物理課題推薦，中學生科研項目及科研競賽通用

本周課題導視

物理學方向課題
網球拍減振器
聲音共振可視化的克拉尼圖形研究
地熱換熱器的熱性能研究
基于變分學及最優化理論的FPU格子的周期性解的性質研究
納米顆粒在植物中的運輸
飛機機翼的仿生設計
自動化范德華堆疊系統

1. 網球拍減振器??
多項研究表明，網球拍的振動會影響運動員肌肉的疲勞。使用低振動網球拍可以提高控球水平和準確性。在這個項目中，我們的目標是為網球拍設計一種創新的輕量化減振器。網球拍的振動行為將通過數值模擬或實驗進行研究。隨后，我們將設計一種創新的阻尼器，并對其性能進行評估。

相關學科??
機械工程，物理學

2. 聲音共振可視化的克拉尼圖形研究?
本課題通過實驗結合理論的方式，研究音樂的頻率通過薄板振動和反射疊加后，如何形成共振疊加，進而形成美麗的克拉尼圖形。

因為振動現象是廣泛存在于我們的宇宙的方方面面，這種“聲音共振”的案例，非常容易推廣到更廣泛的材料學、光學、社會學甚至經濟學等等諸多的領域中。

相關學科??
物理學

3. 地熱換熱器的熱性能研究?
地源熱泵系統具有能耗低、污染小的特點，符合環保節能的社會背景，具有廣闊的應用前景。地源熱泵有不同的種類，各有其優點和不足。

本項目研究的對象是同軸套管式地埋管地源熱泵。通過對同軸套管式地埋管換熱器的傳熱過程進行研究，建立同軸套管式地埋管換熱器的模型，利用計算流體力學軟件進行數值模擬。

相關學科??
物理學

4. 基于變分學及最優化理論的FPU格子的周期性解的性質研究?
我們要研究的FPU格子是一種典型的周期性結構，人們雖能利用拉格朗日乘子、“凝聚-緊性”原理以及不動點定理等工具證明其中行波解的存在性，但這類解的形態問題卻一直懸而未決.

本項目旨在對一維FPU格子中的行波形態進行研究。我們將在變分學的框架下對問題進行重寫，應用一種特殊形態的山路定理得到周期性解的存在性，并研究一個簡化的最優化問題，得到這個問題中極值解的“單模性”。

相關學科??
物理學

5. 納米顆粒在植物中的運輸?
盡管諸多實驗結果表明許多納米顆粒可以改善植物樹葉、根部對營養液的吸收，目前沒有較為完善的理論。本項目中，我們使用分子動力學來模擬納米顆粒在植物中的傳質作用，我們探索納米顆粒的種類、表面特性、尺寸、電荷等因素對其在植物中的傳質的影響。

相關學科??
物理學，材料科學

6. 飛機機翼的仿生設計?
受貓頭鷹和其他飛行動物安靜飛行的生物學啟發，具有前緣外型特殊化處理的飛機機翼可以顯著降低噪音。然而，抑制如何隨著機翼尺寸大小和飛行速度而變化的機制仍未被研究。

在這個項目中，我們研究了通過在翼型結構中實施多孔介質來降低聲級，以及噪聲如何隨翼型尺寸和入射流速的變化而變化。此外，研究了隨著孔隙率增加的翼型空氣動力學性能的變化，以最大限度地減少翼型阻力和在各種宏觀運動時產生的噪聲。

相關學科??
航空，航天科學技術，物理學

7. 自動化范德華堆疊系統?
二維材料之間的扭轉角十分重要，只有在扭轉角接近零的情況下，最低導帶和價帶才會平坦且重合，出現新奇的現象。然而，很少有人嘗試盡可能精確地自動控制扭轉角和材料的均勻度。

在本項目中我們調研了一種新的二維材料堆疊轉移方法，通過使用真空系統、旋轉、傾斜、平移和自反饋軟件來檢測兩個單層的接觸狀態。這些方法可以解決二維器件的不可重復性和不可控性，加速納米材料的進一步發展。

相關學科??
物理學，材料科學

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