安培力实验设计与制作的再研究

四川省什邡中学

作者：李卓儒

辅导教师：姜全智  车宇

项目简介

实验探究“研究磁场对通电导线的作用”，是用弹簧测力计来观测和记录读数。这个实验能进行定性、定量很难成功，弹簧测力计测量精确度又不高，现在实验室普遍使用的弹簧测力计作为测量仪器，在“研究磁场对通电导线的作用”的实验中是很难达到理想的实验效果的。去年（2011年）我对它进行了改进和研究，第一、对测量仪器的改进，把测力计改为电子称。第二、是对强弱磁场进行了改进，把蹄形磁铁改为电磁铁。并在2012年参加了四川省二十七届青少年科技创新大赛的比赛和答辩，获得了二等奖。实验效果还是没有达到理想的程度。用什么方法才能达到理想的实验效果呢？我决定对安培力实验进行再研究。研究过程中，我们采用了参阅文献、上网游览、访谈、观察、收集事例等方法，历经五个阶段。经过2011年的研究和2012年的比赛，实验还是没有达到理想的效果，决定对它进行再研究。据了解，目前我们学校对安培力实验的测量问题都感到头痛，特别是安培力实验，由于实验效果差有的学校采取少做或不做，或是黑板上做实验。

一种是用测力计作为测量工具，第二种是用强度系数小一点的螺旋弹簧作为测量工具，这种方法可以看到有安培力有一点很小的变化，读数比较困难，学生也不容易观测。

创新点：1、改进了电子天平（从精度0.1克改为0.01克）进行探究，更能够准确地探究安培力F与B、I、L、θ的关系。2、把电磁铁改成了钕铁硼磁铁，使匀强磁场更加稳定，使线框能全部置于磁场中，并且很方便的通过改变钕铁硼磁铁的对数而改变磁感应强度。3、电脑摄像头的运用可以观察到局部细节的变化。4、多媒体投影的运用增加了可见度，从不易观察和读数的实验变得轻松自如，增加了可信度。5、在做实验的同时可以进行同步录像，用于资料保存。6、通过改进后整个装置操作简单、携带方便、测量准确。

本项目运用了搜集、移植、找需求、物理学等方法，通过调查等方法。

基于时分复用原理增大计算全息重建像尺寸方法的设计与研究

北京师范大学附属实验中学

作者：高翔宇

辅导教师：刘越  李宇炜

项目简介：

计算全息是一种成像在空间中的三维显示方案，因此其显示效果优于其它三维及二维显示方案，但它的一些缺点限制了它的进一步发展及产品化，其中因为成像尺寸小对计算全息产品化的影响最大，而且在这方面与其它显示方案差距最大，所以作者：决定改善这一问题，并以迈克尔逊干涉仪为原型独立发明了基于时分复用原理的简单低成本的新型分振幅装置。（实验系统涉及到的原理可笼统地概括为光的偏振、折射、衍射及反射）。实验中，作者通过将这一装置加置在传统成像系统后，在同时满足简单低成本、不减小衍射角度、可重建高质量彩色计算全息像的几个条件下使原系统所成的重建像的尺寸增大了一倍，这是国内外其它同类研究做不到的。

这种新型分振幅装置通过增大计算全息成像尺寸，缩小了计算全息显示方案与其它显示方案在成像质量上的差距，并将推动计算全息显示的产品化和广泛应用。而且目前，作者已在进行有关新型分振幅装置的计算全息显示产品的设计与研究，产品将能播放一段全息视频。

风力发电机叶片振动监测及断裂预警

福建省福州第三中学

作者：李哲舟

辅导教师：魏丽真

项目简介：

风能是清洁的可再生能源，目前风电场建设发展迅速。叶片作为风机的重要部件，断裂事故时有发生，严重影响了风电厂的安全经济运行。我结合所学的物理学原理，针对风机叶片断裂问题做了多项试验研究，提出采集风机叶片的振动信号，进行数据分析，实现在线监测。使用传感器采集叶片振动信号，利用单片机对信号进行模数转换，通过2.4G蓝牙进行无线传输至计算机，应用Matlab程序进行数据处理，得出叶片的固有频率，建立叶片固有频率数据库。通过分析叶片固有频率的变化情况，了解风机叶片的安全状况，及时发现叶片裂纹，跟踪其发展过程并发出预警，防止叶片断裂事故的发生，为保证风电机组的安全运行提供了一个可行方法。制作的风机叶片断裂在线检测装置已向国家知识产权局申请了实用新型专利。该设备已在风电厂进行了实测实验，可正常接收叶片振动信号，显示叶片的固有频率。教育部查新工作站L22对该项目出具了查新结论“在国内公开发表的中文文献中，未见与该项目查新点内容相同的文献报道”。

本项目有如下创新点：1．实现了一种定量检测风机叶片故障的方法，该方法可长期在线监测风机叶片的健康状况，并能够对风力发电机因叶片断裂导致的事故进行预警。2．检测装置小巧，重量约200克，安装在6吨重的风机叶片上，不会对叶片的动平衡产生影响，不影响风机的正常运行。3．检测装置造价低廉，具有广阔的应用前景。4．利用2.4G无线技术传送数据，配置灵活，有利于在野外工程条件下组网监测，且不产生通信费用。

展望：1．因受试验条件的限制，目前尚未开展风电厂多机组的组网模拟实验，如条件允许，本方案可以提升为对大规模的风电机组进行远程测控。2．振动检测预警技术不仅可以用于预测风机叶片的断裂，还可应于风机塔筒的安全监控、以及吊车的悬臂梁，桥梁等方面监控。