丘成桐中學(xué)物理獎金獎獲獎作品解析！論文怎么寫？

丘成桐中學(xué)生科學(xué)獎

丘成桐中學(xué)科學(xué)獎由中國著名數(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)一類獎項，如今歷經(jīng)十幾年，已發(fā)展出：數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、計算機、經(jīng)濟金融建模六大學(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的文章來進行解析。

全球物理獎金獎

01 .丘成桐中學(xué)物理獎金獎獲獎作品解析

關(guān)于論文，我們首先來看一下題目和摘要，對整個論文的內(nèi)容有個大致的了解。
題目和摘要：
題目：線繩自發(fā)打結(jié)的物理機制
摘要：本論文研究線繩自發(fā)打結(jié)的物理機制與過程，以及相關(guān)參數(shù)的影響。論文包括理論分析、轉(zhuǎn)動實驗以及振動實驗。大多數(shù)理論推導(dǎo)都是在實驗觀察中得到啟發(fā)而建立的。首先通過理論分析打結(jié)過程，研究驅(qū)動（振動或轉(zhuǎn)動）以及繩子這兩類因素對打結(jié)的影響。在繩子驅(qū)動因素方面，推導(dǎo)了打結(jié)時轉(zhuǎn)速、摩擦系數(shù)范圍、振幅、最優(yōu)驅(qū)動頻率、時間等公式；在繩子的影響方面，導(dǎo)出了打結(jié)概率與繩長的公式，并對繩子盤繞方式、繩子材料的影響進行了定性分析。通過反復(fù)嘗試，自制了兩種實驗裝置，分別進行振動和轉(zhuǎn)動實驗。在實驗中，驗證了振幅、頻率（轉(zhuǎn)速）、時間、盤繞方式、繩長、材質(zhì)的影響，還對繩結(jié)的打結(jié)與解結(jié)進行了實驗探究。還對打結(jié)的可逆性、容器尺寸等影響進行了討論。大多數(shù)實驗結(jié)果都和理論分析相符。最后，我們對問題進行了總結(jié)和展望。
本文具體研究線繩自發(fā)打結(jié)的物理機制，這一現(xiàn)象在生活中極其常見，比如耳機線、數(shù)據(jù)線、水管等等，但是沒有多少人會去想為什么這些線一不留心就會打結(jié)。
論文主要研究了振動和轉(zhuǎn)動這兩種方式對于打結(jié)的影響，并考慮進去包括振幅，頻率，繩長，材質(zhì)等多個因素，從多個角度對于線繩自發(fā)打結(jié)這一現(xiàn)象進行解釋。
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，但是這個問題究竟為什么會產(chǎn)生卻沒有一個較好的解釋。

02. 獲獎點分析

選題
毫無疑問，選題應(yīng)該是這個作品獲得金獎最重要的因素。
首先
線繩自發(fā)打結(jié)這個現(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帶來各種各樣的困擾。
但是，這個現(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半會兒都很難講清楚。
于是
這種能夠產(chǎn)生充分共鳴，但其機制卻鮮為人知的課題，更好地得到了各位評委老師的青睞。
并且該課題并沒有涉及到較多比較高深的物理學(xué)知識，從整個論文來看，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)計學(xué)內(nèi)容。
用基礎(chǔ)的知識去解決復(fù)雜的實際問題是丘成桐物理方向極為推崇的點。
再者
該課題研究問題可以用較少的實驗器材進行測試，這里不會用到很多復(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。
人類社會中存在的類似問題數(shù)不勝數(shù)，但大部分時候人們都選擇無視或者被動地接受，丘成桐物理獎對于這一現(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)實驗
2.1 振動時間與繩子長度對打結(jié)個數(shù)的影響
2.2 振動方式與繩子材質(zhì)對打結(jié)個數(shù)的影響

三、理論分析
3.1 驅(qū)動的影響
3.1.1 轉(zhuǎn)動與轉(zhuǎn)速
3.1.2 驅(qū)動參數(shù)
3.1.3 時間的影響
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、振動實驗
4.1 振動參數(shù)的影響
4.1.1 繩結(jié)個數(shù)與振動方向的關(guān)系
4.1.2 繩結(jié)個數(shù)與振幅的關(guān)系
4.1.3 繩結(jié)個數(shù)與振動頻率的關(guān)系
4.1.4 繩結(jié)個數(shù)與振動時間的關(guān)系
4.2 繩子的影響
4.2.1 繩結(jié)個數(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)動實驗
5.1 轉(zhuǎn)動參數(shù)的影響
5.1.1 轉(zhuǎn)動時間對繩結(jié)個數(shù)的影響
5.1.2 轉(zhuǎn)動頻率對繩結(jié)個數(shù)的影響
5.2 繩子參數(shù)的影響
5.2.1 繩子盤繞方式對繩結(jié)個數(shù)的影響
5.2.2 摩擦系數(shù)的測量
5.2.3 繩子材質(zhì)對繩結(jié)個數(shù)的影響
5.2.4 繩長對繩結(jié)個數(shù)的影響
5.2.5 配重對繩結(jié)個數(shù)的影響
5.3 討論
5.3.1 打結(jié)的可逆性
5.3.2 轉(zhuǎn)動容器尺寸與形狀的影響

六、總結(jié)與展望

參考文獻
致謝
從目錄中，我們可以看出作者對于該課題的研究思路。
作者從很多個角度，對于這個問題進行了研究和實驗。從多個維度對于同一問題進行探尋對于培養(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，我們再從文章的以下幾個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出發(fā)，進行實際問題的應(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，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，對于實驗部分，學(xué)生選擇了生活中非常常見的材料進行測試。這些實驗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)生可以對線繩打結(jié)問題進行多角度的探索，這是非常難得的一點。

圖2.9: 論文中的實驗部分截圖

最后，該組學(xué)生對于整個實驗的內(nèi)容進行了充分地總結(jié)。
這里系統(tǒng)的將理論和實驗相結(jié)合，對于整個問題進行了詳細地解釋，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（Aposteriori）知識的獲取方式和過程。

圖2.11：論文中的結(jié)論部分截圖

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