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丘成桐中學(xué)物理獎(jiǎng)金獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)作品解析！論文怎么寫？

Category: 國際競(jìng)賽, 物理國際競(jìng)賽, 翰林嚴(yán)選 Date: 2022年6月16日下午12:38

丘成桐中學(xué)生科學(xué)獎(jiǎng)

丘成桐中學(xué)科學(xué)獎(jiǎng)由中國著名數(shù)學(xué)大師丘成桐先生于2008年為全球華人中學(xué)生設(shè)立。原先僅數(shù)學(xué)一類獎(jiǎng)項(xiàng)，如今歷經(jīng)十幾年，已發(fā)展出：數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、計(jì)算機(jī)、經(jīng)濟(jì)金融建模六大學(xué)科為基礎(chǔ)的中學(xué)生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。今天我們精選了全球物理金獎(jiǎng)的文章來進(jìn)行解析。

全球物理獎(jiǎng)金獎(jiǎng)

01 .丘成桐中學(xué)物理獎(jiǎng)金獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)作品解析

關(guān)于論文，我們首先來看一下題目和摘要，對(duì)整個(gè)論文的內(nèi)容有個(gè)大致的了解。
題目和摘要：
題目：線繩自發(fā)打結(jié)的物理機(jī)制
摘要：本論文研究線繩自發(fā)打結(jié)的物理機(jī)制與過程，以及相關(guān)參數(shù)的影響。論文包括理論分析、轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)以及振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。大多數(shù)理論推導(dǎo)都是在實(shí)驗(yàn)觀察中得到啟發(fā)而建立的。首先通過理論分析打結(jié)過程，研究驅(qū)動(dòng)（振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)）以及繩子這兩類因素對(duì)打結(jié)的影響。在繩子驅(qū)動(dòng)因素方面，推導(dǎo)了打結(jié)時(shí)轉(zhuǎn)速、摩擦系數(shù)范圍、振幅、最優(yōu)驅(qū)動(dòng)頻率、時(shí)間等公式；在繩子的影響方面，導(dǎo)出了打結(jié)概率與繩長的公式，并對(duì)繩子盤繞方式、繩子材料的影響進(jìn)行了定性分析。通過反復(fù)嘗試，自制了兩種實(shí)驗(yàn)裝置，分別進(jìn)行振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證了振幅、頻率（轉(zhuǎn)速）、時(shí)間、盤繞方式、繩長、材質(zhì)的影響，還對(duì)繩結(jié)的打結(jié)與解結(jié)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。還對(duì)打結(jié)的可逆性、容器尺寸等影響進(jìn)行了討論。大多數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都和理論分析相符。最后，我們對(duì)問題進(jìn)行了總結(jié)和展望。
本文具體研究線繩自發(fā)打結(jié)的物理機(jī)制，這一現(xiàn)象在生活中極其常見，比如耳機(jī)線、數(shù)據(jù)線、水管等等，但是沒有多少人會(huì)去想為什么這些線一不留心就會(huì)打結(jié)。
論文主要研究了振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)這兩種方式對(duì)于打結(jié)的影響，并考慮進(jìn)去包括振幅，頻率，繩長，材質(zhì)等多個(gè)因素，從多個(gè)角度對(duì)于線繩自發(fā)打結(jié)這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋。
整篇文章的主題即使沒有學(xué)習(xí)過物理的人都可以完全理解，但是這個(gè)問題究竟為什么會(huì)產(chǎn)生卻沒有一個(gè)較好的解釋。

02. 獲獎(jiǎng)點(diǎn)分析

選題
毫無疑問，選題應(yīng)該是這個(gè)作品獲得金獎(jiǎng)最重要的因素。
首先
線繩自發(fā)打結(jié)這個(gè)現(xiàn)象在生活中極為普遍，這一現(xiàn)象或多或少地給大家的生活會(huì)帶來各種各樣的困擾。
但是，這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因究竟是什么?可能就算讓研究物理方向的教授一時(shí)半會(huì)兒都很難講清楚。
于是
這種能夠產(chǎn)生充分共鳴，但其機(jī)制卻鮮為人知的課題，更好地得到了各位評(píng)委老師的青睞。
并且該課題并沒有涉及到較多比較高深的物理學(xué)知識(shí)，從整個(gè)論文來看，只有高中階段的物理理論有所涉及，除此之外僅有基礎(chǔ)的微積分和統(tǒng)計(jì)學(xué)內(nèi)容。
用基礎(chǔ)的知識(shí)去解決復(fù)雜的實(shí)際問題是丘成桐物理方向極為推崇的點(diǎn)。
再者
該課題研究問題可以用較少的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行測(cè)試，這里不會(huì)用到很多復(fù)雜的器材和設(shè)備，這也就讓該課題更加親和。
最后
該課題可以與其他物理內(nèi)容做結(jié)合，比如熱力學(xué)第二定律自發(fā)性，材料物理等等，這些擴(kuò)展都使得該課題有著深刻的研究意義。
類似于線繩自發(fā)打結(jié)的問題實(shí)際生活中非常多，這也就需要學(xué)生與指導(dǎo)老師多多留意這些問題，并去深刻思考如何用最簡單直接的研究方法去解決。
人類社會(huì)中存在的類似問題數(shù)不勝數(shù)，但大部分時(shí)候人們都選擇無視或者被動(dòng)地接受，丘成桐物理獎(jiǎng)對(duì)于這一現(xiàn)象提出了自己的看法和解決方案。

論文

如下是該論文的完整結(jié)構(gòu)：
摘要
目錄

一、引言

二、預(yù)實(shí)驗(yàn)
2.1 振動(dòng)時(shí)間與繩子長度對(duì)打結(jié)個(gè)數(shù)的影響
2.2 振動(dòng)方式與繩子材質(zhì)對(duì)打結(jié)個(gè)數(shù)的影響

三、理論分析
3.1 驅(qū)動(dòng)的影響
3.1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)速
3.1.2 驅(qū)動(dòng)參數(shù)
3.1.3 時(shí)間的影響
3.2 繩子的影響
3.2.1 盤繞方式的影響
3.2.2 繩長的影響
3.2.3 繩子材料的影響

四、振動(dòng)實(shí)驗(yàn)
4.1 振動(dòng)參數(shù)的影響
4.1.1 繩結(jié)個(gè)數(shù)與振動(dòng)方向的關(guān)系
4.1.2 繩結(jié)個(gè)數(shù)與振幅的關(guān)系
4.1.3 繩結(jié)個(gè)數(shù)與振動(dòng)頻率的關(guān)系
4.1.4 繩結(jié)個(gè)數(shù)與振動(dòng)時(shí)間的關(guān)系
4.2 繩子的影響
4.2.1 繩結(jié)個(gè)數(shù)與盤繞方式的關(guān)系
4.2.2 打結(jié)概率與繩子長度的關(guān)系
4.2.3 繩結(jié)個(gè)數(shù)與繩子材質(zhì)的關(guān)系
4.2.4 繩結(jié)的打結(jié)與解結(jié)

五、轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
5.1 轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)的影響
5.1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間對(duì)繩結(jié)個(gè)數(shù)的影響
5.1.2 轉(zhuǎn)動(dòng)頻率對(duì)繩結(jié)個(gè)數(shù)的影響
5.2 繩子參數(shù)的影響
5.2.1 繩子盤繞方式對(duì)繩結(jié)個(gè)數(shù)的影響
5.2.2 摩擦系數(shù)的測(cè)量
5.2.3 繩子材質(zhì)對(duì)繩結(jié)個(gè)數(shù)的影響
5.2.4 繩長對(duì)繩結(jié)個(gè)數(shù)的影響
5.2.5 配重對(duì)繩結(jié)個(gè)數(shù)的影響
5.3 討論
5.3.1 打結(jié)的可逆性
5.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)容器尺寸與形狀的影響

六、總結(jié)與展望

參考文獻(xiàn)
致謝
從目錄中，我們可以看出作者對(duì)于該課題的研究思路。
作者從很多個(gè)角度，對(duì)于這個(gè)問題進(jìn)行了研究和實(shí)驗(yàn)。從多個(gè)維度對(duì)于同一問題進(jìn)行探尋對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性和辯證性意義重大，也滿足國外教育中辯證思維（Critical Thinking）這一重要組成部分。
研究對(duì)象的全面性也是該作品獲得極高平均的重要原因。

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03 .論文詳解

>>>除了目錄外，我們?cè)購奈恼碌囊韵聨讉€(gè)方面來看一下這篇文章的優(yōu)秀之處：
首先，該文章中理論部分書寫清晰，整體上是由高中的物理知識(shí)出發(fā)，進(jìn)行實(shí)際問題的應(yīng)用和解答，如圖2.8所示。

圖2.8: 論文中的理論推導(dǎo)部分截圖

這里我們可以看出，該論文并不需要高深的物理背景知識(shí)，但是整體理論推導(dǎo)極其工整，邏輯清晰，非常易于讀者理解。
此外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)部分，學(xué)生選擇了生活中非常常見的材料進(jìn)行測(cè)試。這些實(shí)驗(yàn)器材均極為容易獲取，但就是通過這些非常簡易的器材，學(xué)生可以對(duì)線繩打結(jié)問題進(jìn)行多角度的探索，這是非常難得的一點(diǎn)。

圖2.9: 論文中的實(shí)驗(yàn)部分截圖

最后，該組學(xué)生對(duì)于整個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行了充分地總結(jié)。
這里系統(tǒng)的將理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)于整個(gè)問題進(jìn)行了詳細(xì)地解釋，這一部分體現(xiàn)了物理研究的科學(xué)性和完整性，也完美契合了康德《純理性批判中》后驗(yàn)（Aposteriori）知識(shí)的獲取方式和過程。