一）氣體超聲波流量計準確度與超聲的關系

表1閥門1控制流量、閥門2全開時氣體超聲波流量計的運行氣體超聲波流量計測量準確度會受到被測介質內部噪聲的影響。如果采用氣體超聲波流量計這種方法來控制流量的大小，那么其節(jié)流的聲音與流量的增加是成正比的關系，標準孔板流量計與氣體超聲波流量計之間的相對誤差就會加大，這就會發(fā)生這兩種流量計所計算出來的流量嚴重不相符。當閥門1全部打開的時候，在閥門2控制流量大小的情況下，氣體超聲波流量計的信噪會相對比較大，標準孔板流量計和氣體超聲波流量計之間則會具有相對固定的誤差。實驗數據如表1和表2。根據表1和表2可知，如果由上游閥門1節(jié)流，氣體超聲波流量計信噪就會比上游閥門全開時低，這是因為當上游閥門在進行節(jié)流的過程中，人類無法聽到的高頻聲波和人類可以聽到的聲音將會同時產生，如果聲波頻率與氣體超聲波流量計量的工作頻率無限度相似的時候，那么就會造成氣體超聲波流量計信噪比的減小，這樣流量計的測量準確度就會受到影響。

（二）氣體超聲波流量計與流態(tài)的關系

根據GB/T18604-2001《用氣體超聲博流量計測量天然氣流量》中的相關規(guī)定，氣體超聲波流量計的上游直管段至少具有10D、下游直管段至少具有5D，其目的就是確保符合對稱紊流速度分布要求的天然氣流態(tài)可以進入流量計?？臻g彎頭和計量管路中閥門對天然氣的速度分布會有直接影響，從而使測量的準確度有所降低。氣體超聲波流量計的升到分布示意圖如圖3，四個聲道沿管道橫截面由上至下分布。管道中氣體的平均流速可以通過氣體超聲波流量計加權平均各個聲道測得的流速獲得。在閥門1節(jié)流、閥門1全開測得的氣體流態(tài)在管道中分布情況如表3和表4所示。根據圖1、表4、表5可知，在閥門1節(jié)流的情況下，通過超聲波A、D聲道流速大于B、C通道流速可知，天然氣在管道中的流速分布不均勻程度會隨著流量增大而增大。隨著流量的增大管道內氣體的分布逐漸代替分布，換句話說，管道中心氣體的流速小于管道壁的氣體流速，當全部打開上游氣流的閥門的時候，不會阻擋氣流，管道內的氣體流速不會隨著流量的增加而產生較大的變化。當閘閥沒有完全開啟的時候，天然氣的經過會受到閥門閘板的阻擋，產生不對稱的旋轉氣流，這實際上是漩渦流的發(fā)展前兆。

（三）氣體超聲波流量計與氣質的關系

氣體超聲波流量計在我國發(fā)展較晚，所以還沒有在真正全面認識其實際工作性能。一般情況下來講，在進行氣體超聲波流量計的過程中，對其氣質條件并沒有嚴格的要求，工業(yè)環(huán)境下可以實現氣體的大多數清潔均質液體或不含大濃度懸浮粒子的流量測量。在用氣體超聲波流量計測量天然氣的過程中，如果天然氣當中含有大量的粉塵、霧狀液滴和飽和水蒸氣的時候，就應該充分考慮到氣質條件可能帶來的影響。最初，筆者發(fā)現相較于標準孔板流量計這種方法而言，氣體超聲波流量計的流量測量結果相對偏高。通過對氣體超聲波流量計進行診斷的過程中發(fā)現，處于非工作狀態(tài)下的D聲道很容易被飽和天然氣所凝析出來的液體淹沒，從而影響了換能器的正常運作。當排除積存在管道內的液體的時候，超聲波流量計就可以恢復正常的工作狀態(tài)。在一個聲道發(fā)生故障時多聲道氣體超聲波流量計能夠實現自動補償運算，進而造成流量計的流量輸出略高于正常情況。能夠影響氣體超聲波流量計工作性能的還包括天然氣中的粉塵，例如當上游某個氣體處理廠沒有正常開機時，分子篩中的粉塵會隨著氣體超聲波流量計的工作流程而帶入進來，這樣就很容易在底部的換能器處造成粉塵堆積的現象，影響氣體超聲波流量計的正常運轉。

二、應用氣體超聲波流量計時應當重視的問題

（一）科學選型

一般情況下，型號不同的流量計，其測量的范圍也是不同的，實際生產生活中涉及到的超聲波流量計的測量范圍都較為寬廣，最大流量通常是最小流量的三十倍。利用測量天然氣的流速確定天然氣流量是氣體超聲流量計的工作原理，2.7~27m/s是其理想的工作范圍，氣體超聲波流量計要想保證檢測準確度就應當將工作流速控制在這個范圍內。如果天然氣流量比氣體超聲波流量計的流量拐點低時，就會在一定程度上降低氣體超聲波流量計的準確性，造成增大誤差的后果。而在天然氣流速過高的情況下，超聲波信號無法被換能器檢查到，進而造成計量故障問題。因此，進行超聲波氣體流量計選型時，應當正確掌握管道中天然氣的流速，防止超底限或超高限運行情況的產生。選擇氣體超聲波流量計時，還應當對是否存在聲波干擾源進行充分考慮，其中主要指的是消音設備、大壓差減壓設備、高速度等能夠產生超聲波信號的設備。人們耳朵能夠聽見的聲波通過消音設備能夠轉化為聽不到的聲波，一旦氣體超聲波流量計工作頻率接近消音設備的超聲波頻率或減壓設備的超高頻噪聲，那么超聲波流量計就會無法正常工作。所以應當盡量避免在能夠產生影響流量計聲波場合，安裝和選用氣體超聲波流量計[1]。

（二）嚴格安裝

設置氣體超聲波流量計上下游直管段的過程中，應當充分執(zhí)行相應標準，其中上游直管段和下游直管段應當分別大于10D和5D，并且還應當安裝流動調整器解決安裝條件受測量現場限制的問題。同時安裝氣體超聲流量計時應當保持水平方向，這樣就能夠有效測量含液較多的天然氣，還要嚴格根據技術要求進行氣體超聲波流量計和計量管段的安裝，以保證氣流就能夠將天然氣凝析出來的液體帶走，防止超聲波流量計存在液體堆積問題。如果固體粉塵含量較大額天然氣，就應當將在上游直管段加設過濾器，避免因換能器表面堆積沉積物而產生故障[2]。

（三）科學維護

在使用氣體超聲波流量計的過程中，需要進行維護的情況少之又少，但如果計量氣體氣質較差那么就需要對氣體超聲波流量計的換能器進行及時清洗，并對換能器表面是否存在水溝和雜質進行檢查。同時還應當關注有無泄漏存在于氣體超聲波流量計的各連接件中，鏈接線路是否正常以及檢測零流量是否準確等等。

（四）定期診斷測試

一旦氣體超聲波流量計產生流量突變的情況，就應當運用其他與氣體超聲波流量計串聯運行的流量計進行比對校核，確定顯示天然氣流量變化的真正原因。對于沒有其他流量計作比對的情況，就應當通過氣體超聲波流量計的診斷軟件對各個換能器的工作參數進行全面檢查，進而了解異常參數值是否存在。對于使用超聲波流量計較多的情況，應當將便攜外夾式超聲波流量計作為首選，這樣能夠隨時校核固定安裝的超聲波流量計[3]。

結束語：

新型天然氣超聲波流量計量技術作為一項先進的技術，已經得到人們的廣泛認可和運用。但是在實際運用過程中仍然要充分考慮影響計量過程的相關因素，并通過采取相應的措施獲得最準確的計量結果。

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第9篇：科學小實驗漩渦的原理范文

大學很大，大得可以承載所有學生的夢想；大學很小，小到一個老師，一個學生就構成一個小世界；大學還是學生從學校走向社會的訓練營。老師對于學生的態(tài)度、評價和教育，對一個學生的影響無疑是巨大的。在四年甚至更長的大學時光中，學生從心理到身份都將發(fā)生巨變，大學老師充當的也許是人生導師的角色，幫助學生成長得足夠優(yōu)秀，足夠“好”。

那么，新時代的好學生到底該具備哪些素質，作為高校教師又應該執(zhí)行什么樣的學生評價標準，在教育過程中要避免哪些誤區(qū)？本期思維碰撞給您帶來新觀點和新體會。

文章編號：1672-5913（2013）13-0049-08 中圖分類號：G642

王昭 北京大學信息科學技術學院

學生的首要任務就是學習，好學生就是取得了好的學習效果或成果的學生，至于學什么，不同階段的要求有所不同。中小學教育屬于基礎教育，培養(yǎng)學生德智體美全面發(fā)展，要成為一個好學生，就要努力做到品質好、學習成績好、身心健康。大學教育是中學教育的延伸，對好學生的原則要求應該是一致的，依然是品質好、學習成績好和身心健康，但大學教育是專業(yè)教育，學習目標、學習內容、學習方式和中學有很大不同。在學習過程中，大學對學生的主動學習精神和自我管理能力提出了更高的要求，好學生應該學習目標明確，具有強烈的求知欲和主動學習精神，這是取得良好成績的第一步。其次，為了取得好成績，學生要有正確的學習方法和吃苦耐勞的精神，這是取得良好成績的必由之路。

大學教育為學生走向工作崗位、服務社會打好基礎。我認為社會需求是多樣的，能夠在社會上找到自己的位置，學以致用的學生都是好學生。“好”與“壞”相對，“好”又有程度的不同。大學在培養(yǎng)好學生的同時，也強調優(yōu)秀學生的培養(yǎng)。創(chuàng)新型人才屬于精英人才，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)屬于精英教育。但我們要有一個觀點，不是只有創(chuàng)新型人才才是社會的唯一需求，也不是只有具有創(chuàng)新能力的學生才是好學生。教育的產品是人才，不同于標準化生產的制造業(yè)，教育面對的是天賦秉性有差異的個體，好的教育應該體現個性化教育，能讓學生在一定范圍內根據自己的天賦特長和興趣愛好，有選擇地學習和發(fā)展。

北京大學上世紀80年代末期提出了“加強基礎、淡化專業(yè)、因材施教、分流培養(yǎng)”的十六字教學改革方針，這成為北大之后20年教學改革的指南。比如，我們?yōu)榱思訌妼W生的計算機基礎教育，為文科生開設了涵蓋不同知識點的多樣化必修課“文科計算機基礎”，為理科學生開設了全校必修課“計算機概論”、“數據結構與算法”；為加強學生的人文素養(yǎng)，開設了全?！巴ㄟx課”。具體到信息學院，我們對本科生進行“分類培養(yǎng)”，根據學生的不同發(fā)展目標與興趣，把一些課程又劃分如下：為拔尖學生設立實驗班，為計算機專業(yè)學生開設A類課程，以及為非計算機專業(yè)理科生開設B類課程。為提高學生的實際動手能力，還針對一些課程開設了相應的實習課。此外，還設置了豐富的專業(yè)選修課，并設立了本科生導師制度，對本科生進行個性化的輔導和培養(yǎng)。

米新江 廊坊師范學院計算機教學部

我認為，好學生應該能夠勝任學習任務并妥善處理學習、人際、生活事務等方面之間的關系。

學生們要學的東西有很多，要做的、要考慮的也很多。從社會發(fā)展來講，全球化的趨勢明顯，信息化的大潮已經昭示這個時代必將具有的特點：即時、快速、廣闊！這是信息化的時代，信息的相對性、轉化性和強烈的時效性決定了我們必須要有辨別和獲取信息的能力，當然學生能否充分利用這些信息并將信息轉化為財富很大程度上決定了他們今后發(fā)展的好壞。所以在今天看來，只是成績好的學生已經算不上是好學生，那些把自己局限于教室里，兩耳不聞窗外事，一心只讀圣賢書的孩子們，那些只會奮筆疾書地寫作業(yè)、做題、備考的學生們即將被這個時代所淘汰。

學習是學生的分內之事，好學生就是要學習成績好、學習效率高。之所以這么肯定是因為學習本身是一件很容易的事情，明確要學習的內容、運用好的學習方法、做好時間管理，再加上很好的執(zhí)行力，取得好的成績簡直就輕而易舉。

好學生應該以自己探索學習為主、老師教育為輔，適應個性化、訂單式的教育模式。這樣，學生可以自己把握和控制學習進度，通過開放式的平臺和更多的牛人交流對話、開闊思路、解決實際問題，從而提高自己的水平。同時，好學生還要有自己的想法和安排，能夠從容地面對困難、解決困難，并通過交流和共享體驗豐富的人生，對以后的人生有所規(guī)劃，自主地培養(yǎng)和發(fā)展自己。

當然，光有好的學習成績是遠遠不夠的，好學生必須要有高素質。素質是什么？我常常教育我的學生，素質就是孝順父母，那么怎樣孝順？抓住機會、珍惜時間、努力學習，將來在父母需要我們的時候能拿出錢、獻出力、扛起家庭的責任；素質就是尊敬師長，要怎么尊敬？逢年過節(jié)給那些教育過我們的老師打個電話或發(fā)個郵件，見了樓下看門的叔叔大爺打個招呼問個好，其實知恩圖報就在于生活中的點點滴滴。

一個人的素質不僅表現在生活中，更體現在工作學習上。我常?？磳W生開發(fā)的軟件，從他們的設計中便可看出學生的素質水平。我常把微軟的例子講給學生們聽，為什么Office這么多年一直保持在辦公軟件領域的壟斷地位，是其把一個“全功能”的文字處理器做到如此精細的地步所體現出來的全心全意為人民服務的宗旨，是處處為用戶考慮、精益求精的精神使它贏得了這么多用戶。

好學生擁有的職業(yè)素質就是你作為開發(fā)者，不能只從自己角度出發(fā)，而必須要站在用戶的角度去設計軟件，處處以方便用戶為原則，只有這樣設計出來的軟件才能為用戶所接受。素質其實并不抽象。反映在學習上，我們可以通過一個學生做的筆記看出來這個學生素質的高低，如果筆記不分章節(jié)、沒有條理，做出這樣筆記的學生素質一定高不到哪里去。所以，通過這么多年的教學，我發(fā)現無論是在為人、為學、處事方面，好學生都比較優(yōu)秀。

無論是網大排名，還是從社會認可度看，廊坊師范學院的綜合排名都是屬于一般般的本科學校。而高考就像是網眼大小不一的篩子，優(yōu)秀的學生就留在了篩子的上面，其他的學生，自然就漏到了篩子下面。廊坊師范學院毫無疑問是篩子下面的學校，而“好不容易”考上這所學校的學生又能好到哪里去？不管是學校師資、實驗設備、學校氛圍，還是學生自身的學習能力、知識儲備、學習習慣等，相對于好學校的學生來說，確實是有一定的差距。這也是為什么每年的高考結束時，非常有名的學校都要想盡一切辦法爭奪那些所謂的狀元。但是，就是在這樣的一所學校里，有一個信息技術提高班，這個班的成員是由不同專業(yè)的學生組成的，不分文理、不分男女、不分年齡，卻有著共同的夢。

這個班的學生，無一例外都參加國家計算機技術與軟件專業(yè)技術資格（水平）考試之軟件設計師中級職稱考試，并且全部通過，其中不乏成績優(yōu)異者考進了全國前50名。比如2012年下半年軟考，8期學生畢桃楊進入全國前50名的第22位，該同學人校時是生物系的學生；2010年下半年軟考，6期李雪岐進入全國前50名的第19位，她是電子技術專業(yè)女生，目前已經工作，年薪超過10萬元。

他們原本與計算機無緣，曾經也與“好學生”的稱謂不沾邊，但是通過提高班的教育，如今華麗轉身，成為IT精英。這說明接受教育固然重要，但是，接受什么樣的教育更為重要。

在目前的高考體制的教育下培養(yǎng)出來的是“鴨”，而提高班要培養(yǎng)的是“狼”。提高班為實現這個目標做出了積極的努力。

在學生進入提高班的第一個階段，不是對他們灌輸計算機知識，而是培養(yǎng)興趣，調動積極性，讓學生對學習充滿信心。

第二個階段就是重新激發(fā)學生好奇心，讓他們學會發(fā)現問題，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新素質，Open eyes！好奇心是人類生來就有的優(yōu)秀品質，但是我們的學生在多年的“教育”之下已被打壓殆盡，所以這個階段的重要任務是重新激發(fā)學生的好奇心，讓他們保持學習的興趣。

第三階段是使學生真正學會使用網絡和習慣使用網絡，充分利用信息資源，編織知識網。

，

第四階段，讓學生適應各種不同的學習方式，不再拘泥于教師和教室，逐漸實現學生的主動自主學習，成為學習的主體。

第五階段進入工程素質培養(yǎng)，培養(yǎng)學生的團隊精神、品德素質、職業(yè)素質。

第六階段進行基礎理論培養(yǎng)，鼓勵他們取得行業(yè)資格和職稱資格，準備敲門的金磚。

第七階段，使用時下先進的技術和思想，讓他們像狼一樣如饑似渴地學習，進一步充實知識、提高能力。

試想，有了這樣的環(huán)境、這樣的思想、這樣的教育，再加上自己的努力，學生怎能不優(yōu)秀，怎能不脫穎而出，怎能不“好”？這就是教育的力量。

劉小靜 青海大學計算機系

蘋果公司首席執(zhí)行官史蒂夫·喬布斯高中畢業(yè)后就讀奧勒岡州的里德學院，但只念半年就因為父母財務緊張而輟學?！白畛晒Φ妮z學生”蓋茨在1973年進入哈佛，兩年后輟學，和比他高兩個年級的老友保羅·艾倫一同創(chuàng)辦了微軟。全球有很多這樣的知名大學肄業(yè)生們，他們卻在事業(yè)上有著驚人的成就。那么，究竟什么樣的學生才算好學生呢？高校又如何培養(yǎng)好學生呢？

長期以來，在家長和老師們的心中，好學生一定是那些“考試成績優(yōu)秀”“遵守紀律”“循規(guī)蹈矩”“老實聽話”的學生，而那些思想活躍、性格開朗、遇事肯動腦筋、常有自己的看法、愛提意見的學生卻很少被評為優(yōu)秀。在就業(yè)過程中，我們常常發(fā)現那些公認的好學生不一定能找到好工作，而那些不太聽話，頗有個性的孩子，反而比較受用人單位青睞。

那么優(yōu)秀的標準究竟是什么呢？我認為學生不分好壞，而好學生不一定是人才，我們應該多元化地去評價學生。青海大學計算機系在建系之初，將面向西部地區(qū)的信息技術行業(yè)應用型人才培養(yǎng)目標定位在培養(yǎng)具備如下特點的高級專門人才：德、智、體、美全面發(fā)展；掌握與信息技術相關的自然科學和相關數學知識，具有創(chuàng)造性地將這些知識應用于信息系統(tǒng)構建和應用的潛力；掌握計算機學科的基本理論以及計算機軟硬件系統(tǒng)的應用知識，對信息技術的效用和發(fā)展趨勢有深入理解和評估能力；有良好的組織管理和交流溝通能力，能適應技術進步和社會需求的變化。

作為一名大學教師，除了一線的教學工作，我也做過輔導員、團總支書記、班主任，并帶過班。在學生的入學教育中，我們在第一次班會上給學生的要求就是先學會做人，再做學問。一個人可以沒有學問，但必須要有人品，做人要心地善良。我?guī)н^的學生中有一位同學，他大一的時候經常在網吧玩游戲，各種游戲組成了他的生活，在第一年的綜合考評中年級倒數第三。我多次跟他談，發(fā)現這位學生挺活潑，也比較善良，后來經常側面鼓勵他，讓他多參加一些活動，活動中我也經常給他提供機會讓他當隊長。后來在大二時他參加系里的辯論賽，在一次次辯論賽及準備的過程中一點點成長起來。我們系雖然是全校最小的系，但是那一年我們拿到了全校的冠軍，他也從中收獲了一次最大的勝利。在這個過程中，他學會了向身邊的朋友學習，學習他們的鉆研和刻苦精神，自己也慢慢成長，少了一些輕浮，多了些穩(wěn)重。大三上學期他競選上了我系學生會主席，在各方面的工作中積極進取、開拓創(chuàng)新，帶領學生會成員圓滿完成了很多工作，得到了系里老師和同學們的認可。大三下學期他和自己的小團隊在一次軟件比賽中獲得三等獎，現在他在實習單位也經常得到別人的高度認可。那天他還高興地給我打電話，告訴我他今年可以拿到獎學金。他的成績至今最好也就在班里前10名，但是在我看來，這樣的學生就是非常優(yōu)秀的好學生。

著名的教育家蘇霍姆林斯基曾經說過：“在每一個學生的心里根深蒂固地存在著一種渴望，那就是讓自己變得更優(yōu)秀?！逼鋵崳總€學生心里也希望自己與眾不同，有自己獨特的一面，這樣孩子也會感覺到自己的存在更有價值。在他們身上，我們會發(fā)現成長中最重要的并不是考高分，而是在成長路上的不斷感悟和思索。作為教師，我們在學生的成長中要有強烈的愛心和責任心，更應該懂得寬容學生，學會欣賞學生，學會傾聽他們的聲音。老師的愛可以感染學生，讓學生也愛自己的老師，這種情感流動一旦形成良性循環(huán)，學生的人格品質就會不斷地進步，一個和諧的、積極的、充滿活力的氛圍就會形成。

趙歡 湖南大學信息科學與工程學院

在中國的絕大多數中小學校里，“好學生”即意味著“聽老師話、班干部、成績好的學生”。中國的基礎教育很扎實，讓學生掌握了很多知識，但我不得不說，為備戰(zhàn)高考而常年進行的題海戰(zhàn)術以及標準化的訓練抹殺了學生們的個性和創(chuàng)造力。很多孩子原本是有靈氣的，但是經過長達12年甚至更長時間的標準化答題方式和追求考試高分的教育，這些靈氣慢慢被掩埋了，或者說沉睡了，但絕不是消失了。中國的高校應該承擔起喚醒學生“靈氣”的責任，而不是繼續(xù)抹殺他們的個性，以期為國家培養(yǎng)出富有創(chuàng)造力、具有健康人格和健康體魄的建設者。

好學生在我的眼中應該具備以下特質：（1）心態(tài)陽光，能承受挫折；（2）懂得基本禮儀，善于交流；（3）喜歡提問，敢于質疑老師；（4）有想法了樂于去動手實踐，并善于總結。如果具備上述某一條，我認為他就是一個好學生；具備其中多條，那就是一個不可多得的好苗子了；都具備則是稀有珍品了，若得這樣的學生教之，實乃教師幸事。

作為高校，應該去發(fā)現這樣的好學生，挖掘學生身上這樣的潛質，并將更多的學生培養(yǎng)成這樣的人才。我們應該思考我們的課程教學環(huán)節(jié)、成績評定方式直至學校的教學管理模式是否利于這樣學生的脫穎而出。中國的高校不能只成為讀死書、會考試學生的天堂，繼續(xù)堅守基礎教育階段“好學生”的定義，那樣才是中國教育之不幸。

馬禮 北方工業(yè)大學

評判好學生并沒有一個統(tǒng)一的衡量標準。我認為好學生肯定不能只用成績的好壞來評判，他們應該能夠獨立思考問題，學習過程中刻苦努力，成績好不驕躁，成績差不氣餒，善于總結不足、發(fā)揮優(yōu)點，能夠獨立思考，有積極向上的進取精神的學生。

我國高校怎么培養(yǎng)好學生呢？目前情況下，我國現在的教育體制應該說基礎良好，對學生的管理和要求都較為全面，但也存在較大問題。問題之一是應試教育環(huán)境下，多種游戲規(guī)則綜合作用，使得應試教育漩渦越陷越深。在中小學，應試教育的影響非常深遠，目前也正逐漸影響著大學。部分大學由于追求一些數字化的指標，把本應能夠自由發(fā)揮的個體逐漸逼進了應試教育的牢籠。學校為了就業(yè)率、畢業(yè)率、學位率、考研率、英語通過率等數字化率，變相地采用應試教育模式；為了通過課程考核，教師故意降低考試題目自由發(fā)揮的比例并降低難度；為了提高英語通過率，設置專門的英語強化輔導；為了提高考研率，設置專門的考研輔導等。所有這些措施，一定程度上影響了學生的思維方式，占用了學生的時間，最終影響學生創(chuàng)新意識的逐步形成，也制約了培養(yǎng)好學生的環(huán)境。

我們的大學要培養(yǎng)好學生，我認為首先要為學生創(chuàng)造良好的氛圍，這個氛圍包括良好的管理機制、良好的教師隊伍、良好的實驗和創(chuàng)新機制。良好的管理機制應該從教學管理部門出發(fā)，為學生創(chuàng)造自由學習的空間，去除各種數字化評判假象，用真正評判學生理論基礎和實踐能力的手段評價學生，不應當僅僅從不及格率、畢業(yè)率等指標綁架教學效果，因為不及格率低不等于教學效果好！

良好的教師隊伍是培養(yǎng)好學生的核心，教師本身需要投入精力，有奉獻精神、創(chuàng)新能力，才能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識的好學生；良好的實驗環(huán)境和創(chuàng)新機制是培養(yǎng)好學生的重要硬件保障，學校應多層次、全方位地為學生提供創(chuàng)新環(huán)境，比如引導學生參加高質量的學科競賽、創(chuàng)新設計等，盡量為學生提供良好條件，包括實驗條件和老師的具體指導，為學生提供全面的幫助，培養(yǎng)具有扎實基礎和優(yōu)秀實踐能力的好學生。

此外，要多給學生留有思考的余地，讓學生敢于挑戰(zhàn)權威，善于發(fā)現問題。老師在教學過程中還應多拋給學生一些啟發(fā)性的問題，注重培養(yǎng)他們獨立思考問題的能力。

鄺繼順 湖南大學信息科學與工程學院

小學教育的最終結果是向中學提供能夠繼續(xù)讀書的中學生。中學教育的最終結果除了向高等院校提供能夠繼續(xù)讀書的大學生外，還要向社會直接輸出勞動者。高等教育則要培養(yǎng)出高級勞動者，即所謂的高級技術人才。因此，培養(yǎng)好學生本來就不是高等院校的任務，而是小學或中學的任務。但是，由于種種原因，小學和中學沒有培養(yǎng)出足夠好的學生，而大學又是最后一個在校進行系統(tǒng)學習的階段，因此大學兼有培養(yǎng)好學生和高級勞動者的雙重任務。

在小學、中學和大學三個不同的學習階段，好學生有不同的標準。大學里略去品德、為人與性格方面，簡單地說，身體好、學習好的學生就是好學生。前者容易理解，后者是什么意思呢？學習好意味著4有：有濃厚的學習興趣、有正確的學習方法、有良好的學習習慣、有堅強的學習毅力。

俗話說，興趣是學習最好的老師，是學習的原動力，對學習沒有興趣，自然不是好學生。學習方法不對，思維方式有問題，則不能揭開事物的表象，把握其本質，想學也學不好。有良好學習習慣的人通常能把學習當著一件快樂的事情，會在恰當的時間，以恰當的方式展開學習，并擁有足夠高的學習效率。學會遇到各種各樣的困難，一碰到困難就害怕、就退縮，甚至改變學習的初衷，終將一事無成。

一些媒體，特別是影視媒體，在大力宣傳名人時，總是說這個大學沒念完，那個只上了高中，甚至還有些人才小學畢業(yè)，現在卻是企業(yè)老總，身價數億，如何了不起。其實人們很少看到科學家是怎樣成功的，他們經歷了什么的磨難，他們?yōu)槿祟愖龀隽耸裁簇暙I，他們應該受到怎樣的尊重。媒體對科學家的宣傳力度遠遠小于對企業(yè)家的鼓吹程度，拜金主義十分盛行。目前中國的大學迫切需要來一次“洗凈靈魂”的“運動”，以各種方式強化學校的學習氛圍，激發(fā)學生的學習熱情，調動學生學習的積極性，以阻擋或削弱社會不良習氣和不良價值傾向對學生學習的影響。

大學學習的特點是深入化與系統(tǒng)化突出，專業(yè)性與擴展性強，強調學科的基本原理及各課程之間的關系和拓展空間，為學生走向工作崗位或在工作崗位上再學習提供幫助或指引。中小學階段，學生使用最多的思維方式是邏輯思維與形象思維，而辯證思維、抽象思維則較少使用，跳躍式或批判式思維幾乎沒有使用。大學階段，掌握與專業(yè)密切相關的特有思維方式是學習好的重要前提。因此，中國的大學非常需要對大學生進行學習與運用各種思維方式的訓練，特別是增強應用批判式思維的能力。

學生學習的好壞，80%與非智力因素相關。在信心、興趣、習慣、意志、性格等主要非智力因素中，習慣占有重要位置。古今中外在學術上有所建樹者，無一不具有良好的學習習慣。良好的學習習慣可以使學習不再枯燥乏味，也可以提高學習效率。中小學階段，老師多半采用填鴨式教育，扼殺了學生的創(chuàng)造力，把學生訓練成了沒有思想、只會考試的機器。大學應該徹底改變應試教育模式，使學生從過去的被動式學習轉變?yōu)橹鲃邮綄W習，給學生留有充分的自由思考空間，讓學生養(yǎng)成良好的學習習慣，比如在課堂上敢于質疑、敢于發(fā)問，遇到問題喜歡獨立思考，課前有所準備，課堂捕獲要點，課后盡情發(fā)揮等。

我們的學生喜歡或善于做計算題，不喜歡或不善于做應用題，為什么？除了能力之外，一個重要的原因就是不愿為之付出努力。對于這種現象，說得輕一點是怕困難，說的重一點是逃避主義的懦夫思想在作祟！大學生在畢業(yè)設計過程中改題的現象普遍存在，主要原因仍然是不敢面對困難，沒有克服困難的勇氣。大學教育應徹底改變這種現象，首先教師要嚴格要求學生，與此同時還要多加鼓勵，學會用欣賞的眼光看待學生通過努力取得的任何成績，哪怕是一丁點進步；要按梯度準備一些有相當難度的問題，不要擔心學生做不了；布置作業(yè)時盡量少布置“弱智”題，多布置應用題。

王然 中央廣播電視大學

品學兼優(yōu)的學生和將來對社會發(fā)展做出貢獻的學生都可以說是好學生。要培養(yǎng)好學生，我們要設計科學的培養(yǎng)模式。培養(yǎng)模式主要包含三個要素：教學制度、教學模式和人文環(huán)境。在培養(yǎng)模式的設計方面，大學總體上應該在面向社會實際、強調學科交叉、重視能力培養(yǎng)、加強實踐環(huán)節(jié)、培養(yǎng)團隊精神、訓練系統(tǒng)思考和創(chuàng)新能力等。

作為教育者，我們應該激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)掘學生的學習動機。動機是引起和維持個體的活動，并使該活動朝向某一目標進行，以滿足個體需要的內部動力。學習動機是指直接推動學習者進行學習的一種內部動力，是激勵和指引學習者進行學習的一種需要。學習者學習動機的主要內容包括對知識的認識、對學習的直接興趣、對自身學習能力的認識、對學習成績的歸因四個方面。學習動機具有激發(fā)、維持、強化學習行為的作用。動機是一切活動的原動力，是引起學習者學習行為的內驅力。培養(yǎng)、激發(fā)并維持較強的學習動機是促進學習活動的源泉，它可以激發(fā)學習者產生強烈的求知欲，驅動學習者積極采取一系列學習行為去接受信息。學習者的學習動機呈現以下幾個特點：

（1）多樣性。

由于學習者扮演著多維的社會角色，肩負著多重的社會責任，學習者的學習動機呈多樣性，大致可以分為3類：一是個人價值的需要，包括提高學歷層次、充實個人生活、實現自我價值、改變社會地位等；二是求知的需要，包括獲取知識技能、提高自身素質、滿足個人興趣、愛好；三是職業(yè)發(fā)展需要，包括提高工作能力、解決就業(yè)壓力。

（2）主體性。

在學習過程中，學習的“操縱者”是學習者本身。學習的動力主要來自于學習者的自身，其學習動機表現出鮮明的主體性。能夠對自己的學習承擔責任，能夠了解自己的學習需要，制定適合自己的學習計劃并付諸實施。