科學(xué)小實(shí)驗(yàn)漩渦的原理精選(九篇)

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第1篇：科學(xué)小實(shí)驗(yàn)漩渦的原理范文

地球運(yùn)動(dòng)形成了春夏秋冬、白天黑夜；

水的循環(huán)帶來(lái)了云雨霜雪、江河湖海……

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

在科學(xué)探究的道路上，觀察是發(fā)現(xiàn)的開端，猜想孕育著新的發(fā)現(xiàn)！實(shí)踐是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的途徑。

若干世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)觀察到的自然現(xiàn)象，產(chǎn)生了離奇的猜想，為了證實(shí)自己的猜想，不知經(jīng)歷了多少不眠之夜，付出了多少艱辛的勞動(dòng)。

下面幾個(gè)為驗(yàn)證猜想而努力實(shí)踐的故事，希望能對(duì)你有所啟迪。

富蘭克林猜測(cè)天上的雷電跟實(shí)驗(yàn)室得到的電性質(zhì)相同。他的論文受到皇家學(xué)會(huì)權(quán)威們的嘲笑，但他用實(shí)驗(yàn)證明了自己的猜想：烏云中的電荷跟人工摩擦產(chǎn)生的電沒(méi)有區(qū)別。

富蘭克林在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)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(ài)迪生在研究改進(jìn)電話的過(guò)程中感覺(jué)到耳機(jī)膜瓣的振動(dòng)通過(guò)短針傳到了他的手上。于時(shí)他猜想：聲音既然能使這根針顫動(dòng)，反過(guò)來(lái)，這根針的顫動(dòng)也能變成聲音！愛(ài)迪生為了證實(shí)自己的猜測(cè)，在助手的幫助下進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)明了會(huì)說(shuō)話的機(jī)器──留聲機(jī)。

經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，愛(ài)迪生發(fā)明的留聲機(jī)很快傳遍全世界。

愛(ài)迪生猜測(cè)：電可以用來(lái)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(jìn)行試驗(yàn)。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(shí)的第一盞電燈。后來(lái)，人們把這一天作為愛(ài)迪生發(fā)明白熾電燈的紀(jì)念日。

愛(ài)迪生繼續(xù)研究，曾先后選用6000多種植物作試驗(yàn)。他和助手一起經(jīng)過(guò)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(xué)家阿基米德，因?yàn)榭缛胙b滿水的浴池時(shí)觀察到水被溢出來(lái)而想出了辨別皇冠真假的方法，他通過(guò)進(jìn)一步的觀察、實(shí)驗(yàn)、研究，總結(jié)出了浮力定律。

美國(guó)麻省理工學(xué)院教授謝皮羅在浴池里洗澡時(shí)，注意觀察水中產(chǎn)生的漩渦而發(fā)現(xiàn)了漩渦旋轉(zhuǎn)的規(guī)律。

很早以前，人類就夢(mèng)想──象鳥類那樣在空中飛行。這一大膽的設(shè)想，導(dǎo)致了飛機(jī)的誕生。

法國(guó)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(gè)晚上觀察燒焦的小紙片飛進(jìn)煙囪而萌發(fā)出奇異的猜想：“使紙片飛起來(lái)的力也可以使飛行器飛起來(lái)。”

他們根據(jù)自己的假設(shè)制定出實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。先用綢子做成底部敞開的口袋，對(duì)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(gè)氫氣球在巴黎一個(gè)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(chǎng)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(shù)家達(dá)．芬奇自幼就提出一個(gè)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(shè)想，他作了最大的努力。

達(dá)•芬奇進(jìn)行了最早的飛機(jī)設(shè)計(jì)，他還研究并設(shè)計(jì)出垂直升起的飛機(jī)、滑翔機(jī)和降落傘。雖然，才華橫溢的達(dá)．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(dòng)力學(xué)原理的第一人，他給后人留下了寶貴的財(cái)富──研究飛行和飛行設(shè)計(jì)草圖。

美國(guó)奧維爾．萊特和威爾伯.萊特兄弟倆兒童時(shí)代就對(duì)飛行發(fā)生興趣，他們想象有一天能升上天空。他們沒(méi)有上過(guò)大學(xué)，但非常勤奮好學(xué)。他們收集了大量他人和自己實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，閱讀了當(dāng)時(shí)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(jīng)驗(yàn)、吸取了前人的教訓(xùn)、進(jìn)行了大量的觀察和實(shí)踐。

1903年秋天，萊特兄弟終于試制成功“飛行者”號(hào)動(dòng)力飛機(jī)，揭開了人類空中飛行的序幕。他們不斷改進(jìn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)，連續(xù)進(jìn)行了160多次飛行，他們的成功震動(dòng)了世界，他們首創(chuàng)的飛行奇跡載入了世界科技史冊(cè)。

進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，飛機(jī)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(dòng)力超音速飛機(jī)、人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、神州飛船、宇宙空間站……人類開始進(jìn)入遠(yuǎn)離地球的太空。

伽利略到教堂去做禮拜，無(wú)意中，他瞧見(jiàn)掛在神前的一盞銅燈在擺動(dòng)著。這是很多人都看到過(guò)的極其平常的現(xiàn)象，但沒(méi)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(dòng)時(shí)間可能有一定的規(guī)律。他對(duì)擺動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行潛心研究和實(shí)驗(yàn)，制成了鐘擺。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)，他設(shè)計(jì)出了用齒輪帶動(dòng)的鐘擺。伽利略還有很多奇妙的想法，因?yàn)槊τ诟鞣N實(shí)驗(yàn)，他沒(méi)有能夠制成完美的鐘。伽利略把自己的發(fā)現(xiàn)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(gè)荷蘭人根據(jù)伽利略的材料，依照其中的圖形和原理造成了一個(gè)完整的鐘，這是世界上第一臺(tái)有擺的鐘。

……

每一條通向真理的道路都充滿著荊棘。

每一個(gè)有成就的科學(xué)家都有一段不尋常的經(jīng)歷。

每一次科學(xué)的偉大發(fā)現(xiàn)，也許就是從最平凡的事實(shí)開始！

第2篇：科學(xué)小實(shí)驗(yàn)漩渦的原理范文

摘 要：萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)是近代經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果。而科學(xué)史卻把這一成果全部歸功于牛頓，這是不符合實(shí)際的。因?yàn)樵谌f(wàn)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(xiàn)，然而卻與跨時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)失之交臂。為此，從萬(wàn)有引力提出的背景、產(chǎn)生的過(guò)程以及羅伯特?胡克的貢獻(xiàn)來(lái)重新詮釋這一偉大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，揭示其發(fā)現(xiàn)的本真具有重要意義。

關(guān)鍵詞：羅伯特?胡克；萬(wàn)有引力；貢獻(xiàn)

一、“萬(wàn)有引力”提出的歷史背景

17世紀(jì)最有權(quán)威的宇宙論，首推法國(guó)笛卡爾的天體演變渦旋觀念（太旋渦理論）。他認(rèn)為以太是一種沒(méi)有重量，非常稀薄的連續(xù)流體，物體作用通過(guò)以太擠壓來(lái)傳遞，天體在以太中運(yùn)行不會(huì)受到任何阻力。他想象在以太中的粒子不斷調(diào)換位置，作循環(huán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)果就會(huì)形成物質(zhì)的渦流。如太陽(yáng)是一個(gè)大旋渦的中心，巨大的旋渦推動(dòng)行星圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，各個(gè)行星則是較小的旋渦中心。他第一次依靠力學(xué)來(lái)解釋太陽(yáng)起源的以太旋渦模型，豐富了物理思想和嚴(yán)密的科學(xué)方法。一方面，對(duì)反對(duì)經(jīng)院哲學(xué)和推動(dòng)當(dāng)時(shí)自然科學(xué)前進(jìn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響；而另一方面，由于經(jīng)常停留在直觀和定性階段，不從定量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，所以一些具體結(jié)論往往會(huì)有很多缺陷。后來(lái)許多天文學(xué)家對(duì)宇宙中的星星進(jìn)行觀察，探討宇宙留給人類的奧秘。經(jīng)過(guò)開普勒認(rèn)真的觀察記錄，并對(duì)第谷的天文觀測(cè)資料做了仔細(xì)分析，于1609年發(fā)表了《新天文學(xué)》，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(xì)闡述了開普勒第三定律，徹底地摧毀了托勒密關(guān)于宇宙繁雜的本輪體系。牛頓也在其《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第二篇的結(jié)論中指出，笛卡爾的假說(shuō)（以太旋渦論）“是完全與天文現(xiàn)象相抵觸的”，它所導(dǎo)致的是一場(chǎng)“混亂而非對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的理解。”[1]后經(jīng)天文學(xué)家在不斷研究中發(fā)現(xiàn)，天體現(xiàn)象不能用漩渦理論來(lái)解釋。在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書的定義3中說(shuō)：“物質(zhì)固有的力，是每個(gè)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(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)或者在一直線上等速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。”[2]則他說(shuō)這種力同慣性沒(méi)有什么區(qū)別，可稱作慣性力。慣性是物質(zhì)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(xué)的基本出發(fā)點(diǎn)。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(jìn)而提出了力的概念。以此對(duì)天體的演化過(guò)程的研究成了科學(xué)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(yùn)動(dòng)之謎。

二、萬(wàn)有引力理論產(chǎn)生的過(guò)程

力的產(chǎn)生原理首先是由亞里士多德提出來(lái)的，他曾認(rèn)為力是產(chǎn)生非自然運(yùn)動(dòng)的原因，但他認(rèn)為力的作用只有在互相接觸時(shí)才能傳遞，所以對(duì)于彼此相距很遠(yuǎn)的天體來(lái)說(shuō)，這個(gè)力是毫無(wú)用處的。[3] 這是在兩千多年前古希臘哲學(xué)家對(duì)力的思考，當(dāng)時(shí)由于對(duì)力的科學(xué)理論沒(méi)有形成，只是簡(jiǎn)單地看到生活中的機(jī)械力。開普勒依據(jù)第谷提供給他金星的資料，經(jīng)過(guò)一次次分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)，行星在通過(guò)太陽(yáng)的平面內(nèi)沿橢圓軌道運(yùn)行，而太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。這就是行星運(yùn)動(dòng)第一定律，又叫“軌道定律”。當(dāng)開普勒繼續(xù)研究時(shí)，“詭異多端”的火星又將他騙了，原來(lái)，開普勒和前人一樣都把行星運(yùn)動(dòng)當(dāng)作等速運(yùn)動(dòng)來(lái)研究的。他按照這一方法苦苦計(jì)算了1年，卻得不到結(jié)果。后來(lái)他發(fā)現(xiàn)，在橢圓軌道上運(yùn)行的行星速度不是常數(shù)，而是在相等時(shí)間內(nèi)，行星與太陽(yáng)的聯(lián)線所掃過(guò)的面積相等。這就是行星運(yùn)動(dòng)第二定律，又叫“面積定律”。開普勒又經(jīng)過(guò)9年努力，找到了行星運(yùn)動(dòng)第三定律：太陽(yáng)系內(nèi)所有行星公轉(zhuǎn)周期的平方同行星軌道半長(zhǎng)徑的立方之比為一常數(shù)，他發(fā)現(xiàn)了行星之間的“調(diào)和定律”。開普勒雖然解開了許多天體的運(yùn)動(dòng)之謎，卻未解開天體運(yùn)動(dòng)力學(xué)原因這個(gè)謎中之謎。[4] 繼開普勒之后，這個(gè)問(wèn)題也逐漸引起了科學(xué)家的重視。1645年法國(guó)天文學(xué)家布里阿德提出“開普勒力”同與太陽(yáng)距離的平方成反比，但這兒的“開普勒力”只是太陽(yáng)對(duì)行里的作用，而不包括行星對(duì)太陽(yáng)的作用。[5]當(dāng)時(shí)的科學(xué)家沒(méi)有運(yùn)用辯證法的觀點(diǎn)來(lái)看待這個(gè)問(wèn)題，只看到力的一方對(duì)另一方的作用，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)力的相互作用。到1666年意大利科學(xué)家波列利在研究行星與木星衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)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(xué)家惠更斯在研究擺的過(guò)程中，提出了向心加速度公式，若把這個(gè)公式同開普勒第三定律結(jié)合起來(lái)，就會(huì)推導(dǎo)出向心力同距離平方成反比的結(jié)論，但他最終沒(méi)有能邁出這一步，因?yàn)樵谒磥?lái)向心力與吸引力是兩種完全不同的力。但最接近萬(wàn)有引力理論的要算與牛頓同時(shí)代的英國(guó)科學(xué)家羅伯特?胡克，他認(rèn)為物體的重力，就是地球?qū)λ奈Α＿@是羅伯特?胡克首次提出吸引力這一概念。

三、羅伯特?胡克對(duì)萬(wàn)有引力所作的貢獻(xiàn)

羅伯特?胡克在力學(xué)與行星運(yùn)動(dòng)方面花費(fèi)了許多心血，早在1661年，雖然他沒(méi)有機(jī)會(huì)和蘋果有過(guò)親密接觸，但胡克憑借其在科學(xué)上敏銳的洞察力，察覺(jué)到引力和地球上物體的重力有著某種本質(zhì)的聯(lián)系。1662年和1666年，他曾分別在山頂上和礦井下用測(cè)定擺槌周期的方法做實(shí)驗(yàn)，試圖找出物體的重量隨離地心距離而變化的關(guān)系。他認(rèn)為物體的重力，就是地球?qū)λ奈Α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(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)這個(gè)想法，但沒(méi)有成功，因?yàn)樯降母叨扰c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(yùn)動(dòng)》中，詳細(xì)闡述行星運(yùn)動(dòng)理論的成果：他認(rèn)為，地球和地球上的物體之間肯定有某種吸引力，如果沒(méi)有這種引力的話，那么地球在自轉(zhuǎn)的時(shí)候，這些物體就會(huì)像雨傘上的水珠一樣，因旋轉(zhuǎn)而向四周飛散。后來(lái)他提出了關(guān)于引力的三條假設(shè)。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(yùn)動(dòng)的任何天體，在沒(méi)有受到其他作用力使其偏斜之前，繼續(xù)保持直線運(yùn)動(dòng)不變；受到其他力的作用時(shí)，它的直線軌道就會(huì)傾斜，沿橢圓、正圓軌道或某種復(fù)雜的曲線運(yùn)行。這就指出了吸引力向天體運(yùn)行軌道的聯(lián)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(shù)量關(guān)系尚待實(shí)驗(yàn)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(shè)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(gè)概念，但是當(dāng)時(shí)他在信中說(shuō)得比較模糊，并未將這一理論加以量化。事實(shí)上，胡克與牛頓的這次通信在科學(xué)史上是極為重要的一節(jié)。牛頓雖然從不肯承認(rèn)從羅伯特?胡克那里得到了一些啟發(fā)，但明察秋毫的科學(xué)史家則認(rèn)為羅伯特?胡克的信件給了牛頓關(guān)鍵性的幫助。但是，羅伯特?胡克直言不諱地糾正了牛頓的錯(cuò)誤，自認(rèn)為勝出一籌的他在得意之下還把牛頓的錯(cuò)誤在皇家學(xué)會(huì)大肆宣揚(yáng)，而這有些過(guò)火的行為令牛頓十分惱怒，他認(rèn)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(xué)“戰(zhàn)爭(zhēng)”再次升級(jí)，他們分別試圖證明平方反比的引力導(dǎo)致橢圓軌道（即ISL定律）。他們爭(zhēng)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(diǎn)，但未拿出結(jié)果，還說(shuō)要等別人的努力都失敗后才肯把自己的證明公布出來(lái)。牛頓也說(shuō)他早就證明過(guò)這個(gè)定律，雖然當(dāng)下同樣沒(méi)拿出任何證據(jù)，可幾個(gè)月后，牛頓發(fā)表了著名的《論運(yùn)動(dòng)》，這成為后來(lái)《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的前奏。 1686年，牛頓完成扛鼎之作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，并于4月把原稿交給皇家學(xué)會(huì)。他在書中公布了萬(wàn)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(jīng)費(fèi)問(wèn)題以及牛頓和羅伯特?胡克關(guān)于萬(wàn)有引力定律發(fā)明權(quán)的爭(zhēng)執(zhí)，皇家學(xué)會(huì)未能安排該書付印。但牛頓的朋友哈雷深知該書的價(jià)值，于是決定出錢替牛頓出版這一巨著。在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》發(fā)表后，直拗的羅伯特?胡克還是要求牛頓承認(rèn)，是他優(yōu)先發(fā)現(xiàn)平方反比定律的，起碼要在書的前言里將他對(duì)牛頓啟發(fā)的“功績(jī)”提及一下。由于沒(méi)有得到牛頓的有效回應(yīng)，羅伯特?胡克在1693年的皇家學(xué)會(huì)會(huì)議上再次正式提出他發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力的優(yōu)先權(quán)。面對(duì)羅伯特?胡克如此接二連三“不識(shí)相”的行為，牛頓暴跳如雷，他一直認(rèn)為萬(wàn)有引力完全是個(gè)人的發(fā)現(xiàn)，所以一氣之下把《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里大部分涉及對(duì)羅伯特?胡克的引用都通通刪掉，剩下少數(shù)實(shí)在無(wú)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(xué)的數(shù)學(xué)原理》出版，在牛頓強(qiáng)大話語(yǔ)霸權(quán)的壓力下，可憐的羅伯特?胡克至死也沒(méi)有得到應(yīng)有的承認(rèn)，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(xué)上的成就卓著，聲名顯赫的牛頓登上了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)主席寶座，這也導(dǎo)致了羅伯特?胡克在后來(lái)的科學(xué)史上更沒(méi)有可能得到應(yīng)有的地位和承認(rèn)。因?yàn)殡S后，或許是出于大權(quán)在握的原因，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)中的胡克實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)器材也被分散或者被銷毀。沒(méi)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(méi)有留下來(lái)，據(jù)說(shuō)是因?yàn)樗L(zhǎng)得“太丑了”，但也有學(xué)者言之鑿鑿地聲稱，正是精通權(quán)術(shù)的牛頓利用職權(quán)有意毀棄了他的“敵人” 羅伯特?胡克的遺物，作為對(duì)他最后的報(bào)復(fù)。所以英國(guó)科學(xué)史專家貝爾納認(rèn)為，萬(wàn)有引力的基本概念是屬于胡克的，但他缺乏牛頓那樣的數(shù)學(xué)才能和邏輯推導(dǎo)能力，所以沒(méi)能明確提出萬(wàn)有引力的公式。如此一位天才人物就這樣與最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)失之交臂，甚至致死都沒(méi)有得到承認(rèn)，這是一種歷史的悲哀。后來(lái)庫(kù)恩將這個(gè)時(shí)期發(fā)生的科學(xué)革命“視為一系列發(fā)生在具體科學(xué)內(nèi)部的、在相當(dāng)程度上相互獨(dú)立的較輕微革命的綜合過(guò)程”。在這個(gè)綜合過(guò)程的諸多較輕微革命中，都有羅伯特?胡克這個(gè)科學(xué)天才的杰出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 塞耶編：《牛頓自然哲學(xué)著作選》，上海人民出版社，1979年。

[2] 塞耶編：《牛頓自然哲學(xué)著作選》，上海人民出版社，1979年。

[3] 林德宏著：《科學(xué)思想史》，南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2004.8第97頁(yè)。

[4] 林德宏著：《科學(xué)思想史》，南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2004.8第97頁(yè)。

第3篇：科學(xué)小實(shí)驗(yàn)漩渦的原理范文

美國(guó)航天員唐·佩蒂特在太空拍攝的視頻便是其中一部分。這個(gè)研究人員出身的航天員，無(wú)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(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的、參加過(guò)3次太空飛行的航天員：第一次是在2002年，作為國(guó)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(jìn)行過(guò)13多小時(shí)的艙外活動(dòng)，參與國(guó)際空間站的組裝工作，同時(shí)還完成了很多美國(guó)和俄羅斯的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。第二次是參加了2008年的航天飛機(jī)任務(wù)，主要的任務(wù)是為國(guó)際空間站提供了新的浴室、廚房、兩間臥室、運(yùn)動(dòng)器械和水循環(huán)系統(tǒng)。現(xiàn)在，他是國(guó)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(jīng)驗(yàn)最豐富的。在三次太空任務(wù)中，佩蒂特不僅是個(gè)稱職的航天員，圓滿地完成了自己應(yīng)該完成的任務(wù)，而且出于對(duì)學(xué)生航天教育的關(guān)心和他自身具有的創(chuàng)新精神，盡量利用在太空的寶貴時(shí)間，獨(dú)出心裁地進(jìn)行了多次太空小實(shí)驗(yàn)和小創(chuàng)造。佩蒂特利用空間站中近手可得的材料，為學(xué)生們示范物理現(xiàn)象中重力所起的作用。他將整個(gè)實(shí)驗(yàn)拍攝成視頻，在視頻的末尾向觀看者提出問(wèn)題，并將拍攝的視頻上傳到網(wǎng)站。

太空版“憤怒的小鳥”

“憤怒的小鳥”是一款孩子們很喜愛(ài)的游戲，這款游戲的故事相當(dāng)有趣，說(shuō)的是綠豬搶走了小鳥的蛋，為了報(bào)復(fù)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(biāo)將那只在彈弓上的小鳥向后拖拉，并調(diào)整發(fā)射角度，松開鼠標(biāo)，那只小鳥就會(huì)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(shí)候，必須要用力打，要不然小鳥就會(huì)墜地而亡。這款游戲風(fēng)靡世界，據(jù)最新報(bào)道，《憤怒的小鳥》開發(fā)商Rovio的估值已高達(dá)90億美元。這只飛翔在人們手機(jī)、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(gè)“小鳥帝國(guó)”。現(xiàn)在開發(fā)商又將推出了一款新的“憤怒的小鳥一太空版”，據(jù)說(shuō)這將是對(duì)該款游戲進(jìn)行的最大一次升級(jí)。這款全新的游戲，有著全新的玩法，但是也會(huì)將小鳥迷們已經(jīng)熟悉和喜愛(ài)的某些元素保留下來(lái)，另外再添加一些令人驚喜的元素。在此游戲中，一個(gè)巨爪綁架了小鳥的蛋。憤怒的小鳥追趕這個(gè)巨爪到一個(gè)蟲洞，發(fā)現(xiàn)自己漂浮在一個(gè)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(jí)力量與太空豬在太空進(jìn)行一場(chǎng)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(gè)DVD，視頻中是一場(chǎng)真正的“憤怒小鳥”與綠豬的太空大戰(zhàn)。這讓學(xué)生們玩游戲的時(shí)候，接受航天知識(shí)教育。視頻中的主角就是遠(yuǎn)在國(guó)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(gè)游戲不是為了娛樂(lè)，而是要做一個(gè)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(huì)按照什么軌跡運(yùn)動(dòng)，與地面時(shí)有何不同？

為了進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)，佩蒂特借來(lái)了一個(gè)紅色的小鳥，這個(gè)小鳥是他的同伴去年帶到國(guó)際空間站的，雞蛋也是現(xiàn)成的，沒(méi)有小豬如何辦？佩蒂特靈機(jī)一動(dòng)，用綠色氣球囊吹出一個(gè)大氣球，用筆在上面畫來(lái)了豬鼻子、眼睛和嘴巴，就成為一個(gè)惟妙惟肖的豬了。佩蒂特首先將這三樣?xùn)|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(dāng)然，太空中的小鳥，不會(huì)像在地球上哪樣按照牛頓定律來(lái)運(yùn)動(dòng)了，也不會(huì)像在地面那樣墜落到地面，它們像氣球一樣在艙內(nèi)到處漂浮著。佩蒂特的整個(gè)演示被拍成視頻，并加上他的解說(shuō)，被制成DVD，作為“憤怒小鳥一太空版”的附件之一，可以為學(xué)生們證明空間站到處都是微重力環(huán)境。在進(jìn)行“憤怒小鳥-太空版”的游戲時(shí)，小鳥運(yùn)動(dòng)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(guò)這個(gè)，可以演示宇宙中力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的重要性。通過(guò)這個(gè)游戲和視頻，可以增加學(xué)生們對(duì)宇宙探索的興趣，激發(fā)學(xué)生們今后選擇科學(xué)、技術(shù)職業(yè)的取向。因此，美航宇局對(duì)此很感興趣，特意安排了佩蒂特在太空進(jìn)行這項(xiàng)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(méi)有什么令人奇怪的。但是，佩蒂特最近在國(guó)際空間站上也“玩”起這個(gè)游戲，當(dāng)然他的目的不是娛樂(lè)，而是進(jìn)行一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。太空中吹泡泡不像地面上泡泡很快就會(huì)破裂，而是產(chǎn)生了地面無(wú)法模擬的奇異效果。

在國(guó)際空間站上進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，佩蒂特首先吹起了一個(gè)大水泡，這個(gè)水泡有一個(gè)很厚的邊緣，佩蒂特將其描述成“一個(gè)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(xiàn)象發(fā)生了，里面的水像離心機(jī)一樣旋轉(zhuǎn)起來(lái)，微小的泡泡向中央集中。然后，佩蒂特用一個(gè)針筒將一個(gè)泡泡注入到這個(gè)大泡泡內(nèi)部，結(jié)果，第一個(gè)泡泡和第二個(gè)泡泡之間的邊緣很厚，并且能夠存在很長(zhǎng)時(shí)間而不破裂。佩蒂特在上傳到網(wǎng)站的視頻中說(shuō)：“現(xiàn)在，讓我來(lái)給你們展示一些讓人興奮的事情。”說(shuō)完，佩蒂特將第三個(gè)泡泡注入中央，這個(gè)泡泡會(huì)在沿著邊緣旋轉(zhuǎn)。他興奮地說(shuō)：“這個(gè)小泡泡沿著邊緣旋轉(zhuǎn)，中央出現(xiàn)很多微小的氣泡。如果我也是一個(gè)泡泡，我一定會(huì)像它一樣。”佩蒂特借助激光觀察這個(gè)小泡泡的移動(dòng)以及不同泡泡層的光線反射，他看到水殼內(nèi)的很多微小泡泡發(fā)生彈跳，并反射光線。他說(shuō)：“現(xiàn)在，我要對(duì)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行研究。”

有魔力的編織針

現(xiàn)在值守在國(guó)際空間站的航天員唐‘佩蒂特在太空給地球上的學(xué)生演示了一個(gè)十分有趣的實(shí)驗(yàn)——水滴繞毛衣針在太空飛舞，以驗(yàn)證帶靜電的毛衣針在太空如何影響水滴運(yùn)動(dòng)。

他拿來(lái)了一根小的特氟龍材料做成的編織針，用一張紙?jiān)谏厦鎭?lái)回摩擦了幾下，使它產(chǎn)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(gè)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(lái)回飛舞，不讓它遠(yuǎn)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(chǎng)也與第一個(gè)氣泡一樣，被吸附到編制針上。如果你在地面上進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)是看不到這種現(xiàn)象的，地球重力的作用將會(huì)超過(guò)編織針的靜電作用，會(huì)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(lái)了。

星期六早上的科學(xué)實(shí)驗(yàn)

作為國(guó)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(lái)。因?yàn)橹挥羞@個(gè)時(shí)候，他才有空閑時(shí)間可以進(jìn)行自己設(shè)計(jì)的一些趣味性實(shí)驗(yàn)，他想看看在微重力狀態(tài)下液體的流動(dòng)和一些物體的運(yùn)動(dòng)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(jìn)行了21項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，在此，就介紹其中最有名的水薄膜實(shí)驗(yàn)。

佩蒂特把細(xì)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(lái)。當(dāng)鐵環(huán)上的水消退的時(shí)候，一個(gè)水薄膜緊緊地粘在環(huán)上。他從來(lái)沒(méi)有看見(jiàn)過(guò)這樣大的水薄膜，而且非常牢固。他拼命地?fù)u動(dòng)它，向它吹氣…‘甚至在它上面畫畫都沒(méi)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(jī)械艟擊。”

這種現(xiàn)象在地球上是不可能出現(xiàn)的。無(wú)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(gè)輕微的碰撞或是人的呼吸動(dòng)作部會(huì)使它破裂。為什么太空薄膜如此堅(jiān)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(duì)表面張力有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

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(jié)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(huì)顯示出不同的特性。

假設(shè)在地球上，你有一個(gè)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(gè)小水池。這樣，薄膜松弛得更厲害了。水池變得越來(lái)越大，直到它的重量將薄膜撕成兩半。

如果在太空，薄膜不會(huì)變得松弛，也不會(huì)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(shì)，其結(jié)果是形成了一個(gè)堅(jiān)固、長(zhǎng)命的膜。佩蒂特說(shuō)：“我們做的一些水薄膜壽命超過(guò)12小時(shí)。”

在此基礎(chǔ)上，佩蒂特花了一些時(shí)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(dòng)鐵環(huán)，可以看到薄膜出現(xiàn)明顯地扭曲，就像你用一個(gè)聲波振動(dòng)器去振動(dòng)橡皮薄膜一樣。這種振動(dòng)使薄膜中央部分前后移動(dòng)的距離達(dá)2厘米。接著，佩蒂特將含有細(xì)小云母薄片的溶液滴到薄膜上，采用這種方法可以發(fā)現(xiàn)薄膜中隱藏的流動(dòng)和漩渦。然后佩蒂特用嘴吹薄膜。這時(shí)，令人著迷的形狀出現(xiàn)了，它看上去就像螺旋星云，這種美麗的圖案持續(xù)四小時(shí)以上。

下一個(gè)節(jié)目是在水薄膜上繪畫，佩蒂特將四滴食用色素（紅、藍(lán)、綠、董）滴到一個(gè)水薄膜上。然后推注射器，用小針頭上打出的氣流來(lái)推動(dòng)色滴移動(dòng)，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(jìn)行的實(shí)驗(yàn)看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但里面有深?yuàn)W的物理學(xué)基本原理，這使我們更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到在太空中進(jìn)行基礎(chǔ)物理學(xué)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(yùn)動(dòng)，使一些物理現(xiàn)象變得復(fù)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(jià)值的數(shù)據(jù)。

令佩蒂特沒(méi)有想到的是他這些出于好玩和受自己好奇心的驅(qū)使的實(shí)驗(yàn)不僅在物理學(xué)的研究中有非常大的價(jià)值，而且引起學(xué)生們濃厚的興趣。美國(guó)航宇局自然科學(xué)雜志發(fā)表了一系列以學(xué)生為對(duì)象的有關(guān)佩蒂特星期六早晨自然科學(xué)活動(dòng)的故事，高中和大學(xué)生們也進(jìn)行了以地面為基礎(chǔ)的類似實(shí)驗(yàn)，他們將自己的研究結(jié)果和那些在太空中獲得的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)物理學(xué)中的一些定律有了更深的了解。全國(guó)的自然科學(xué)教師也利用美國(guó)航宇局拍攝的“星期六早晨科學(xué)”的視頻來(lái)進(jìn)行物理學(xué)教學(xué)。

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(huì)變成液滴，從杯子中“飛”出來(lái)，到處漂浮，其后果不堪設(shè)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(xí)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(dòng)腦筋了。他從飛行數(shù)據(jù)文件任務(wù)書上撕下一片透明塑料片，將兩端合起來(lái)，用密封膠條將其密封，同時(shí)將底部一端也密封。這樣，就做成了一個(gè)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(gè)太空杯中。由于液體表面張力很大，液體內(nèi)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(huì)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(tái)”。由于杯子的一邊較另一邊狹窄，形成毛細(xì)作用，杯中的咖啡形成一個(gè)“L”形，杯口的咖啡被人吸飲后，下面的咖啡自動(dòng)地補(bǔ)充上來(lái)，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(shí)令人感到這是一個(gè)非常好的咖啡杯。

第4篇：科學(xué)小實(shí)驗(yàn)漩渦的原理范文

關(guān)鍵詞：三聚氰胺性質(zhì)危害檢測(cè)方法

三聚氰胺是一種合成有機(jī)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(chǎn)中應(yīng)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(jìn)進(jìn)入到食品中，但含量很低。因其是一種白色的結(jié)晶粉末，0.1克三聚氰胺，就能提高0.4%蛋白質(zhì)，因此三聚氰胺也被人稱為“蛋白精”。一次大量攝入或長(zhǎng)期攝入三聚氰胺會(huì)造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結(jié)石，并可進(jìn)一步誘發(fā)膀胱癌。

1 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.1 結(jié)構(gòu)

三聚氰胺，簡(jiǎn)稱三胺，是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機(jī)化合物，化學(xué)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(duì)分子質(zhì)量126.12。

1.2 物理性質(zhì)

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(wú)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(duì)不同動(dòng)物的選擇性不同，對(duì)貓有較強(qiáng)的毒性；三聚氰胺被認(rèn)為毒性輕微，如果長(zhǎng)期或者反復(fù)大量的攝入三聚氰胺，可能對(duì)腎與膀胱產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)石。

2.2 三聚氰胺的中毒癥狀及中毒機(jī)制

動(dòng)物在三聚氰胺動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出來(lái)的臨床癥狀如下：消耗飼料量減少、體重減輕、尿結(jié)晶癥、膀胱結(jié)石、膀胱上皮細(xì)胞增生以及存活率降低。對(duì)這些動(dòng)物進(jìn)行的臨床癥狀分析和實(shí)驗(yàn)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(guó)，結(jié)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(duì)人體的危害不大，但人為惡意添加的三聚氰酸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人體的耐受量，以網(wǎng)格結(jié)構(gòu)重新形成不溶于水的大分子復(fù)合物而沉積下來(lái)，最后形成結(jié)石，造成腎小管的物理阻塞，致使尿液無(wú)法順利排除，那么導(dǎo)致腎臟積水，最終腎臟會(huì)衰竭。

2.3 三聚氰胺同系物的毒性

尚未有針對(duì)性的試驗(yàn)證實(shí)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(xié)同效應(yīng)，而不是發(fā)生在低于閾值的低濃度劑量水平上，并表現(xiàn)出濃度相關(guān)性現(xiàn)象（尤其在三聚氰胺和三聚氰酸之間）。但比較認(rèn)同的觀點(diǎn)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(guān)。

3 三聚氰胺的檢測(cè)方法

工業(yè)上測(cè)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(cè)方法有三種：

第一法高效液相色譜法，檢測(cè)原理為：試樣用三氯乙酸溶液-乙腈提取，經(jīng)陽(yáng)離子交換固相萃取柱凈化后，外標(biāo)法定量。

第二法液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法，檢測(cè)原理為：試樣用三氯乙酸溶液提取，經(jīng)陽(yáng)離子交換萃取柱凈化后，用液相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定和確定，外標(biāo)法定量。

第三法氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法，檢測(cè)原理：試樣經(jīng)超聲提取，固相萃取凈化后，進(jìn)行硅烷化衍生，衍生產(chǎn)物采用選擇離子監(jiān)測(cè)質(zhì)譜掃描模式或者多反應(yīng)質(zhì)譜掃描模式，用化合物的保留時(shí)間和質(zhì)譜碎片的豐度比定性，外標(biāo)法定量。

3.1 苦味酸法

苦味酸法檢測(cè)原理：把水加進(jìn)試樣中，加熱充分溶解后，再加酸三聚氰胺沉淀的質(zhì)量，即測(cè)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(jìn)行過(guò)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(zhǔn)確吸取100ml樣液置于500ml燒杯中。

3.2 升華法

升華法測(cè)定原理：在升華裝置中將試樣在負(fù)壓下進(jìn)行加熱，干燥了的試樣容器質(zhì)量，同時(shí)稱取試樣置于該容器內(nèi)，冷卻至室溫后，稱量試樣容稱其殘?jiān)浚A前后的質(zhì)量差值即為三聚氰胺的純度含量。分析步驟： 稱取預(yù)先器的質(zhì)量。通過(guò)計(jì)算升華前后樣品質(zhì)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(duì)試劑色譜方法。取樣品過(guò)0.145mm孔徑的篩。稱取2.0g過(guò)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(zhǔn)確吸取1.0mL于38℃下用氮?dú)獯蹈桑瑲埩粑镉?.0mL流動(dòng)相溶解，渦漩混合1min，用0.45μm有機(jī)相微孔濾膜過(guò)濾，濾液供HPLC測(cè)定。

3.4 液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法（LC-MS/MS）

初篩及利用HPLC-DADHPLC。

HPLC-MS/MS分析的樣品提取，稱取（1.00±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(shí)后，以2500r/min離心5min，將上層清液用過(guò)濾紙過(guò)濾到干凈的離心管中待凈化。依次用3mL水、3mL甲醇活化強(qiáng)陽(yáng)離子交換柱（SCXSPE）后，將待凈化液過(guò)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(lián)免疫（ELISA）的基本原理如下：

①使抗原或抗體結(jié)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(biāo)抗原或抗體，這種酶標(biāo)抗原或抗體既能保留它的免疫活性，又保留酶的活性。

測(cè)定方法如下：

把受檢標(biāo)本（測(cè)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(fù)合物與其他物質(zhì)分開，和酶標(biāo)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(yīng)。最后結(jié)合在固相載體上的酶量與標(biāo)本中受檢物質(zhì)的量成一定的比例。基于酶的催化效率很高，能夠?qū)⒎磻?yīng)效果放到最大，使得該方法具有極高的靈敏度。

4 總結(jié)

三聚氰胺是重要的氮雜環(huán)有機(jī)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(huì)同有關(guān)部門在開展打擊違法添加非食用物質(zhì)和濫用食品添加劑的專項(xiàng)整治行動(dòng)中，已經(jīng)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(cè)等這些技術(shù)都已應(yīng)用于三聚氰胺的檢測(cè)過(guò)程中，但各有各的優(yōu)點(diǎn)及適用范圍，針對(duì)乳制品中三聚氰胺的檢測(cè)，而后邊幾項(xiàng)也是現(xiàn)在最常用的方法。

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第5篇：科學(xué)小實(shí)驗(yàn)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(yáng)離子熒光共軛聚合物的相互作用，發(fā)現(xiàn)加入ATP后，聚合物的熒光強(qiáng)度被顯著猝滅，且猝滅程度與ATP的加入量成正比，據(jù)此建立了測(cè)定ATP的方法。熒光光譜的激發(fā)波長(zhǎng)選擇395 nm，發(fā)射波長(zhǎng)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(cè)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定，獲得滿意結(jié)果。

【關(guān)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(zhì)[1]，建立快速、簡(jiǎn)便監(jiān)測(cè)ATP的方法對(duì)于深入研究其功能具有重要意義。目前，測(cè)定ATP含量的方法主要有電化學(xué)分析法[2]、生物發(fā)光法[3]、高效液相色譜法[4]、毛細(xì)管區(qū)帶電泳法[5]及熒光光譜法[6]等。但電化學(xué)分析法、生物發(fā)光法、毛細(xì)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(diǎn)，而ATP檢測(cè)試劑盒價(jià)格較高， 試劑保存條件苛刻，不利于反復(fù)使用。雖然檢測(cè)ATP的方法在不斷改進(jìn)，但靈敏度和選擇性仍然難以滿足實(shí)際需要。熒光光譜法具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、選擇性好等特點(diǎn)，作為熒光探針的有小分子[7]、聚合物[8]及量子點(diǎn)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(shù)大、熒光量子產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，還具有“分子導(dǎo)線”的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)熒光信號(hào)的放大，常用于生物大分子和生物小分子的檢測(cè)等[10～13]。

本實(shí)驗(yàn)采用的水溶性陽(yáng)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(jié)構(gòu)，符合休克爾規(guī)則，具有適中的能隙、較寬的光譜響應(yīng)、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(cè)定ATP的新方法，并將本方法應(yīng)用于三磷酸腺苷二鈉藥片和鯽魚肉中ATP的測(cè)定，結(jié)果令人滿意。本方法不僅簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，試劑穩(wěn)定、重現(xiàn)性好，而且具有反應(yīng)時(shí)間短，試劑用量少，污染小等優(yōu)點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

LS55型熒光光譜儀(美國(guó)Perkin Elmer公司)，Nicolet Evolution 300型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(美國(guó)熱電公司)。本實(shí)驗(yàn)所采用的WCFP屬于一種聚噻吩衍生物，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1插圖。單體的相對(duì)分子量為285.57，按文獻(xiàn)[16]方法合成。ATP(相對(duì)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(chǔ)備液，其中WCFP濃度以單位計(jì);其它試劑均為分析純，所用純水來(lái)自Aquapro純水系統(tǒng)(中國(guó)重慶頤洋有限公司，18 MΩ·cm)。0.5 mol/L TrisHCl緩沖液。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

熒光光譜的激發(fā)波長(zhǎng)為395 nm，發(fā)射波長(zhǎng)為521 nm，激發(fā)和發(fā)射光譜寬度帶為10.0 nm。實(shí)驗(yàn)考察了緩沖溶液、pH值、離子強(qiáng)度、干擾離子等對(duì)ATP猝滅聚合物熒光光譜的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 ATP 對(duì)WCFP熒光光譜的影響

由加入ATP前后WCFP的熒光光譜(圖1)可見(jiàn)，WCFP的最大發(fā)射波長(zhǎng)均為521 nm(曲線a)。隨著ATP濃度的增加，WCFP的熒光強(qiáng)度逐步下降(曲線b～i)，但其最大發(fā)射波長(zhǎng)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(duì)體系的影響，發(fā)現(xiàn)磷酸鹽緩沖溶液對(duì)聚合物熒光猝滅較強(qiáng)，影響檢測(cè)靈敏度;TrisHCl緩沖溶液較好。當(dāng)TrisHCl緩沖溶液濃度從0.01 mol/L增大到0.10 mol/L時(shí)，熒光猝滅程度逐漸增強(qiáng);當(dāng)TrisHCl濃度達(dá)到0.04 mol/L時(shí)，相對(duì)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(duì)WCFP熒光的影響。在 pH 6～9之間，加入ATP前后熒光強(qiáng)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(shí)驗(yàn)是研究生理?xiàng)l件下水溶性陽(yáng)離子熒光聚合物與ATP的相互作用，因此選用反應(yīng)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(duì)ATP測(cè)定有一定的影響，當(dāng)WCFP濃度過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度變低;而WCFP濃度過(guò)小又會(huì)影響測(cè)定線性范圍。本實(shí)驗(yàn)選擇最佳濃度為4.0×10-6 mol/L(按單體計(jì))。將不同量ATP加入到陽(yáng)離子熒光聚合物溶液中，在最佳實(shí)驗(yàn)條件分別測(cè)定其熒光強(qiáng)度猝滅值ΔF，得到工作曲線，其相應(yīng)的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)分別為Y=0.81x+10.2，r=0.98，n=5。平行測(cè)定12次空白溶液的熒光強(qiáng)度，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)的測(cè)定

混合體系中陽(yáng)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(zhì)的干擾情況。結(jié)果表明，以相對(duì)熒光強(qiáng)度變化為±5%計(jì)，共存組分允許存在的濃度見(jiàn)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(cè)定干擾在5%以內(nèi)。小牛胸腺DNA、牛血清白蛋白(BSA)和腺嘌啉的干擾嚴(yán)重。

3.5 樣品中ATP含量的測(cè)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(guò)濾，用超純水定容至100 mL，再逐級(jí)稀釋至測(cè)定ATP的線性范圍之內(nèi)。新鮮鯽魚購(gòu)于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，去除魚鱗、魚皮和魚刺，用表1 干擾物質(zhì)的測(cè)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(jī)搗碎。根據(jù)文獻(xiàn)[17]處理方法提取ATP，準(zhǔn)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(fù)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(cè)定ATP的線性范圍之內(nèi)。以上測(cè)定均以0.05 mol/L TrisHCl(pH=7.4)控制溶液的pH值，ATP固體標(biāo)樣均在樣品制備處理前加入。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2， 取得滿意的回收率。表2 藥片及魚肉中ATP含量的測(cè)定

3.6 作用機(jī)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(cè)，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(jī)理，考察了離子強(qiáng)度對(duì)反應(yīng)體系的影響(見(jiàn)圖3)。如圖3所示，固定ATP與WCFP濃度不變，在反應(yīng)體系中不斷增加NaCl的濃度，可以看出，熒光強(qiáng)度比值

圖3 離子強(qiáng)度對(duì)體系熒光強(qiáng)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(qiáng)度的增加而減小。這說(shuō)明水溶性陽(yáng)離子熒光聚合物與ATP的相互作用受離子強(qiáng)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(xiàn)[19]報(bào)道的WCFP與DNA的作用主要表現(xiàn)為靜電作用是相吻合的。

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第6篇：科學(xué)小實(shí)驗(yàn)漩渦的原理范文

1．發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；

2．確定引力存在；

3．探究太陽(yáng)對(duì)行星引力大小；

4．探究行星對(duì)太陽(yáng)引力大小；

5．探究行星與太陽(yáng)之間的引力大小；

6．總結(jié)，

教學(xué)的難點(diǎn)

一是如何通過(guò)師生互動(dòng)幫助學(xué)生用已有知識(shí)自主探究出三種引力的大小，讓學(xué)生心服口服地接受得出的結(jié)論，感受到結(jié)論的得出是一種思維的必然，而不是偶然；讓學(xué)生充分體會(huì)邏輯推理的重要作用，享受邏輯推理之美。二是在學(xué)生自主探究過(guò)程中如何在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候適當(dāng)介紹前人（當(dāng)然主要是牛頓）在當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)和思維過(guò)程，讓學(xué)生充分體會(huì)科學(xué)研究的方法，感受偉人們深邃的洞察力，超前的意識(shí)，學(xué)家的研究風(fēng)范。

關(guān)于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題環(huán)節(jié)的教學(xué)建議

采用復(fù)習(xí)開普勒定律后提問(wèn)的方法：是什么原因?qū)е滦行抢@太陽(yáng)做如此和諧且有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)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(xí)慣，知其然而問(wèn)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(rèn)識(shí)，也可以播放行星橢圓運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫。

關(guān)于確定引力存在環(huán)節(jié)的教學(xué)建議

教師讓學(xué)生猜想是什么原因，并根據(jù)自己已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)初步說(shuō)出理由。由于天體之間存在引力基本上已經(jīng)成為一種大眾化的常識(shí)，因此學(xué)生基本上都可以回答出是引力，甚至說(shuō)出是萬(wàn)有引力，因此重點(diǎn)不在這個(gè)結(jié)果上，而在學(xué)生能否說(shuō)出他的根據(jù)，而且是有嚴(yán)密邏輯順序的根據(jù)。經(jīng)過(guò)若干個(gè)學(xué)生的發(fā)言、補(bǔ)充后，教師組織學(xué)生理出邏輯順序：橢圓運(yùn)動(dòng)（至少速度變方向）變速運(yùn)動(dòng)加速度（由牛頓第二定律）合外力引力（這個(gè)邏輯順序可以由投影出示）

教師評(píng)價(jià)：大家之所以能順利地確定引力存在是由于我們所處的時(shí)代，是由于上一章我們學(xué)過(guò)的圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，你知道幾百年前科學(xué)剛剛萌芽發(fā)展的時(shí)代科學(xué)家們（不是一般民眾）怎樣回答的這個(gè)問(wèn)題嗎？

教師簡(jiǎn)單介紹開普勒、笛卡兒、胡克、哈雷、牛頓等人的觀點(diǎn)，其中開普勒認(rèn)為是太陽(yáng)發(fā)出的磁力；笛卡兒認(rèn)為是流質(zhì)渦旋帶動(dòng)；胡克、哈雷認(rèn)為是太陽(yáng)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(duì)于橢圓軌道他們無(wú)法證明）；牛頓支持胡克、哈雷的觀點(diǎn)，而且對(duì)橢圓軌道也做了嚴(yán)格的證明。（有條件可以做成一個(gè)短片播放，流質(zhì)渦旋帶動(dòng)可以以一個(gè)水的漩渦形象替代）

教師評(píng)價(jià)：由于流質(zhì)渦旋帶動(dòng)符合人們的生活經(jīng)驗(yàn)，所以當(dāng)時(shí)被廣泛接受，甚至牛頓都是在信仰這種學(xué)說(shuō)中長(zhǎng)大的，因此牛頓敢于堅(jiān)持引力說(shuō)是需要很大的勇氣的。當(dāng)然這種勇氣也來(lái)自他廣泛汲取的別人的成就，包括歐幾里得數(shù)學(xué)，阿基米德靜力學(xué)，開普勒定律，伽利略運(yùn)動(dòng)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，慣性概念，惠更斯的向心力等，來(lái)自于他的研究思考成果：后來(lái)出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的初步理論。

（介紹這樣一個(gè)歷史背景的目的一是讓學(xué)生體會(huì)現(xiàn)在我們認(rèn)為很簡(jiǎn)單的知識(shí)，在歷史上的發(fā)現(xiàn)過(guò)程不是一蹴而就的，是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間甚至幾代人的努力的，可以說(shuō)它不是一個(gè)人的功績(jī)。二是讓學(xué)生體會(huì)牛頓之偉大來(lái)自于其天才，更來(lái)自于他廣泛吸取別人的成就的勤奮。對(duì)學(xué)生進(jìn)行勵(lì)志教育。如果時(shí)間緊迫，此部分內(nèi)容可略去）關(guān)于探究太陽(yáng)對(duì)行星引力大小環(huán)節(jié)的教學(xué)建議

教師先讓學(xué)生猜一猜這個(gè)引力大小跟什么有關(guān)？不說(shuō)根據(jù)。

學(xué)生能猜出距離、二者質(zhì)量，但很可能也會(huì)說(shuō)出行星周期、線速度、角速度等。教師不做點(diǎn)評(píng)，只說(shuō)我們需要用理論驗(yàn)證。（學(xué)生可能知道萬(wàn)有引力，但知道萬(wàn)有引力大小與什么有關(guān)的應(yīng)該很少，因此此處的猜測(cè)有意義）

教師提問(wèn)：請(qǐng)用我們學(xué)過(guò)的知識(shí)提供一種驗(yàn)證思路：

讓學(xué)生討論出：由運(yùn)動(dòng)情況（通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式）加速度（通過(guò)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(shí)代，行星的運(yùn)動(dòng)情況觀測(cè)資料已經(jīng)相當(dāng)豐富，因此得出行星受到的引力的表達(dá)式是可能的，但是運(yùn)動(dòng)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(wèn)題（歷史上是否如此呢？缺乏考證）。我們不會(huì)微積分，因此我們研究不了橢圓，但是多數(shù)行星的軌道十分接近圓，因此我們現(xiàn)在就通過(guò)圓軌道用剛才的思路導(dǎo)出太陽(yáng)對(duì)行星引力的表達(dá)式，驗(yàn)證我們的猜測(cè)，同時(shí)再現(xiàn)牛頓當(dāng)時(shí)的思維過(guò)程。

教師提問(wèn)：行星軌道按圓處理，開普勒定律怎樣表述？

（投影出答案）

提問(wèn)：若已知某行星勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑為r，線速度為v，質(zhì)量為m行，則它需要的向心力多大？

F需向=m行

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

將代入得F需向=

引導(dǎo)：這是行星需要的向心力，我們要求的是太陽(yáng)對(duì)行星的引力，這兩個(gè)力有關(guān)系嗎？

F太陽(yáng)對(duì)行星=F需向=

引導(dǎo)：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(huì)有離心運(yùn)動(dòng)、向心運(yùn)動(dòng)了，因此太陽(yáng)對(duì)行星的引力大小應(yīng)該與行星的周期是無(wú)關(guān)的，僅與兩個(gè)星球本身情況有關(guān)，即以上得到的僅是太陽(yáng)對(duì)行星的引力計(jì)算式，而不是決定式（正象密度的計(jì)算式一樣），（或舉例：光滑水平面上用輕彈簧拴住一個(gè)質(zhì)量為m的小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為r，周期為T，則，這只是用周期T來(lái)計(jì)算拉力F，因?yàn)榍『眯枰南蛐牧Φ扔诶Γ珜?shí)際上拉力F僅由勁度系數(shù)k和伸長(zhǎng)量x有關(guān)，跟作圓周運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)量無(wú)關(guān)。）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(dǎo)：由開普勒第三定律得，代入得F太陽(yáng)對(duì)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(duì)任何行星都相同，這才是只跟距離以及天體本身有關(guān)的表達(dá)式，即太陽(yáng)對(duì)行星引力的決定式。

總結(jié)上式的物理意義，并給出簡(jiǎn)化式：F太陽(yáng)對(duì)行星

（可將以上關(guān)鍵步驟列出投影出示）

關(guān)于探究行星對(duì)太陽(yáng)引力大小環(huán)節(jié)的建議：

教師提出問(wèn)題：剛才我們猜測(cè)到太陽(yáng)對(duì)行星的引力應(yīng)該與雙方的質(zhì)量均有關(guān)，直覺(jué)告訴我們這個(gè)猜測(cè)是正確的，可是我們得出的結(jié)論好像只與行星質(zhì)量有關(guān)，難道我們猜測(cè)錯(cuò)了嗎？你認(rèn)為如何？

引導(dǎo)學(xué)生觀察等式F太陽(yáng)對(duì)行星=討論出結(jié)論：公式中的常數(shù)k是開普勒第三定律中的常數(shù)，此常數(shù)是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)而與太陽(yáng)有關(guān)的量（一般在講第一節(jié)內(nèi)容時(shí)都要補(bǔ)充說(shuō)明這個(gè)結(jié)論），與太陽(yáng)的什么有關(guān)，最可能就是質(zhì)量，因此說(shuō)太陽(yáng)對(duì)行星的引力與雙方的質(zhì)量均有關(guān)。教師提問(wèn)：那么與太陽(yáng)質(zhì)量到底有什么關(guān)系呢？怎樣研究這一問(wèn)題呢？

引導(dǎo)學(xué)生討論得出研究思路：如果還是研究太陽(yáng)對(duì)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(duì)太陽(yáng)的引力呢？因?yàn)樘?yáng)對(duì)行星的引力和行星對(duì)太陽(yáng)的引力是一對(duì)作用力與反作用力，二者同性質(zhì)且等大。

（以上這兩個(gè)問(wèn)題的設(shè)計(jì)目的就是為了由討論太陽(yáng)對(duì)行星的引力向討論行星對(duì)太陽(yáng)引力進(jìn)行過(guò)渡，讓學(xué)生理解這種研究方向的轉(zhuǎn)變是一種思維的必然，同時(shí)也讓學(xué)生體會(huì)到牛頓能夠轉(zhuǎn)變這種研究方向，其思維技巧多么高超。）

教師提問(wèn)：行星對(duì)太陽(yáng)的引力跟太陽(yáng)的質(zhì)量有什么關(guān)系呢？

引導(dǎo)學(xué)生討論。我認(rèn)為得出結(jié)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(duì)太陽(yáng)。另一種應(yīng)該利用運(yùn)動(dòng)相對(duì)性的辦法，行星圍繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若以行星為參考系，太陽(yáng)也在繞行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即若行星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)了一周，以行星為參考系，太陽(yáng)也繞行星轉(zhuǎn)了一周。可以采用以下辦法幫助學(xué)生理解。

圖-1到圖-5表示藍(lán)色的行星繞紅色的太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)半周的幾個(gè)關(guān)鍵位置，若將圖-2到圖-5依次重疊在圖-1上，重疊時(shí)讓藍(lán)色的行星位置重合，我們發(fā)現(xiàn)紅色太陽(yáng)繞藍(lán)色行星也轉(zhuǎn)了半周。（可以用光學(xué)投影片重疊的方法或flash課件）

這樣按照太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的事實(shí)仿照前面的思路也可以得出F行星對(duì)太陽(yáng)。

（我認(rèn)為這種變換參照系的方法更容易為學(xué)生所接受）

（可將以上關(guān)鍵步驟列出投影出示）

關(guān)于行星與太陽(yáng)之間的引力大小環(huán)節(jié)的建議

教師提問(wèn)：既然太陽(yáng)對(duì)行星的引力與行星對(duì)太陽(yáng)的引力是一對(duì)作用力與反作用力，二者同性質(zhì)且等大，那么它們的大小應(yīng)該是相同的表達(dá)式，因此F太陽(yáng)對(duì)行星與F行星對(duì)太陽(yáng)應(yīng)該能合二為一，你能辦到嗎？

組織討論得出F太陽(yáng)與行星之間

（學(xué)生可能得出r4，組織學(xué)生評(píng)價(jià)是否正確）

提問(wèn)：該式的物理意義，問(wèn)能否寫成等式？

F太陽(yáng)與行星之間

G是比例系數(shù)，與行星和太陽(yáng)質(zhì)量均無(wú)關(guān)。

（可將以上關(guān)鍵步驟列出投影出示）

（以上各公式的腳標(biāo)只是為了強(qiáng)調(diào)物理意義，本節(jié)課是必需的，以后不是必需的）

關(guān)于總結(jié)環(huán)節(jié)的建議

（一）將本節(jié)課的探究過(guò)程的幻燈片最后重新播放一遍，替代總結(jié)。

內(nèi)容如下：

一、確定引力存在：

橢圓運(yùn)動(dòng)（速度變方向）變速運(yùn)動(dòng)加速度（由牛頓第二定律）合外力引力

二、探究太陽(yáng)對(duì)行星引力大小

1、猜想：太陽(yáng)對(duì)行星的引力應(yīng)該與行星到太陽(yáng)的距離r有關(guān)，還與太陽(yáng)、行星質(zhì)量有關(guān)。

2、根據(jù)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(cè)，但可以觀測(cè)出行星的周期T，將代入得F需向=。

4、根據(jù)行星圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由太陽(yáng)對(duì)行星的引力提供，則F太陽(yáng)對(duì)行星=F需向=。

5、太陽(yáng)對(duì)行星的引力應(yīng)該是與行星運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的力，要消去T，由開普勒第三定律得，代入得F太陽(yáng)對(duì)行星=。

6、結(jié)論：：F太陽(yáng)對(duì)行星。三、探究行星對(duì)太陽(yáng)引力的大小

由牛頓第三定律得：F行星對(duì)太陽(yáng)

四、探究太陽(yáng)與行星之間的引力大小：

第7篇：科學(xué)小實(shí)驗(yàn)漩渦的原理范文

關(guān)鍵詞：海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)；振動(dòng)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(jī)出現(xiàn)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(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，世界各國(guó)都把目光投向了廣闊的海洋，并且建造了大量的海洋平臺(tái)，用于海洋油氣資源的開發(fā)利用。

海洋平臺(tái)是海上油氣資源開發(fā)的基地，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，造價(jià)昂貴，位于無(wú)遮蔽的海域，需要經(jīng)受住暴風(fēng)、巨浪、地震、堅(jiān)冰等惡劣海洋環(huán)境條件的考驗(yàn)。在環(huán)境載荷的作用下，海洋平臺(tái)一般表現(xiàn)為以下的特征[1]：（1）固有頻率低，且低頻模態(tài)密集；（2）本質(zhì)上的參數(shù)分布系統(tǒng)，具有強(qiáng)耦合和非線性；（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)易變，自身結(jié)構(gòu)以及所受外荷載具有不確定性。平臺(tái)結(jié)構(gòu)受到較大外部激勵(lì)，可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)響應(yīng)，影響人員安全，降低平臺(tái)使用性能，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞破壞。因此，利用合適的減振方法，對(duì)海洋平臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)控制，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。由于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的特殊性，對(duì)海洋平臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)控制也相應(yīng)具有一定的特殊性。

2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的發(fā)展?fàn)顩r

結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制就是對(duì)結(jié)構(gòu)在外部激勵(lì)下的動(dòng)力反應(yīng)和動(dòng)力不穩(wěn)定性加以抑制，使其能夠在規(guī)定的范圍內(nèi)工作，滿足其正常使用的要求。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制從提出到現(xiàn)在，已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域一個(gè)十分活躍的課題。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制在建筑工程，橋梁工程，機(jī)械工程，航空工程領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的研究與應(yīng)用，但是在海洋工程領(lǐng)域還處于起步階段，有許多振動(dòng)控制問(wèn)題亟待解決，這也是以后研究的一個(gè)重要方面。

按照所需外部能源的大小，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制四種[2]。

2.1 被動(dòng)控制

被動(dòng)控制無(wú)需外加能源，其控制力是控制裝置隨結(jié)構(gòu)一起振動(dòng)變形時(shí)因裝置本身的運(yùn)動(dòng)而被動(dòng)產(chǎn)生的，依靠結(jié)構(gòu)元件之間，結(jié)構(gòu)與輔助系統(tǒng)、子系統(tǒng)之間的相互作用消耗振動(dòng)能量，從而達(dá)到減振目的。被動(dòng)控制構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于維護(hù)并且無(wú)需外部能源輸入等優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛的研究與應(yīng)用，其技術(shù)已非常成熟。被動(dòng)控制主要分為基礎(chǔ)隔振、耗能減振、吸能減振，被動(dòng)控制裝置主要有調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)、調(diào)諧液體阻尼器(TLD)、粘彈性耗能器、摩擦阻尼器等。

被動(dòng)控制裝置的控制效果明顯依賴于輸入激勵(lì)的頻譜特性和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，一般只對(duì)某種特定范圍內(nèi)的振動(dòng)特征具有較好的振動(dòng)控制效果，缺乏調(diào)節(jié)跟蹤能力。

2.2 主動(dòng)控制

結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制需要實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)反應(yīng)或環(huán)境干擾，采用現(xiàn)代控制理論的主動(dòng)控制算法在精確的結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上運(yùn)算和決策最優(yōu)控制力，最后作動(dòng)器在很大的外部能量輸入下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制力。在結(jié)構(gòu)反應(yīng)觀測(cè)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)控制稱為反饋控制，而在結(jié)構(gòu)環(huán)境干擾觀測(cè)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)控制稱為前饋控制。主動(dòng)控制作動(dòng)器通常采用液壓伺服系統(tǒng)或電機(jī)伺服系統(tǒng)，一般需要很大的能量驅(qū)動(dòng)。

主動(dòng)控制的研究主要分為主動(dòng)控制算法和主動(dòng)控制裝置兩部分。主動(dòng)控制算法主要包括極點(diǎn)配置法、線性二次型LQR經(jīng)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(tái)的振動(dòng)控制中，主要采用理論分析、數(shù)值模擬以及模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。

主動(dòng)控制裝置主要有主動(dòng)質(zhì)量阻尼器(AMD)、混合質(zhì)量阻尼器(HMD)等。

2.3 半主動(dòng)控制

半主動(dòng)控制是主動(dòng)控制中的一類，但它所需的外部能量比主動(dòng)控制成數(shù)量級(jí)的減少。基本上半主動(dòng)控制裝置不會(huì)增加結(jié)構(gòu)(包括結(jié)構(gòu)和控制元件)的機(jī)械能，因此保證結(jié)構(gòu)的界限輸入及輸出。相比主動(dòng)控制，半主動(dòng)控制更容易實(shí)施，控制效果良好，最主要的是所需外部能量少，經(jīng)濟(jì)性好。目前典型的半主動(dòng)控制裝置有主動(dòng)變剛度系統(tǒng)(AVS)、主動(dòng)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(shí)在受控結(jié)構(gòu)上使用被動(dòng)控制系統(tǒng)和主動(dòng)控制系統(tǒng)，使其協(xié)調(diào)工作的結(jié)構(gòu)控制方法。這種控制方法結(jié)合了被動(dòng)控制和主動(dòng)控制各自的優(yōu)點(diǎn)，在介紹外部能量輸入的同時(shí)，保證了控制效果。

3 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制研究狀況

海洋平臺(tái)安置于無(wú)遮蔽的海洋環(huán)境里，長(zhǎng)期遭受風(fēng)、波浪、水流等的影響，在惡劣條件下，還會(huì)遭到地震以及堅(jiān)冰的作用，這些外部荷載引起了海洋平臺(tái)的振動(dòng)，對(duì)人員身體健康，平臺(tái)正常作業(yè)以及平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全等都產(chǎn)生了一定的影響，因此引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛的研究。海洋平臺(tái)振動(dòng)控制涉及學(xué)科豐富，學(xué)科交叉性強(qiáng)，只有多方面的突破，才能帶動(dòng)整個(gè)研究方向的快速發(fā)展，因此，目前大部分相關(guān)研究主要以理論和數(shù)值模擬為主，但也不乏模型試驗(yàn)研究等。目前對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究，主要采用傳統(tǒng)方法、被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制等。

3.1 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制

海洋平臺(tái)被動(dòng)控制一般采用粘彈性耗能器、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)、調(diào)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(gòu)造簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、造價(jià)低廉和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。所謂粘彈性是指同時(shí)具有彈性和粘性兩種不同機(jī)理的形變，綜合體現(xiàn)彈性固體和粘性流體兩者的特性。

歐進(jìn)萍等[3]根據(jù)JZ20-2MUQ平臺(tái)結(jié)構(gòu)的冰振反應(yīng)特點(diǎn)和平臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸，分析不同海冰設(shè)計(jì)條件、不同標(biāo)高和方向的擠壓與彎曲破壞冰力作用下，粘彈性耗能器對(duì)平臺(tái)振動(dòng)控制的效果，并研究了粘彈性耗能器不同設(shè)置方式對(duì)平臺(tái)動(dòng)力特性的影響。結(jié)果表明, 設(shè)置組合跨粘彈性耗能斜撐的JZ20- 2MUQ 平臺(tái)結(jié)構(gòu)可以達(dá)到如下的冰振控制效果: 擠壓冰力作用下, 平臺(tái)結(jié)構(gòu)的位移（導(dǎo)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(tái)結(jié)構(gòu)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(jìn)萍[4]等提出了在平臺(tái)結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架端帽和甲板之間設(shè)置柔性阻尼層的新型阻尼隔振方案。針對(duì)渤海JZ20- 2MUQ平臺(tái)結(jié)構(gòu)，建立了海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)阻尼隔振體系簡(jiǎn)化計(jì)算模型，研究了隔振層參數(shù)與結(jié)構(gòu)阻尼比的關(guān)系以及它們對(duì)結(jié)構(gòu)整體和隔振層層間相對(duì)位移的控制效果，并進(jìn)行了多冰況和地震工況的數(shù)值模擬，結(jié)果表明，阻尼隔振方案是導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的一種有效減振措施。

3.1.2 調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)

TMD實(shí)際上是一個(gè)附加在主結(jié)構(gòu)上的由質(zhì)量塊、彈簧和阻尼器組成的二階質(zhì)量阻尼體系，可與主結(jié)構(gòu)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，利用共振原理，對(duì)主體結(jié)構(gòu)某些振型（通常是第一振型）的動(dòng)力響應(yīng)加以控制。通過(guò)調(diào)節(jié)TMD系統(tǒng)與主結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比、頻率比以及TMD系統(tǒng)阻尼比等參數(shù)，對(duì)主結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制進(jìn)行優(yōu)化，從而吸收更多能量，阻尼的作用增大了振動(dòng)控制的頻寬，從而可抑制主結(jié)構(gòu)更寬頻帶的振動(dòng)。

Jiang Y[5]等對(duì)使用TMD控制平臺(tái)的扭轉(zhuǎn)響應(yīng)進(jìn)行了研究；孫樹民[6][7]分別對(duì)獨(dú)樁平臺(tái)波浪響應(yīng)和地震響應(yīng)的TMD控制進(jìn)行了研究，分析中考慮了流體-樁-土相互作用的影響。通過(guò)算例，發(fā)現(xiàn)TMD的頻率比和阻尼比對(duì)控制效果有影響。當(dāng)頻率比在1左右時(shí)，TMD的控制效果最好；而阻尼比對(duì)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(duì)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(shí)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(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)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(duì)海洋平臺(tái)-TMD系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分解，推導(dǎo)出系統(tǒng)各階模態(tài)的狀態(tài)空間方程，并以一海洋平臺(tái)為例，討論了針對(duì)結(jié)構(gòu)某一模態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各階模態(tài)響應(yīng)的減振效果。算例計(jì)算表明，TMD對(duì)設(shè)計(jì)的模態(tài)有較好的減振效果，但對(duì)其他模態(tài)響應(yīng)的減振效果較差，甚至產(chǎn)生不利影響；陸建輝等[9]研究了隨機(jī)波浪荷載作用下TMD對(duì)樁基鋼結(jié)構(gòu)海洋平臺(tái)的減振效果，采用譜分析法對(duì)TMD參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使得平臺(tái)位移響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差比無(wú)控下降12.4%，并得出TMD剛度失調(diào)比阻尼失調(diào)要敏感；趙東、馬汝建等[10]研究了擴(kuò)展調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（ETMD)減振系統(tǒng)（TMD系統(tǒng)的延伸）對(duì)海洋平臺(tái)的減振控制，分析表明，當(dāng)ETMD與剩余平臺(tái)質(zhì)量比和頻率比在一定范圍內(nèi)時(shí)，具有良好的控制效果。

3.1.3 調(diào)諧液體阻尼器(TLD)

TLD與TMD類似，也是通過(guò)附加子系統(tǒng)（水箱）來(lái)進(jìn)行振動(dòng)控制的。

J.Kim Vandiver[11]早在80年代就對(duì)安裝有TLD的海洋平臺(tái)振動(dòng)特性及其減振效果進(jìn)行了研究，通過(guò)選取合適的水箱參數(shù)可以有效控制平臺(tái)響應(yīng)；李華軍等[12]研究了波激勵(lì)作用下的矩形TLD 的動(dòng)力性質(zhì)，采用了描述TLD 中流體的非線性性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型, 并對(duì)TLD 與結(jié)構(gòu)的耦合模型進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上，對(duì)TLD控制海洋平臺(tái)冰激振動(dòng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并分別分析了圓形與矩形TLD的幾何參數(shù)和水深對(duì)控制效果的影響；Lee SC等[13]研究了利用流體的晃蕩來(lái)吸收能量以控制平臺(tái)的波激響應(yīng)問(wèn)題, 減振器的圓桶半徑、流體高度、質(zhì)量、頻率和阻尼是影響減振效果的參數(shù)；王翎羽、金明等[14]針對(duì)JZ20- 2MUQ 平臺(tái)利用TLD控制冰激振動(dòng)，進(jìn)行了試驗(yàn)和理論研究。

3.1.4 垂蕩阻尼板

上述幾種被動(dòng)式控制裝置，理論和試驗(yàn)研究主要集中在導(dǎo)管架海洋平臺(tái)等固定平臺(tái)上，對(duì)于移動(dòng)式海洋平臺(tái)，如半潛式平臺(tái)，Spar平臺(tái)，一般采用垂蕩阻尼板對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行垂向振動(dòng)控制。垂蕩阻尼板是伴隨Spar平臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì)而出現(xiàn)的，它通過(guò)增加平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)附加質(zhì)量，增大垂蕩周期，減小垂向振動(dòng)。垂蕩阻尼板和Spar平臺(tái)同軸水平設(shè)置，通常采用矩形板，也有圓形，但是實(shí)際應(yīng)用中不多，垂蕩板的數(shù)量、間距、板厚、骨材尺寸、板的尺度及開口大小對(duì)性能有很大的影響[15]。

Thiagarajan和Troesch[16]測(cè)量了底部帶圓盤的直立圓柱的垂蕩阻尼，結(jié)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(duì)單個(gè)正方形板在靜水中做垂向自由衰減試驗(yàn)；Molin[18]基于勢(shì)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(dòng)力性能；Tao等[19]采用模型試驗(yàn)的方法，研究了實(shí)心板與帶孔板的水動(dòng)力性能，通過(guò)測(cè)量水動(dòng)力系數(shù)，檢驗(yàn)了圓板空隙度對(duì)阻尼和附加質(zhì)量系數(shù)的影響；季亨騰，黃國(guó)梁等[20]為了研究垂蕩板的水動(dòng)力，進(jìn)行了三角形垂蕩板在單板和雙板兩鐘情形下的強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)，通過(guò)理論計(jì)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(tái)垂蕩板的水動(dòng)力性能，分別考慮不同振幅和板間距對(duì)水動(dòng)力的影響，其次對(duì)不同板厚進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明，在一定的幅值范圍內(nèi)，附加質(zhì)量系數(shù)隨運(yùn)動(dòng)幅值的增大而增大，阻尼力系數(shù)隨運(yùn)動(dòng)幅值增大而減小，附加質(zhì)量系數(shù)和阻尼力系數(shù)隨板間距增大而增大；歐進(jìn)萍，劉鯤，朱航[22]以南海某半潛式平臺(tái)為例，根據(jù)TMD的原理，設(shè)計(jì)了一種活動(dòng)式垂蕩板，用來(lái)減小平臺(tái)的垂蕩響應(yīng)。通過(guò)計(jì)算不同海況下的垂蕩響應(yīng)，并與傳統(tǒng)半潛式平臺(tái)和裝有固定式垂蕩板的半潛式平臺(tái)的垂蕩響應(yīng)進(jìn)行比較，表明其具有更好的控制效果。

3.2 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制

振動(dòng)主動(dòng)控制又稱為有源控制，是主動(dòng)控制技術(shù)在振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。常見(jiàn)的主動(dòng)控制裝置有主動(dòng)質(zhì)量阻尼器（AMD）、混合質(zhì)量阻尼器（HMD），它們都是由TMD發(fā)展而來(lái)的。

AMD系統(tǒng)由質(zhì)量塊和主動(dòng)控制作動(dòng)器組成，可以沒(méi)有彈簧和阻尼器。AMD系統(tǒng)由外部能源驅(qū)動(dòng)其慣性質(zhì)量運(yùn)動(dòng)，將結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)锳MD慣性質(zhì)量的動(dòng)能和阻尼元件的耗散能，同時(shí)AMD系統(tǒng)通過(guò)其在結(jié)構(gòu)上的支承提供減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)的控制力。

Vincenzo[23]在平臺(tái)結(jié)構(gòu)中通過(guò)設(shè)置主動(dòng)質(zhì)量阻尼器（AMD)系統(tǒng)以減輕漩渦引起的振動(dòng)；Ahmad SK, Ahmad S[24]采用傳統(tǒng)的最優(yōu)控制算法對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了最優(yōu)主動(dòng)控制研究；Suhardjo J[25]等利用 控制算法對(duì)AMD主動(dòng)控制裝置在導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的振動(dòng)控制進(jìn)行了研究，并且對(duì)TMD被動(dòng)控制和AMD、ATMD主動(dòng)控制的控制效果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明主動(dòng)控制的效果優(yōu)于被動(dòng)控制。

李華軍等[26]采用H2控制算法研究了海洋平臺(tái)冰激振動(dòng)的AMD主動(dòng)控制問(wèn)題；張春蔚、歐進(jìn)萍等[27]研究海洋平臺(tái)冰激振動(dòng)和地震反應(yīng)的AMD主動(dòng)控制問(wèn)題，結(jié)合JZ20-2MUQ平臺(tái)進(jìn)行了AMD控制系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化分析，并就相應(yīng)最優(yōu)參數(shù)對(duì)AMD控制平臺(tái)冰激振動(dòng)和地震反應(yīng)的幾種代表性工況進(jìn)行了時(shí)程分析，結(jié)果表明，AMD控制系統(tǒng)的質(zhì)量比、頻率比和阻尼比等參數(shù)對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制效果有不同程度的影響，增大質(zhì)量比可以在一定程度上提高控制效果，而頻率和阻尼參數(shù)的變化對(duì)AMD的控制效果影響不大；在此基礎(chǔ)上。歐進(jìn)萍等人[28]進(jìn)行了JZ20-2MUQ海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)的AMD主動(dòng)控制振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究,證實(shí)了AMD控制系統(tǒng)對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)良好的振動(dòng)控制效果,為新建和現(xiàn)役平臺(tái)結(jié)構(gòu)的AMD振動(dòng)控制應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3.3 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制

結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制的原理與結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制的基本相同，只是施加控制力的作動(dòng)器需要少量的能量調(diào)節(jié)以便使其主動(dòng)地甚至可以說(shuō)是巧妙地利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)的往復(fù)相對(duì)變形或相對(duì)速度，盡可能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)最優(yōu)控制力。由于半主動(dòng)控制系統(tǒng)力求盡可能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)最優(yōu)控制力，因此，主動(dòng)控制算法是結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制的基礎(chǔ)。又因?yàn)榘胫鲃?dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的控制力的方向和形式有限制，因而需要建立反應(yīng)半主動(dòng)控制力特點(diǎn)的控制算法來(lái)驅(qū)動(dòng)半主動(dòng)控制裝置以便盡可能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制力。常見(jiàn)的半主動(dòng)控制裝置有：主動(dòng)變剛度系統(tǒng)（AVS）、主動(dòng)變阻尼系統(tǒng)（AVD)和磁流變液阻尼器（MRFD）。

3.3.1 主動(dòng)變剛度系統(tǒng)(AVS)

結(jié)構(gòu)主動(dòng)變剛度控制是通過(guò)變剛度控制裝置主動(dòng)地改變受控結(jié)構(gòu)的附加剛度，使結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)沒(méi)有固定的自振頻率，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，從而減小結(jié)構(gòu)反應(yīng)。

中國(guó)海洋大學(xué)的李宇生[29]提出了一種新的變剛度半主動(dòng)控制方法并設(shè)計(jì)了一種新型變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，先以隨機(jī)波面特征信息為輸入值，優(yōu)化控制器各參數(shù)，研究此控制裝置對(duì)平臺(tái)在隨機(jī)波浪荷載下的振動(dòng)控制效果。計(jì)算表明，此裝置對(duì)甲板加速度響應(yīng)的控制效果最高可達(dá)29%，平均值也在21%以上，甲板的位移響應(yīng)也能得到一定的抑制，此裝置對(duì)由隨機(jī)波浪荷載引起的平臺(tái)振動(dòng)具有一定的控制效果。此外，劉玲[30]以一實(shí)際平臺(tái)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)一種新型變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（VSTMD），根據(jù)平臺(tái)實(shí)際情況設(shè)計(jì)裝置參數(shù)，并通過(guò)多種軟件分析該控制器的控制效果。結(jié)果表明，此裝置對(duì)平臺(tái)振動(dòng)控制具有良好的控制效果，平臺(tái)甲板位移響應(yīng)均方根差下降了23.02%，加速度響應(yīng)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(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁性液體混合而成的懸浮體，其在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下可以在毫秒內(nèi)由流動(dòng)性能良好的牛頓液體變?yōu)榫哂幸欢羟星?qiáng)度的賓漢姆體,并且這種變化連續(xù)、可逆、易于控制。利用磁流變技術(shù)制作的半主動(dòng)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(duì)隔振獨(dú)樁平臺(tái)地震反應(yīng)的半主動(dòng)控制，結(jié)果表明MR阻尼器可以有效地控制隔震獨(dú)樁平臺(tái)在地震作用下的位移反應(yīng)；嵇春燕等[32]采用數(shù)值分析和模型實(shí)驗(yàn)的方法，以MR阻尼器為控制裝置設(shè)計(jì)半主動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行多工況減振效果分析；此外，管有海，黃維平[33]也對(duì)MR阻尼器應(yīng)用于海洋平臺(tái)的減振進(jìn)行了研究；劉山、歐進(jìn)萍等[34]針對(duì)渤海受嚴(yán)重冰激振動(dòng)的JZ20-2MUQ平臺(tái)進(jìn)行了隔振研究，提出了在海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架端帽和甲板之間設(shè)置柔性阻尼的新型阻尼隔振方案，并建立了海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)阻尼隔振體系簡(jiǎn)化計(jì)算模型，研究隔振層參數(shù)與結(jié)構(gòu)阻尼比的關(guān)系以及他們對(duì)結(jié)構(gòu)整體和隔震層層間位移的控制效果；在此基礎(chǔ)上，歐進(jìn)萍，張紀(jì)剛等[35][36]提出磁流變智能隔振系統(tǒng)，同時(shí)利用橡膠支座和MR阻尼器對(duì)海洋平臺(tái)進(jìn)行減振分析，通過(guò)數(shù)值分析和模型試驗(yàn)進(jìn)行了多工況分析研究和對(duì)比。

4 結(jié)論與展望：

目前，海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制還處于理論與實(shí)驗(yàn)研究階段，將其應(yīng)用在實(shí)際工程中還需要解決如下一些問(wèn)題：

1）采用智能控制算法等更加先進(jìn)的控制算法，緩解時(shí)滯問(wèn)題，提高平臺(tái)控制性能以及穩(wěn)定性；

2）開發(fā)和應(yīng)用操作更簡(jiǎn)便、可靠、耗能少的控制裝置（作動(dòng)器、傳感器等），并優(yōu)化配置數(shù)量和位置；

3）綜合考慮流體-土-樁的耦合作用，使結(jié)構(gòu)控制更接近于實(shí)際，提高控制效果。

海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制是一個(gè)具有應(yīng)用前景的新興研究領(lǐng)域，學(xué)科交叉性強(qiáng)，涉及面廣，需要具備多方面的專業(yè)知識(shí)。智能控式，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等，是海洋平臺(tái)振動(dòng)控制的發(fā)展方向，亟待更多的理論與試驗(yàn)研究和具體工程應(yīng)用。

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第8篇：科學(xué)小實(shí)驗(yàn)漩渦的原理范文

關(guān)鍵詞：天然氣；超聲波流量計(jì)量技術(shù)；應(yīng)用

相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)技術(shù)新型天然氣超聲波計(jì)量技術(shù)具有更高的準(zhǔn)確度，但是這種計(jì)量技術(shù)的計(jì)量結(jié)果也會(huì)受到一定因素的影響，為了保證獲得準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果本文將對(duì)影響計(jì)量結(jié)果的因素進(jìn)行分析，并且探討實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題。

一、天然氣流量計(jì)量中氣體超聲波流量計(jì)的應(yīng)用

天然氣流量計(jì)量主要是通過(guò)多參數(shù)測(cè)量實(shí)現(xiàn)的，并且還需要設(shè)置相應(yīng)的流量比對(duì)裝置以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。為了進(jìn)一步保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，將一套標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)與氣體超聲波流量計(jì)進(jìn)行串聯(lián)運(yùn)行。選用的氣體超聲波流量計(jì)為四聲道，具有300mm內(nèi)徑，流量范圍是240~6405m3/h。

（一）氣體超聲波流量計(jì)準(zhǔn)確度與超聲的關(guān)系

表1閥門1控制流量、閥門2全開時(shí)氣體超聲波流量計(jì)的運(yùn)行氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度會(huì)受到被測(cè)介質(zhì)內(nèi)部噪聲的影響。如果采用氣體超聲波流量計(jì)這種方法來(lái)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(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)與氣體超聲波流量計(jì)之間的相對(duì)誤差就會(huì)加大，這就會(huì)發(fā)生這兩種流量計(jì)所計(jì)算出來(lái)的流量嚴(yán)重不相符。當(dāng)閥門1全部打開的時(shí)候，在閥門2控制流量大小的情況下，氣體超聲波流量計(jì)的信噪會(huì)相對(duì)比較大，標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)和氣體超聲波流量計(jì)之間則會(huì)具有相對(duì)固定的誤差。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1和表2。根據(jù)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(jì)信噪就會(huì)比上游閥門全開時(shí)低，這是因?yàn)楫?dāng)上游閥門在進(jìn)行節(jié)流的過(guò)程中，人類無(wú)法聽(tīng)到的高頻聲波和人類可以聽(tīng)到的聲音將會(huì)同時(shí)產(chǎn)生，如果聲波頻率與氣體超聲波流量計(jì)量的工作頻率無(wú)限度相似的時(shí)候，那么就會(huì)造成氣體超聲波流量計(jì)信噪比的減小，這樣流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度就會(huì)受到影響。

（二）氣體超聲波流量計(jì)與流態(tài)的關(guān)系

根據(jù)GB/T18604-2001《用氣體超聲博流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》中的相關(guān)規(guī)定，氣體超聲波流量計(jì)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(duì)稱紊流速度分布要求的天然氣流態(tài)可以進(jìn)入流量計(jì)。空間彎頭和計(jì)量管路中閥門對(duì)天然氣的速度分布會(huì)有直接影響，從而使測(cè)量的準(zhǔn)確度有所降低。氣體超聲波流量計(jì)的升到分布示意圖如圖3，四個(gè)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(guò)氣體超聲波流量計(jì)加權(quán)平均各個(gè)聲道測(cè)得的流速獲得。在閥門1節(jié)流、閥門1全開測(cè)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(jù)圖1、表4、表5可知，在閥門1節(jié)流的情況下，通過(guò)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(huì)隨著流量增大而增大。隨著流量的增大管道內(nèi)氣體的分布逐漸代替分布，換句話說(shuō)，管道中心氣體的流速小于管道壁的氣體流速，當(dāng)全部打開上游氣流的閥門的時(shí)候，不會(huì)阻擋氣流，管道內(nèi)的氣體流速不會(huì)隨著流量的增加而產(chǎn)生較大的變化。當(dāng)閘閥沒(méi)有完全開啟的時(shí)候，天然氣的經(jīng)過(guò)會(huì)受到閥門閘板的阻擋，產(chǎn)生不對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)氣流，這實(shí)際上是漩渦流的發(fā)展前兆。

（三）氣體超聲波流量計(jì)與氣質(zhì)的關(guān)系

氣體超聲波流量計(jì)在我國(guó)發(fā)展較晚，所以還沒(méi)有在真正全面認(rèn)識(shí)其實(shí)際工作性能。一般情況下來(lái)講，在進(jìn)行氣體超聲波流量計(jì)的過(guò)程中，對(duì)其氣質(zhì)條件并沒(méi)有嚴(yán)格的要求，工業(yè)環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)氣體的大多數(shù)清潔均質(zhì)液體或不含大濃度懸浮粒子的流量測(cè)量。在用氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量天然氣的過(guò)程中，如果天然氣當(dāng)中含有大量的粉塵、霧狀液滴和飽和水蒸氣的時(shí)候，就應(yīng)該充分考慮到氣質(zhì)條件可能帶來(lái)的影響。最初，筆者發(fā)現(xiàn)相較于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)這種方法而言，氣體超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量結(jié)果相對(duì)偏高。通過(guò)對(duì)氣體超聲波流量計(jì)進(jìn)行診斷的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，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(lái)的液體淹沒(méi)，從而影響了換能器的正常運(yùn)作。當(dāng)排除積存在管道內(nèi)的液體的時(shí)候，超聲波流量計(jì)就可以恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。在一個(gè)聲道發(fā)生故障時(shí)多聲道氣體超聲波流量計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)算，進(jìn)而造成流量計(jì)的流量輸出略高于正常情況。能夠影響氣體超聲波流量計(jì)工作性能的還包括天然氣中的粉塵，例如當(dāng)上游某個(gè)氣體處理廠沒(méi)有正常開機(jī)時(shí)，分子篩中的粉塵會(huì)隨著氣體超聲波流量計(jì)的工作流程而帶入進(jìn)來(lái)，這樣就很容易在底部的換能器處造成粉塵堆積的現(xiàn)象，影響氣體超聲波流量計(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、應(yīng)用氣體超聲波流量計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)重視的問(wèn)題

（一）科學(xué)選型

一般情況下，型號(hào)不同的流量計(jì)，其測(cè)量的范圍也是不同的，實(shí)際生產(chǎn)生活中涉及到的超聲波流量計(jì)的測(cè)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(cè)量天然氣的流速確定天然氣流量是氣體超聲流量計(jì)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(jì)要想保證檢測(cè)準(zhǔn)確度就應(yīng)當(dāng)將工作流速控制在這個(gè)范圍內(nèi)。如果天然氣流量比氣體超聲波流量計(jì)的流量拐點(diǎn)低時(shí)，就會(huì)在一定程度上降低氣體超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確性，造成增大誤差的后果。而在天然氣流速過(guò)高的情況下，超聲波信號(hào)無(wú)法被換能器檢查到，進(jìn)而造成計(jì)量故障問(wèn)題。因此，進(jìn)行超聲波氣體流量計(jì)選型時(shí)，應(yīng)當(dāng)正確掌握管道中天然氣的流速，防止超底限或超高限運(yùn)行情況的產(chǎn)生。選擇氣體超聲波流量計(jì)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)是否存在聲波干擾源進(jìn)行充分考慮，其中主要指的是消音設(shè)備、大壓差減壓設(shè)備、高速度等能夠產(chǎn)生超聲波信號(hào)的設(shè)備。人們耳朵能夠聽(tīng)見(jiàn)的聲波通過(guò)消音設(shè)備能夠轉(zhuǎn)化為聽(tīng)不到的聲波，一旦氣體超聲波流量計(jì)工作頻率接近消音設(shè)備的超聲波頻率或減壓設(shè)備的超高頻噪聲，那么超聲波流量計(jì)就會(huì)無(wú)法正常工作。所以應(yīng)當(dāng)盡量避免在能夠產(chǎn)生影響流量計(jì)聲波場(chǎng)合，安裝和選用氣體超聲波流量計(jì)[1]。

（二）嚴(yán)格安裝

設(shè)置氣體超聲波流量計(jì)上下游直管段的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分執(zhí)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，其中上游直管段和下游直管段應(yīng)當(dāng)分別大于10D和5D，并且還應(yīng)當(dāng)安裝流動(dòng)調(diào)整器解決安裝條件受測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)限制的問(wèn)題。同時(shí)安裝氣體超聲流量計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)保持水平方向，這樣就能夠有效測(cè)量含液較多的天然氣，還要嚴(yán)格根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行氣體超聲波流量計(jì)和計(jì)量管段的安裝，以保證氣流就能夠?qū)⑻烊粴饽龀鰜?lái)的液體帶走，防止超聲波流量計(jì)存在液體堆積問(wèn)題。如果固體粉塵含量較大額天然氣，就應(yīng)當(dāng)將在上游直管段加設(shè)過(guò)濾器，避免因換能器表面堆積沉積物而產(chǎn)生故障[2]。

（三）科學(xué)維護(hù)

在使用氣體超聲波流量計(jì)的過(guò)程中，需要進(jìn)行維護(hù)的情況少之又少，但如果計(jì)量氣體氣質(zhì)較差那么就需要對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的換能器進(jìn)行及時(shí)清洗，并對(duì)換能器表面是否存在水溝和雜質(zhì)進(jìn)行檢查。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)關(guān)注有無(wú)泄漏存在于氣體超聲波流量計(jì)的各連接件中，鏈接線路是否正常以及檢測(cè)零流量是否準(zhǔn)確等等。

（四）定期診斷測(cè)試

一旦氣體超聲波流量計(jì)產(chǎn)生流量突變的情況，就應(yīng)當(dāng)運(yùn)用其他與氣體超聲波流量計(jì)串聯(lián)運(yùn)行的流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)校核，確定顯示天然氣流量變化的真正原因。對(duì)于沒(méi)有其他流量計(jì)作比對(duì)的情況，就應(yīng)當(dāng)通過(guò)氣體超聲波流量計(jì)的診斷軟件對(duì)各個(gè)換能器的工作參數(shù)進(jìn)行全面檢查，進(jìn)而了解異常參數(shù)值是否存在。對(duì)于使用超聲波流量計(jì)較多的情況，應(yīng)當(dāng)將便攜外夾式超聲波流量計(jì)作為首選，這樣能夠隨時(shí)校核固定安裝的超聲波流量計(jì)[3]。

結(jié)束語(yǔ)：

新型天然氣超聲波流量計(jì)量技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，已經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)可和運(yùn)用。但是在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中仍然要充分考慮影響計(jì)量過(guò)程的相關(guān)因素，并通過(guò)采取相應(yīng)的措施獲得最準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]申思,申云廷.超聲波在天然氣流量計(jì)量中的應(yīng)用[J].城市燃?xì)?2014,(09):11-15.

[2]李慧青.氣體超聲波流量計(jì)在天然氣流量計(jì)量中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)江科技,2014,(06):85.

第9篇：科學(xué)小實(shí)驗(yàn)漩渦的原理范文

大學(xué)很大，大得可以承載所有學(xué)生的夢(mèng)想；大學(xué)很小，小到一個(gè)老師，一個(gè)學(xué)生就構(gòu)成一個(gè)小世界；大學(xué)還是學(xué)生從學(xué)校走向社會(huì)的訓(xùn)練營(yíng)。老師對(duì)于學(xué)生的態(tài)度、評(píng)價(jià)和教育，對(duì)一個(gè)學(xué)生的影響無(wú)疑是巨大的。在四年甚至更長(zhǎng)的大學(xué)時(shí)光中，學(xué)生從心理到身份都將發(fā)生巨變，大學(xué)老師充當(dāng)?shù)囊苍S是人生導(dǎo)師的角色，幫助學(xué)生成長(zhǎng)得足夠優(yōu)秀，足夠“好”。

那么，新時(shí)代的好學(xué)生到底該具備哪些素質(zhì)，作為高校教師又應(yīng)該執(zhí)行什么樣的學(xué)生評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在教育過(guò)程中要避免哪些誤區(qū)？本期思維碰撞給您帶來(lái)新觀點(diǎn)和新體會(huì)。

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

王昭 北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院

學(xué)生的首要任務(wù)就是學(xué)習(xí)，好學(xué)生就是取得了好的學(xué)習(xí)效果或成果的學(xué)生，至于學(xué)什么，不同階段的要求有所不同。中小學(xué)教育屬于基礎(chǔ)教育，培養(yǎng)學(xué)生德智體美全面發(fā)展，要成為一個(gè)好學(xué)生，就要努力做到品質(zhì)好、學(xué)習(xí)成績(jī)好、身心健康。大學(xué)教育是中學(xué)教育的延伸，對(duì)好學(xué)生的原則要求應(yīng)該是一致的，依然是品質(zhì)好、學(xué)習(xí)成績(jī)好和身心健康，但大學(xué)教育是專業(yè)教育，學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式和中學(xué)有很大不同。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，大學(xué)對(duì)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)精神和自我管理能力提出了更高的要求，好學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，具有強(qiáng)烈的求知欲和主動(dòng)學(xué)習(xí)精神，這是取得良好成績(jī)的第一步。其次，為了取得好成績(jī)，學(xué)生要有正確的學(xué)習(xí)方法和吃苦耐勞的精神，這是取得良好成績(jī)的必由之路。

大學(xué)教育為學(xué)生走向工作崗位、服務(wù)社會(huì)打好基礎(chǔ)。我認(rèn)為社會(huì)需求是多樣的，能夠在社會(huì)上找到自己的位置，學(xué)以致用的學(xué)生都是好學(xué)生。“好”與“壞”相對(duì)，“好”又有程度的不同。大學(xué)在培養(yǎng)好學(xué)生的同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)優(yōu)秀學(xué)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(gè)觀點(diǎn)，不是只有創(chuàng)新型人才才是社會(huì)的唯一需求，也不是只有具有創(chuàng)新能力的學(xué)生才是好學(xué)生。教育的產(chǎn)品是人才，不同于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的制造業(yè)，教育面對(duì)的是天賦秉性有差異的個(gè)體，好的教育應(yīng)該體現(xiàn)個(gè)性化教育，能讓學(xué)生在一定范圍內(nèi)根據(jù)自己的天賦特長(zhǎng)和興趣愛(ài)好，有選擇地學(xué)習(xí)和發(fā)展。

北京大學(xué)上世紀(jì)80年代末期提出了“加強(qiáng)基礎(chǔ)、淡化專業(yè)、因材施教、分流培養(yǎng)”的十六字教學(xué)改革方針，這成為北大之后20年教學(xué)改革的指南。比如，我們?yōu)榱思訌?qiáng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育，為文科生開設(shè)了涵蓋不同知識(shí)點(diǎn)的多樣化必修課“文科計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”，為理科學(xué)生開設(shè)了全校必修課“計(jì)算機(jī)概論”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”；為加強(qiáng)學(xué)生的人文素養(yǎng)，開設(shè)了全校“通選課”。具體到信息學(xué)院，我們對(duì)本科生進(jìn)行“分類培養(yǎng)”，根據(jù)學(xué)生的不同發(fā)展目標(biāo)與興趣，把一些課程又劃分如下：為拔尖學(xué)生設(shè)立實(shí)驗(yàn)班，為計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)A類課程，以及為非計(jì)算機(jī)專業(yè)理科生開設(shè)B類課程。為提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，還針對(duì)一些課程開設(shè)了相應(yīng)的實(shí)習(xí)課。此外，還設(shè)置了豐富的專業(yè)選修課，并設(shè)立了本科生導(dǎo)師制度，對(duì)本科生進(jìn)行個(gè)性化的輔導(dǎo)和培養(yǎng)。

米新江 廊坊師范學(xué)院計(jì)算機(jī)教學(xué)部

我認(rèn)為，好學(xué)生應(yīng)該能夠勝任學(xué)習(xí)任務(wù)并妥善處理學(xué)習(xí)、人際、生活事務(wù)等方面之間的關(guān)系。

學(xué)生們要學(xué)的東西有很多，要做的、要考慮的也很多。從社會(huì)發(fā)展來(lái)講，全球化的趨勢(shì)明顯，信息化的大潮已經(jīng)昭示這個(gè)時(shí)代必將具有的特點(diǎn)：即時(shí)、快速、廣闊！這是信息化的時(shí)代，信息的相對(duì)性、轉(zhuǎn)化性和強(qiáng)烈的時(shí)效性決定了我們必須要有辨別和獲取信息的能力，當(dāng)然學(xué)生能否充分利用這些信息并將信息轉(zhuǎn)化為財(cái)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(lái)，只是成績(jī)好的學(xué)生已經(jīng)算不上是好學(xué)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(huì)奮筆疾書地寫作業(yè)、做題、備考的學(xué)生們即將被這個(gè)時(shí)代所淘汰。

學(xué)習(xí)是學(xué)生的分內(nèi)之事，好學(xué)生就是要學(xué)習(xí)成績(jī)好、學(xué)習(xí)效率高。之所以這么肯定是因?yàn)閷W(xué)習(xí)本身是一件很容易的事情，明確要學(xué)習(xí)的內(nèi)容、運(yùn)用好的學(xué)習(xí)方法、做好時(shí)間管理，再加上很好的執(zhí)行力，取得好的成績(jī)簡(jiǎn)直就輕而易舉。

好學(xué)生應(yīng)該以自己探索學(xué)習(xí)為主、老師教育為輔，適應(yīng)個(gè)性化、訂單式的教育模式。這樣，學(xué)生可以自己把握和控制學(xué)習(xí)進(jìn)度，通過(guò)開放式的平臺(tái)和更多的牛人交流對(duì)話、開闊思路、解決實(shí)際問(wèn)題，從而提高自己的水平。同時(shí)，好學(xué)生還要有自己的想法和安排，能夠從容地面對(duì)困難、解決困難，并通過(guò)交流和共享體驗(yàn)豐富的人生，對(duì)以后的人生有所規(guī)劃，自主地培養(yǎng)和發(fā)展自己。

當(dāng)然，光有好的學(xué)習(xí)成績(jī)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，好學(xué)生必須要有高素質(zhì)。素質(zhì)是什么？我常常教育我的學(xué)生，素質(zhì)就是孝順父母，那么怎樣孝順？抓住機(jī)會(huì)、珍惜時(shí)間、努力學(xué)習(xí)，將來(lái)在父母需要我們的時(shí)候能拿出錢、獻(xiàn)出力、扛起家庭的責(zé)任；素質(zhì)就是尊敬師長(zhǎng)，要怎么尊敬？逢年過(guò)節(jié)給那些教育過(guò)我們的老師打個(gè)電話或發(fā)個(gè)郵件，見(jiàn)了樓下看門的叔叔大爺打個(gè)招呼問(wèn)個(gè)好，其實(shí)知恩圖報(bào)就在于生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。

一個(gè)人的素質(zhì)不僅表現(xiàn)在生活中，更體現(xiàn)在工作學(xué)習(xí)上。我常常看學(xué)生開發(fā)的軟件，從他們的設(shè)計(jì)中便可看出學(xué)生的素質(zhì)水平。我常把微軟的例子講給學(xué)生們聽(tīng)，為什么Office這么多年一直保持在辦公軟件領(lǐng)域的壟斷地位，是其把一個(gè)“全功能”的文字處理器做到如此精細(xì)的地步所體現(xiàn)出來(lái)的全心全意為人民服務(wù)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(xué)生擁有的職業(yè)素質(zhì)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(shè)計(jì)軟件，處處以方便用戶為原則，只有這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的軟件才能為用戶所接受。素質(zhì)其實(shí)并不抽象。反映在學(xué)習(xí)上，我們可以通過(guò)一個(gè)學(xué)生做的筆記看出來(lái)這個(gè)學(xué)生素質(zhì)的高低，如果筆記不分章節(jié)、沒(méi)有條理，做出這樣筆記的學(xué)生素質(zhì)一定高不到哪里去。所以，通過(guò)這么多年的教學(xué)，我發(fā)現(xiàn)無(wú)論是在為人、為學(xué)、處事方面，好學(xué)生都比較優(yōu)秀。

無(wú)論是網(wǎng)大排名，還是從社會(huì)認(rèn)可度看，廊坊師范學(xué)院的綜合排名都是屬于一般般的本科學(xué)校。而高考就像是網(wǎng)眼大小不一的篩子，優(yōu)秀的學(xué)生就留在了篩子的上面，其他的學(xué)生，自然就漏到了篩子下面。廊坊師范學(xué)院毫無(wú)疑問(wèn)是篩子下面的學(xué)校，而“好不容易”考上這所學(xué)校的學(xué)生又能好到哪里去？不管是學(xué)校師資、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、學(xué)校氛圍，還是學(xué)生自身的學(xué)習(xí)能力、知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)習(xí)慣等，相對(duì)于好學(xué)校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，確實(shí)是有一定的差距。這也是為什么每年的高考結(jié)束時(shí)，非常有名的學(xué)校都要想盡一切辦法爭(zhēng)奪那些所謂的狀元。但是，就是在這樣的一所學(xué)校里，有一個(gè)信息技術(shù)提高班，這個(gè)班的成員是由不同專業(yè)的學(xué)生組成的，不分文理、不分男女、不分年齡，卻有著共同的夢(mèng)。

這個(gè)班的學(xué)生，無(wú)一例外都參加國(guó)家計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件專業(yè)技術(shù)資格（水平）考試之軟件設(shè)計(jì)師中級(jí)職稱考試，并且全部通過(guò)，其中不乏成績(jī)優(yōu)異者考進(jìn)了全國(guó)前50名。比如2012年下半年軟考，8期學(xué)生畢桃楊進(jìn)入全國(guó)前50名的第22位，該同學(xué)人校時(shí)是生物系的學(xué)生；2010年下半年軟考，6期李雪岐進(jìn)入全國(guó)前50名的第19位，她是電子技術(shù)專業(yè)女生，目前已經(jīng)工作，年薪超過(guò)10萬(wàn)元。

他們?cè)九c計(jì)算機(jī)無(wú)緣，曾經(jīng)也與“好學(xué)生”的稱謂不沾邊，但是通過(guò)提高班的教育，如今華麗轉(zhuǎn)身，成為IT精英。這說(shuō)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(lái)的是“鴨”，而提高班要培養(yǎng)的是“狼”。提高班為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)做出了積極的努力。

在學(xué)生進(jìn)入提高班的第一個(gè)階段，不是對(duì)他們灌輸計(jì)算機(jī)知識(shí)，而是培養(yǎng)興趣，調(diào)動(dòng)積極性，讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)充滿信心。

第二個(gè)階段就是重新激發(fā)學(xué)生好奇心，讓他們學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)新素質(zhì)，Open eyes！好奇心是人類生來(lái)就有的優(yōu)秀品質(zhì)，但是我們的學(xué)生在多年的“教育”之下已被打壓殆盡，所以這個(gè)階段的重要任務(wù)是重新激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓他們保持學(xué)習(xí)的興趣。

第三階段是使學(xué)生真正學(xué)會(huì)使用網(wǎng)絡(luò)和習(xí)慣使用網(wǎng)絡(luò)，充分利用信息資源，編織知識(shí)網(wǎng)。

，

第四階段，讓學(xué)生適應(yīng)各種不同的學(xué)習(xí)方式，不再拘泥于教師和教室，逐漸實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主動(dòng)自主學(xué)習(xí)，成為學(xué)習(xí)的主體。

第五階段進(jìn)入工程素質(zhì)培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、品德素質(zhì)、職業(yè)素質(zhì)。

第六階段進(jìn)行基礎(chǔ)理論培養(yǎng)，鼓勵(lì)他們?nèi)〉眯袠I(yè)資格和職稱資格，準(zhǔn)備敲門的金磚。

第七階段，使用時(shí)下先進(jìn)的技術(shù)和思想，讓他們像狼一樣如饑似渴地學(xué)習(xí)，進(jìn)一步充實(shí)知識(shí)、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(xué)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(xué)計(jì)算機(jī)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(xué)院，但只念半年就因?yàn)楦改肛?cái)務(wù)緊張而輟學(xué)。“最成功的輟學(xué)生”蓋茨在1973年進(jìn)入哈佛，兩年后輟學(xué)，和比他高兩個(gè)年級(jí)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(xué)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(xué)生才算好學(xué)生呢？高校又如何培養(yǎng)好學(xué)生呢？

長(zhǎng)期以來(lái)，在家長(zhǎng)和老師們的心中，好學(xué)生一定是那些“考試成績(jī)優(yōu)秀”“遵守紀(jì)律”“循規(guī)蹈矩”“老實(shí)聽(tīng)話”的學(xué)生，而那些思想活躍、性格開朗、遇事肯動(dòng)腦筋、常有自己的看法、愛(ài)提意見(jiàn)的學(xué)生卻很少被評(píng)為優(yōu)秀。在就業(yè)過(guò)程中，我們常常發(fā)現(xiàn)那些公認(rèn)的好學(xué)生不一定能找到好工作，而那些不太聽(tīng)話，頗有個(gè)性的孩子，反而比較受用人單位青睞。

那么優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)究竟是什么呢？我認(rèn)為學(xué)生不分好壞，而好學(xué)生不一定是人才，我們應(yīng)該多元化地去評(píng)價(jià)學(xué)生。青海大學(xué)計(jì)算機(jī)系在建系之初，將面向西部地區(qū)的信息技術(shù)行業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)定位在培養(yǎng)具備如下特點(diǎn)的高級(jí)專門人才：德、智、體、美全面發(fā)展；掌握與信息技術(shù)相關(guān)的自然科學(xué)和相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，具有創(chuàng)造性地將這些知識(shí)應(yīng)用于信息系統(tǒng)構(gòu)建和應(yīng)用的潛力；掌握計(jì)算機(jī)學(xué)科的基本理論以及計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的應(yīng)用知識(shí)，對(duì)信息技術(shù)的效用和發(fā)展趨勢(shì)有深入理解和評(píng)估能力；有良好的組織管理和交流溝通能力，能適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)需求的變化。

作為一名大學(xué)教師，除了一線的教學(xué)工作，我也做過(guò)輔導(dǎo)員、團(tuán)總支書記、班主任，并帶過(guò)班。在學(xué)生的入學(xué)教育中，我們?cè)诘谝淮伟鄷?huì)上給學(xué)生的要求就是先學(xué)會(huì)做人，再做學(xué)問(wèn)。一個(gè)人可以沒(méi)有學(xué)問(wèn)，但必須要有人品，做人要心地善良。我?guī)н^(guò)的學(xué)生中有一位同學(xué)，他大一的時(shí)候經(jīng)常在網(wǎng)吧玩游戲，各種游戲組成了他的生活，在第一年的綜合考評(píng)中年級(jí)倒數(shù)第三。我多次跟他談，發(fā)現(xiàn)這位學(xué)生挺活潑，也比較善良，后來(lái)經(jīng)常側(cè)面鼓勵(lì)他，讓他多參加一些活動(dòng)，活動(dòng)中我也經(jīng)常給他提供機(jī)會(huì)讓他當(dāng)隊(duì)長(zhǎng)。后來(lái)在大二時(shí)他參加系里的辯論賽，在一次次辯論賽及準(zhǔn)備的過(guò)程中一點(diǎn)點(diǎn)成長(zhǎng)起來(lái)。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(gè)過(guò)程中，他學(xué)會(huì)了向身邊的朋友學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)他們的鉆研和刻苦精神，自己也慢慢成長(zhǎng)，少了一些輕浮，多了些穩(wěn)重。大三上學(xué)期他競(jìng)選上了我系學(xué)生會(huì)主席，在各方面的工作中積極進(jìn)取、開拓創(chuàng)新，帶領(lǐng)學(xué)生會(huì)成員圓滿完成了很多工作，得到了系里老師和同學(xué)們的認(rèn)可。大三下學(xué)期他和自己的小團(tuán)隊(duì)在一次軟件比賽中獲得三等獎(jiǎng)，現(xiàn)在他在實(shí)習(xí)單位也經(jīng)常得到別人的高度認(rèn)可。那天他還高興地給我打電話，告訴我他今年可以拿到獎(jiǎng)學(xué)金。他的成績(jī)至今最好也就在班里前10名，但是在我看來(lái)，這樣的學(xué)生就是非常優(yōu)秀的好學(xué)生。

著名的教育家蘇霍姆林斯基曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“在每一個(gè)學(xué)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。”其實(shí)，每個(gè)學(xué)生心里也希望自己與眾不同，有自己獨(dú)特的一面，這樣孩子也會(huì)感覺(jué)到自己的存在更有價(jià)值。在他們身上，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)成長(zhǎng)中最重要的并不是考高分，而是在成長(zhǎng)路上的不斷感悟和思索。作為教師，我們?cè)趯W(xué)生的成長(zhǎng)中要有強(qiáng)烈的愛(ài)心和責(zé)任心，更應(yīng)該懂得寬容學(xué)生，學(xué)會(huì)欣賞學(xué)生，學(xué)會(huì)傾聽(tīng)他們的聲音。老師的愛(ài)可以感染學(xué)生，讓學(xué)生也愛(ài)自己的老師，這種情感流動(dòng)一旦形成良性循環(huán)，學(xué)生的人格品質(zhì)就會(huì)不斷地進(jìn)步，一個(gè)和諧的、積極的、充滿活力的氛圍就會(huì)形成。

趙歡 湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院

在中國(guó)的絕大多數(shù)中小學(xué)校里，“好學(xué)生”即意味著“聽(tīng)老師話、班干部、成績(jī)好的學(xué)生”。中國(guó)的基礎(chǔ)教育很扎實(shí)，讓學(xué)生掌握了很多知識(shí)，但我不得不說(shuō)，為備戰(zhàn)高考而常年進(jìn)行的題海戰(zhàn)術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)化的訓(xùn)練抹殺了學(xué)生們的個(gè)性和創(chuàng)造力。很多孩子原本是有靈氣的，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)12年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)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(shuō)沉睡了，但絕不是消失了。中國(guó)的高校應(yīng)該承擔(dān)起喚醒學(xué)生“靈氣”的責(zé)任，而不是繼續(xù)抹殺他們的個(gè)性，以期為國(guó)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(shè)者。

好學(xué)生在我的眼中應(yīng)該具備以下特質(zhì)：（1）心態(tài)陽(yáng)光，能承受挫折；（2）懂得基本禮儀，善于交流；（3）喜歡提問(wèn)，敢于質(zhì)疑老師；（4）有想法了樂(lè)于去動(dòng)手實(shí)踐，并善于總結(jié)。如果具備上述某一條，我認(rèn)為他就是一個(gè)好學(xué)生；具備其中多條，那就是一個(gè)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(xué)生教之，實(shí)乃教師幸事。

作為高校，應(yīng)該去發(fā)現(xiàn)這樣的好學(xué)生，挖掘?qū)W生身上這樣的潛質(zhì)，并將更多的學(xué)生培養(yǎng)成這樣的人才。我們應(yīng)該思考我們的課程教學(xué)環(huán)節(jié)、成績(jī)?cè)u(píng)定方式直至學(xué)校的教學(xué)管理模式是否利于這樣學(xué)生的脫穎而出。中國(guó)的高校不能只成為讀死書、會(huì)考試學(xué)生的天堂，繼續(xù)堅(jiān)守基礎(chǔ)教育階段“好學(xué)生”的定義，那樣才是中國(guó)教育之不幸。

馬禮 北方工業(yè)大學(xué)

評(píng)判好學(xué)生并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)。我認(rèn)為好學(xué)生肯定不能只用成績(jī)的好壞來(lái)評(píng)判，他們應(yīng)該能夠獨(dú)立思考問(wèn)題，學(xué)習(xí)過(guò)程中刻苦努力，成績(jī)好不驕躁，成績(jī)差不氣餒，善于總結(jié)不足、發(fā)揮優(yōu)點(diǎn)，能夠獨(dú)立思考，有積極向上的進(jìn)取精神的學(xué)生。

我國(guó)高校怎么培養(yǎng)好學(xué)生呢？目前情況下，我國(guó)現(xiàn)在的教育體制應(yīng)該說(shuō)基礎(chǔ)良好，對(duì)學(xué)生的管理和要求都較為全面，但也存在較大問(wèn)題。問(wèn)題之一是應(yīng)試教育環(huán)境下，多種游戲規(guī)則綜合作用，使得應(yīng)試教育漩渦越陷越深。在中小學(xué)，應(yīng)試教育的影響非常深遠(yuǎn)，目前也正逐漸影響著大學(xué)。部分大學(xué)由于追求一些數(shù)字化的指標(biāo)，把本應(yīng)能夠自由發(fā)揮的個(gè)體逐漸逼進(jìn)了應(yīng)試教育的牢籠。學(xué)校為了就業(yè)率、畢業(yè)率、學(xué)位率、考研率、英語(yǔ)通過(guò)率等數(shù)字化率，變相地采用應(yīng)試教育模式；為了通過(guò)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(yǔ)通過(guò)率，設(shè)置專門的英語(yǔ)強(qiáng)化輔導(dǎo)；為了提高考研率，設(shè)置專門的考研輔導(dǎo)等。所有這些措施，一定程度上影響了學(xué)生的思維方式，占用了學(xué)生的時(shí)間，最終影響學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的逐步形成，也制約了培養(yǎng)好學(xué)生的環(huán)境。

我們的大學(xué)要培養(yǎng)好學(xué)生，我認(rèn)為首先要為學(xué)生創(chuàng)造良好的氛圍，這個(gè)氛圍包括良好的管理機(jī)制、良好的教師隊(duì)伍、良好的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新機(jī)制。良好的管理機(jī)制應(yīng)該從教學(xué)管理部門出發(fā)，為學(xué)生創(chuàng)造自由學(xué)習(xí)的空間，去除各種數(shù)字化評(píng)判假象，用真正評(píng)判學(xué)生理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力的手段評(píng)價(jià)學(xué)生，不應(yīng)當(dāng)僅僅從不及格率、畢業(yè)率等指標(biāo)綁架教學(xué)效果，因?yàn)椴患案衤实筒坏扔诮虒W(xué)效果好！

良好的教師隊(duì)伍是培養(yǎng)好學(xué)生的核心，教師本身需要投入精力，有奉獻(xiàn)精神、創(chuàng)新能力，才能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識(shí)的好學(xué)生；良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和創(chuàng)新機(jī)制是培養(yǎng)好學(xué)生的重要硬件保障，學(xué)校應(yīng)多層次、全方位地為學(xué)生提供創(chuàng)新環(huán)境，比如引導(dǎo)學(xué)生參加高質(zhì)量的學(xué)科競(jìng)賽、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等，盡量為學(xué)生提供良好條件，包括實(shí)驗(yàn)條件和老師的具體指導(dǎo)，為學(xué)生提供全面的幫助，培養(yǎng)具有扎實(shí)基礎(chǔ)和優(yōu)秀實(shí)踐能力的好學(xué)生。

此外，要多給學(xué)生留有思考的余地，讓學(xué)生敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。老師在教學(xué)過(guò)程中還應(yīng)多拋給學(xué)生一些啟發(fā)性的問(wèn)題，注重培養(yǎng)他們獨(dú)立思考問(wèn)題的能力。

鄺繼順 湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院

小學(xué)教育的最終結(jié)果是向中學(xué)提供能夠繼續(xù)讀書的中學(xué)生。中學(xué)教育的最終結(jié)果除了向高等院校提供能夠繼續(xù)讀書的大學(xué)生外，還要向社會(huì)直接輸出勞動(dòng)者。高等教育則要培養(yǎng)出高級(jí)勞動(dòng)者，即所謂的高級(jí)技術(shù)人才。因此，培養(yǎng)好學(xué)生本來(lái)就不是高等院校的任務(wù)，而是小學(xué)或中學(xué)的任務(wù)。但是，由于種種原因，小學(xué)和中學(xué)沒(méi)有培養(yǎng)出足夠好的學(xué)生，而大學(xué)又是最后一個(gè)在校進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)的階段，因此大學(xué)兼有培養(yǎng)好學(xué)生和高級(jí)勞動(dòng)者的雙重任務(wù)。

在小學(xué)、中學(xué)和大學(xué)三個(gè)不同的學(xué)習(xí)階段，好學(xué)生有不同的標(biāo)準(zhǔn)。大學(xué)里略去品德、為人與性格方面，簡(jiǎn)單地說(shuō)，身體好、學(xué)習(xí)好的學(xué)生就是好學(xué)生。前者容易理解，后者是什么意思呢？學(xué)習(xí)好意味著4有：有濃厚的學(xué)習(xí)興趣、有正確的學(xué)習(xí)方法、有良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣、有堅(jiān)強(qiáng)的學(xué)習(xí)毅力。

俗話說(shuō)，興趣是學(xué)習(xí)最好的老師，是學(xué)習(xí)的原動(dòng)力，對(duì)學(xué)習(xí)沒(méi)有興趣，自然不是好學(xué)生。學(xué)習(xí)方法不對(duì)，思維方式有問(wèn)題，則不能揭開事物的表象，把握其本質(zhì)，想學(xué)也學(xué)不好。有良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的人通常能把學(xué)習(xí)當(dāng)著一件快樂(lè)的事情，會(huì)在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間，以恰當(dāng)?shù)姆绞秸归_學(xué)習(xí)，并擁有足夠高的學(xué)習(xí)效率。學(xué)會(huì)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(xué)習(xí)的初衷，終將一事無(wú)成。

一些媒體，特別是影視媒體，在大力宣傳名人時(shí)，總是說(shuō)這個(gè)大學(xué)沒(méi)念完，那個(gè)只上了高中，甚至還有些人才小學(xué)畢業(yè)，現(xiàn)在卻是企業(yè)老總，身價(jià)數(shù)億，如何了不起。其實(shí)人們很少看到科學(xué)家是怎樣成功的，他們經(jīng)歷了什么的磨難，他們?yōu)槿祟愖龀隽耸裁簇暙I(xiàn)，他們應(yīng)該受到怎樣的尊重。媒體對(duì)科學(xué)家的宣傳力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)企業(yè)家的鼓吹程度，拜金主義十分盛行。目前中國(guó)的大學(xué)迫切需要來(lái)一次“洗凈靈魂”的“運(yùn)動(dòng)”，以各種方式強(qiáng)化學(xué)校的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，以阻擋或削弱社會(huì)不良習(xí)氣和不良價(jià)值傾向?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)的影響。

大學(xué)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)是深入化與系統(tǒng)化突出，專業(yè)性與擴(kuò)展性強(qiáng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科的基本原理及各課程之間的關(guān)系和拓展空間，為學(xué)生走向工作崗位或在工作崗位上再學(xué)習(xí)提供幫助或指引。中小學(xué)階段，學(xué)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(méi)有使用。大學(xué)階段，掌握與專業(yè)密切相關(guān)的特有思維方式是學(xué)習(xí)好的重要前提。因此，中國(guó)的大學(xué)非常需要對(duì)大學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)與運(yùn)用各種思維方式的訓(xùn)練，特別是增強(qiáng)應(yīng)用批判式思維的能力。

學(xué)生學(xué)習(xí)的好壞，80%與非智力因素相關(guān)。在信心、興趣、習(xí)慣、意志、性格等主要非智力因素中，習(xí)慣占有重要位置。古今中外在學(xué)術(shù)上有所建樹者，無(wú)一不具有良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣可以使學(xué)習(xí)不再枯燥乏味，也可以提高學(xué)習(xí)效率。中小學(xué)階段，老師多半采用填鴨式教育，扼殺了學(xué)生的創(chuàng)造力，把學(xué)生訓(xùn)練成了沒(méi)有思想、只會(huì)考試的機(jī)器。大學(xué)應(yīng)該徹底改變應(yīng)試教育模式，使學(xué)生從過(guò)去的被動(dòng)式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)式學(xué)習(xí)，給學(xué)生留有充分的自由思考空間，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，比如在課堂上敢于質(zhì)疑、敢于發(fā)問(wèn)，遇到問(wèn)題喜歡獨(dú)立思考，課前有所準(zhǔn)備，課堂捕獲要點(diǎn)，課后盡情發(fā)揮等。

我們的學(xué)生喜歡或善于做計(jì)算題，不喜歡或不善于做應(yīng)用題，為什么？除了能力之外，一個(gè)重要的原因就是不愿為之付出努力。對(duì)于這種現(xiàn)象，說(shuō)得輕一點(diǎn)是怕困難，說(shuō)的重一點(diǎn)是逃避主義的懦夫思想在作祟！大學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中改題的現(xiàn)象普遍存在，主要原因仍然是不敢面對(duì)困難，沒(méi)有克服困難的勇氣。大學(xué)教育應(yīng)徹底改變這種現(xiàn)象，首先教師要嚴(yán)格要求學(xué)生，與此同時(shí)還要多加鼓勵(lì)，學(xué)會(huì)用欣賞的眼光看待學(xué)生通過(guò)努力取得的任何成績(jī)，哪怕是一丁點(diǎn)進(jìn)步；要按梯度準(zhǔn)備一些有相當(dāng)難度的問(wèn)題，不要擔(dān)心學(xué)生做不了；布置作業(yè)時(shí)盡量少布置“弱智”題，多布置應(yīng)用題。

王然 中央廣播電視大學(xué)

品學(xué)兼優(yōu)的學(xué)生和將來(lái)對(duì)社會(huì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的學(xué)生都可以說(shuō)是好學(xué)生。要培養(yǎng)好學(xué)生，我們要設(shè)計(jì)科學(xué)的培養(yǎng)模式。培養(yǎng)模式主要包含三個(gè)要素：教學(xué)制度、教學(xué)模式和人文環(huán)境。在培養(yǎng)模式的設(shè)計(jì)方面，大學(xué)總體上應(yīng)該在面向社會(huì)實(shí)際、強(qiáng)調(diào)學(xué)科交叉、重視能力培養(yǎng)、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神、訓(xùn)練系統(tǒng)思考和創(chuàng)新能力等。

作為教育者，我們應(yīng)該激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)掘?qū)W生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。動(dòng)機(jī)是引起和維持個(gè)體的活動(dòng)，并使該活動(dòng)朝向某一目標(biāo)進(jìn)行，以滿足個(gè)體需要的內(nèi)部動(dòng)力。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是指直接推動(dòng)學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種內(nèi)部動(dòng)力，是激勵(lì)和指引學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種需要。學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的主要內(nèi)容包括對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)、對(duì)學(xué)習(xí)的直接興趣、對(duì)自身學(xué)習(xí)能力的認(rèn)識(shí)、對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)的歸因四個(gè)方面。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)具有激發(fā)、維持、強(qiáng)化學(xué)習(xí)行為的作用。動(dòng)機(jī)是一切活動(dòng)的原動(dòng)力，是引起學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為的內(nèi)驅(qū)力。培養(yǎng)、激發(fā)并維持較強(qiáng)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是促進(jìn)學(xué)習(xí)活動(dòng)的源泉，它可以激發(fā)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲，驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)者積極采取一系列學(xué)習(xí)行為去接受信息。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）多樣性。

由于學(xué)習(xí)者扮演著多維的社會(huì)角色，肩負(fù)著多重的社會(huì)責(zé)任，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)呈多樣性，大致可以分為3類：一是個(gè)人價(jià)值的需要，包括提高學(xué)歷層次、充實(shí)個(gè)人生活、實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值、改變社會(huì)地位等；二是求知的需要，包括獲取知識(shí)技能、提高自身素質(zhì)、滿足個(gè)人興趣、愛(ài)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(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)的“操縱者”是學(xué)習(xí)者本身。學(xué)習(xí)的動(dòng)力主要來(lái)自于學(xué)習(xí)者的自身，其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)表現(xiàn)出鮮明的主體性。能夠?qū)ψ约旱膶W(xué)習(xí)承擔(dān)責(zé)任，能夠了解自己的學(xué)習(xí)需要，制定適合自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃并付諸實(shí)施。