9 中學(xué)生科學(xué)競(jìng)賽項(xiàng)目一等獎(jiǎng)作品集(高中組)

示意圖該項(xiàng)目具體應(yīng)用了物理科學(xué)方法。1．查資料發(fā)現(xiàn)因司機(jī)開門不注意，發(fā)生意外的路人很多。2.尋找傳輸儀器：他的類型主要有（反射傳輸器，光纖傳輸器，數(shù)據(jù)傳輸器，等等）其中反射傳輸器是通過倒車鏡反射車后物體的從在，然后向指定儀器傳輸他相應(yīng)的信息，或指令。3.設(shè)計(jì)車門控制系統(tǒng):主要有反射傳輸器，傳輸線路，車門控制器和控制開關(guān)組成。基本思路是在左倒車鏡上安裝一個(gè)反射傳輸儀，如果有一個(gè)自行車要經(jīng)過，反射傳輸器就會(huì)將獲取的信息傳輸?shù)桨惭b在車門里的控制器上，從而控制車門，司機(jī)就打不開車門，將不會(huì)發(fā)生意外的事故了。基本原理是反射傳輸器通過傳輸線路將反射到的信息傳輸?shù)杰囬T控制器上，然后閉合開關(guān)，從而控制車門。等車旁沒有人經(jīng)過時(shí)，車門控制器會(huì)自動(dòng)釋放指令，車門就可以打開了。這個(gè)車門控制器具有安全性強(qiáng)，從線路上來看實(shí)用性強(qiáng)，從反應(yīng)速度來看高保障，整個(gè)系統(tǒng)的組成是用體積小的芯片和簡(jiǎn)短的線路組成，所以它外觀小，質(zhì)量輕，容易改造。它的能量來源是汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，此外還可以用太陽(yáng)能板來提供能量等等。我的進(jìn)一步設(shè)想是，用倒車鏡上的鏡片把反射器替代掉，這樣會(huì)美觀一些。這個(gè)項(xiàng)目可以給我國(guó)的交通，提供安全保障，讓人們?cè)诼飞细拥陌踩?，有力的推?dòng)了我國(guó)交通安全的發(fā)展。能飛的小車模型—高溫超導(dǎo)磁懸浮研究蘭州市第三十三中學(xué)趙之豪指導(dǎo)教師馬正弟摘要：基于高溫超導(dǎo)體和永久磁體的磁懸浮技術(shù)是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的新研究領(lǐng)域，有可能是未來新型軌道交通發(fā)展的技術(shù)路線之一。通過一系列的實(shí)驗(yàn)研究，了解和認(rèn)識(shí)了高溫超導(dǎo)體（釔－鋇－銅－氧系材料YBCO)、釹鐵硼永久磁體的基本性能和磁懸浮技術(shù)的基本原理。并在此基礎(chǔ)上利用塑料泡沫材料和高溫超導(dǎo)塊材制作了適于磁懸浮實(shí)驗(yàn)的小車模型以及釹鐵硼永久磁鐵軌道，小車模型在永磁軌道上成功實(shí)現(xiàn)了磁懸浮和穩(wěn)定平衡行駛，表明利用永磁軌道和高溫超導(dǎo)塊材研制載人磁懸浮車在原理上是可行的。實(shí)驗(yàn)研究還表明永磁軌道本身產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度在垂直方向較大的梯度以及在軌道表面和同一高度上沿縱向、橫向的均勻性是磁懸浮小車平衡穩(wěn)定行駛的必要條件。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)對(duì)極排列設(shè)計(jì)的永磁體結(jié)構(gòu)和永磁軌道可以有效增強(qiáng)中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度，從而可以提升磁懸浮高度。關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)體永久磁體磁懸浮小車模型問題的提出：今年春節(jié)期間，我們?nèi)胰チ松虾Ｂ糜?。我早就知道上海有磁懸浮列車，所以一到上海，我就吵嚷著要坐磁懸浮列車。在上海的最后一天要從浦東機(jī)場(chǎng)回蘭州，爸爸答應(yīng)我坐磁懸浮列車到機(jī)場(chǎng)。我們終于乘上了磁懸浮列車，列車看上去真漂亮，車廂里干凈、整潔、舒適，很快列車就緩緩地啟動(dòng)了，還能感覺到車體慢慢地浮起來，我還沒有反應(yīng)過來時(shí)，列車已風(fēng)馳電掣地沖出去了，幾乎是眨眼間就看到車廂門框上方電子顯示屏上車速已達(dá)到251km/h,而且每一秒鐘都在快速地提升，很快就到341km/h,又回到340km/h,如此反復(fù)，高速運(yùn)行著，車速又逐漸提高到380km/h,最高到431km/h,太刺激、太神奇了！我還沉浸在這極速的興奮中，列車就到浦東機(jī)場(chǎng)了，時(shí)間太短了，只有7分多種。我當(dāng)時(shí)想如果磁懸浮列車票價(jià)要是便宜一些多好，我就可以多坐幾個(gè)來回充分體驗(yàn)極速的感覺。當(dāng)興奮的心情平靜下來時(shí)，我腦海中馬上浮現(xiàn)出一堆問題：如此巨大的列車是如何神奇地懸浮起來且高速奔馳？什么是磁懸??？是否像傳說中所說依靠巨大的磁場(chǎng)把列車托起來？為什么懸浮的列車那么平穩(wěn)？磁懸浮列車太巨大，能否縮小成像汽車那么?。看蠹揖涂梢蚤_著磁懸浮小車上特殊的高速公路，以400km/h的速度開車，從蘭州到北京只需三個(gè)多小時(shí)，那一定很爽！如果有這樣的磁懸浮車研制成功，燃燒汽油的汽車就可以大幅度減少，既可降低污染，又可節(jié)省能源，應(yīng)用前景和意義一定巨大！帶著這些疑問，我查閱了一些資料，并懷著一種忐忑的心情，來到曾經(jīng)參觀過的蘭州重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，向?qū)ｉT從事磁鐵和磁場(chǎng)研究的專家進(jìn)行了細(xì)致的詢問和請(qǐng)教。根據(jù)查閱的資料和專家介紹,磁懸浮列車實(shí)際上是依靠電磁吸力或斥力將列車車廂托起懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)向,實(shí)現(xiàn)列車與地面軌道間的無機(jī)械接觸,從根本上克服了一般列車輪子與軌道之間的機(jī)械噪聲和摩擦力等問題,在離軌道10mm或100mm的高度快速飛行。目前磁懸浮列車的發(fā)展方向是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的,它利用車上超導(dǎo)磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的斥力,使車體懸浮運(yùn)行,這種磁懸浮列車的懸浮氣隙較大,一般為100mm左右,列車速度比較高,可達(dá)每小時(shí)500千米以上。這種磁懸浮列車采用超導(dǎo)磁鐵技術(shù),而我們知道超導(dǎo)磁鐵是利用低溫超導(dǎo)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的,而超導(dǎo)線圈必須浸泡在液氦容器中，常年工作在4K即零下約270度的低溫條件下,氦氣資源極度貧乏,為此必須建起一套復(fù)雜的回收裝置以便將液氦回收循環(huán)使用,而且超導(dǎo)磁鐵技術(shù)非常復(fù)雜,因此運(yùn)行成本大,很不利于推廣。目前全世界的科學(xué)家和工程師都在尋求新的技術(shù)途徑，發(fā)展全新技術(shù)的磁懸浮列車，而我本人一直對(duì)這個(gè)問題很感興趣。曾經(jīng)一次看電視時(shí)，報(bào)道說我國(guó)最近幾年在鐵基高溫超導(dǎo)材料方面的研究獲得突破性進(jìn)展，并領(lǐng)先于世界同行，這項(xiàng)研究還獲得國(guó)內(nèi)的大獎(jiǎng)。什么是高溫超導(dǎo)材料？目前世界上是否還存在常溫下的超導(dǎo)材料？既然低溫超導(dǎo)磁鐵要用大量的液氦，工作在極低溫度下，成本太高，如果有常溫下的超導(dǎo)材料，這種材料能否應(yīng)用于磁懸浮列車？我立即上網(wǎng)查閱資料，發(fā)現(xiàn)目前還沒有常溫下的超導(dǎo)材料，所謂的高溫超導(dǎo)材料，是相對(duì)低溫超導(dǎo)材料而言。即使是高溫超導(dǎo)材料，也只能工作在幾十K的溫度，但可采用液氮冷卻，而液氮要比液氦便宜得多。我們周圍空氣中到處都是氮?dú)猓晕蚁胗靡旱鋮s的高溫超導(dǎo)材料如果能用于磁懸浮列車，運(yùn)行成本一定會(huì)大幅度下降。在思考這些問題中，我聯(lián)想到小時(shí)候曾經(jīng)玩過吸鐵石，只記得吸鐵石一靠近鐵釘，鐵釘立即“飛”到吸鐵石表面上，吸鐵石之間有些是相吸的，有些是相斥的。爸爸曾告訴我吸鐵石就是永久磁鐵，是由一種“稀土”材料做成的，一旦帶上磁性，磁性就“永久”保留，所以叫永久磁鐵。我國(guó)稀土材料是世界上最豐富的，儲(chǔ)量世界最多。由此我突生靈感，不禁聯(lián)想到，能否用永久磁鐵做成磁懸浮列車的車軌？而用高溫超導(dǎo)材料做磁懸浮列車的底盤，這樣只要兩者的磁極性相反，就可產(chǎn)生排斥力，如果排斥力足夠大，就能把列車車廂托起來實(shí)現(xiàn)懸??！如果這個(gè)想法能實(shí)現(xiàn)，磁懸浮列車的成本肯定可以大幅度降低！關(guān)鍵是永久磁鐵能否讓高溫超導(dǎo)磁體懸浮到足夠的高度？因此，在蘭州重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室老師和我們物理老師的指導(dǎo)幫助下，我開展了對(duì)高溫超導(dǎo)體和永久磁體的性能實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)行了利用永久磁體和高溫超導(dǎo)塊材而產(chǎn)生的磁懸浮實(shí)驗(yàn)和分析，并與老師們一起制作了永久磁鐵組成的小軌道，開展了高溫超導(dǎo)永磁磁懸浮小車模型實(shí)驗(yàn)，的確發(fā)現(xiàn)永久磁鐵可以把高溫超導(dǎo)塊材懸浮起來，由高溫超導(dǎo)塊材制作的小車模型可以在永久磁鐵組成的車軌上“懸浮飛行”。引言現(xiàn)代社會(huì)由于人口的急速膨脹伴隨著城市化的大規(guī)模推進(jìn)，特別是家用轎車的快速普及加速了人口流動(dòng)，加劇了交通狀況的惡化,并產(chǎn)生了一系列社會(huì)問題，如交通安全事故,環(huán)境污染,能源危機(jī)等。為了緩解這些問題,各國(guó)的科學(xué)家和工程師都在研制新型的交通工具，以改變目前交通運(yùn)輸狀況,因此磁懸浮列車和磁懸浮載人車運(yùn)用而生。專家指出，磁懸浮列車具有高效、安全、快捷、舒適、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。磁懸浮列車實(shí)際上是依靠電磁場(chǎng)特有的“同性相斥、異性相吸”的特性，利用電磁力來抵消車廂自身的重力，將車廂托起懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)向,實(shí)現(xiàn)列車與地面軌道間的無機(jī)械接觸,在離軌道10－150mm的高度快速飛行。磁懸浮列車?yán)密嚿铣瑢?dǎo)磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的斥力,使車體懸浮運(yùn)行。由于采用液氦制冷的低溫超導(dǎo)磁體技術(shù)，這種磁懸浮列車技術(shù)復(fù)雜，運(yùn)行成本高昂，不利于運(yùn)行和推廣，必須尋求新的磁懸浮技術(shù)途徑。通過查閱資料并請(qǐng)教專家，我發(fā)現(xiàn)自從1986年高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)以來，在過去的二十多年里高溫超導(dǎo)體發(fā)展突飛猛進(jìn)，各種高溫超導(dǎo)材料的工作溫度已達(dá)到50－90K。更讓我驚喜的是，早在1988年科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體能夠穩(wěn)定地懸浮在永久磁體上，這一現(xiàn)象已經(jīng)引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，并孕育了一個(gè)新的研究領(lǐng)域－高溫超導(dǎo)磁懸浮。高溫超導(dǎo)磁懸浮是一種能夠自行調(diào)節(jié)相對(duì)穩(wěn)定的懸浮方式，通常是高溫超導(dǎo)塊材在永久磁體提供的外場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，是利用永久磁體與高溫超導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生的排斥力以保證垂直方向上的懸浮穩(wěn)定性。因此，高溫超導(dǎo)體本身的性能和永久磁體提供的外磁場(chǎng)分布及強(qiáng)弱是決定超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。對(duì)于給定的高溫超導(dǎo)體,磁懸浮性能直接依賴于外磁場(chǎng)的分布及強(qiáng)弱。高溫超導(dǎo)磁懸浮具有穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具開發(fā)潛力和前景的軌道交通技術(shù)之一。查閱的資料表明，最引人囑目的是我國(guó)西南交通大學(xué)已于2000年成功研制了世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車“世紀(jì)號(hào)”，這越發(fā)激起我對(duì)高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的濃厚興趣。在走訪磁體專家，并征得我們物理老師的支持后，我決定對(duì)超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象作進(jìn)一步探索。在得到中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的同意和支持下，我按照老師的指導(dǎo)和幫助，開始了實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、材料和儀器的準(zhǔn)備，并通過在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、問題討論和論文撰寫等過程，開展了高溫超導(dǎo)磁懸浮小車模型的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)分為四部分：第一部分通過實(shí)驗(yàn)了解高溫超導(dǎo)電性的原理和高溫超導(dǎo)體的性能，包括超導(dǎo)態(tài)電阻特性等。第二部分通過實(shí)驗(yàn)了解永久磁鐵的性能，包括測(cè)量不同結(jié)構(gòu)和組合的永久磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度和分布。第三部分進(jìn)行高溫超導(dǎo)永磁體懸浮實(shí)驗(yàn)。第四部分進(jìn)行高溫超導(dǎo)磁懸浮小車模型在永磁軌道上“懸浮飛行”實(shí)驗(yàn)。高溫超導(dǎo)塊材的超導(dǎo)性能實(shí)驗(yàn)與分析第一步進(jìn)行的是高溫超導(dǎo)材料的性能實(shí)驗(yàn)。通過測(cè)量高溫超導(dǎo)材料的零電阻特性，我清楚地認(rèn)識(shí)了超導(dǎo)體從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體的過程。實(shí)驗(yàn)所用的儀器和材料都由中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所提供，并在該研究所的磁體研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，如圖1所示。圖1.高溫超導(dǎo)材料零電阻實(shí)驗(yàn)測(cè)試及所用實(shí)驗(yàn)儀器2.1實(shí)驗(yàn)原理1911年，荷蘭科學(xué)家卡末林一昂內(nèi)斯(Kamerlingh一Onnes)用液態(tài)氦將汞冷卻到4.15K的低溫時(shí)，汞的電阻陡降為零，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性，具有這種性質(zhì)的材料稱為超導(dǎo)體。在外磁場(chǎng)為零的條件下，超導(dǎo)體由正常態(tài)過渡到超導(dǎo)態(tài)的那個(gè)轉(zhuǎn)變溫度叫做這個(gè)超導(dǎo)體的臨界溫度。除了臨界溫度，還有臨界磁場(chǎng)和臨界電流兩個(gè)參數(shù)制約著超導(dǎo)體的性能，即當(dāng)超導(dǎo)體的磁場(chǎng)或者電流超過其臨界值時(shí)，超導(dǎo)電性會(huì)發(fā)生破壞?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果把超導(dǎo)材料放在磁場(chǎng)中冷卻，當(dāng)材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，磁感應(yīng)線將從超導(dǎo)體中排出，超導(dǎo)體內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度總是等于零，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)體的抗磁性。超導(dǎo)電性和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)重要特性。超導(dǎo)體零電阻現(xiàn)象可以理解為，一旦物體在極低溫度下變?yōu)槌瑢?dǎo)體后，物體中自由電子開始凝結(jié)成性質(zhì)非常不同的超導(dǎo)電子，它在物體的晶格點(diǎn)陣中行動(dòng)完全自由，可以自由穿梭，而受到的阻力幾乎為零，隨著溫度降低，越來越多的自由電子轉(zhuǎn)變成為超導(dǎo)電子，從而實(shí)現(xiàn)零電阻現(xiàn)象。就好像在一個(gè)大廣場(chǎng)中有很多人，大家隨便走動(dòng)，如果我要穿過廣場(chǎng)，肯定阻力比較大，不容易穿越，而如果隨便走動(dòng)的人都靜止不動(dòng)了，我穿越廣場(chǎng)阻力就很小了，“我”就是超導(dǎo)電子，而“靜止不動(dòng)的人群”就是物體的晶格點(diǎn)陣，這個(gè)比喻雖然不很嚴(yán)格，但比較容易理解。根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)體可分為低溫超導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)體。高溫超導(dǎo)體是指臨界溫度在30K以上的超導(dǎo)材料。有一種高溫超導(dǎo)材料，如釔－鋇－銅－氧系材料(YBCO)，這類高溫超導(dǎo)體具有很特殊的性能，具有不可逆的磁化曲線，在外磁場(chǎng)作用之后具有一定的剩余磁場(chǎng)，好像變成永久磁體了。本次實(shí)驗(yàn)主要目的是實(shí)驗(yàn)測(cè)量高溫超導(dǎo)材料釔－鋇－銅－氧系材料(YBCO)的零電阻特性，并實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)體從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體的過程。高溫超導(dǎo)材料YBCO的電阻值采用四線法測(cè)量，并計(jì)劃在測(cè)量電阻值的同時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，總電路圖如圖2所示，測(cè)量?jī)x器如圖1所示。高溫超導(dǎo)材料YBCO樣品放置在一個(gè)小型的低溫“恒溫器”中，兩端分別焊接兩塊薄銅片以連接兩根導(dǎo)線，這兩根導(dǎo)線再接到一個(gè)直流電源上，對(duì)高溫超導(dǎo)材料樣品通入較低的電流，另外兩根線兩端接電壓表，另外兩端分別焊接在超導(dǎo)材料樣品上（實(shí)際上超導(dǎo)材料是嵌入在不銹鋼皮中，焊接時(shí)一定去除焊接點(diǎn)處的不銹鋼皮）以直接測(cè)量高溫超導(dǎo)體樣品兩端的電壓值，在高溫超導(dǎo)體樣品的表面貼上一塊溫度傳感器，用于對(duì)樣品的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以，有四根線測(cè)量電流電壓，叫“四線法測(cè)量”，根據(jù)歐姆定律，即可得樣品電阻，測(cè)量樣品和測(cè)量線連接如圖3所示。由于氧化物高溫超導(dǎo)材料樣品的室溫電阻通常只有幾個(gè)到幾十個(gè)毫歐姆，為了減少漏熱，被測(cè)樣品的電引線很細(xì)、很長(zhǎng)，而且測(cè)量的“恒溫器”內(nèi)溫度變化很大，大約從200K到77K，這樣引線電阻較大而且不穩(wěn)定，引線與樣品的連接也不可避免出現(xiàn)接觸電阻。圖2高溫超導(dǎo)材料樣品電阻實(shí)驗(yàn)測(cè)試總電路圖圖3高溫超導(dǎo)材料樣品及四線法測(cè)量電阻連線2.2實(shí)驗(yàn)材料、儀器和實(shí)驗(yàn)操作步驟實(shí)驗(yàn)材料：本實(shí)驗(yàn)采用的高溫超導(dǎo)材料樣品是鎳基釔－鋇－銅－氧系材料(YBCO)，臨界溫度為92K。冷卻高溫超導(dǎo)材料的制冷劑是液氮。測(cè)量線是細(xì)銅導(dǎo)線。實(shí)驗(yàn)儀器：本實(shí)驗(yàn)所用的直流電源是KEITHLEY6221直流橫流源，實(shí)驗(yàn)用電壓表是KEITHLEY2182A納伏表，低溫“恒溫器”是一個(gè)有金屬外殼的“暖水瓶”，該“恒溫器”內(nèi)盛有液氮，所用儀器如圖1所示。由于沒有找到合適的溫度傳感器，很遺憾本次實(shí)驗(yàn)沒有對(duì)超導(dǎo)材料樣品的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：按圖2和圖3所示連接高溫超導(dǎo)材料樣品、電源和電壓表,并仔細(xì)檢查所有連接線。高溫超導(dǎo)材料樣品直接放在測(cè)試臺(tái)上，處于室溫。插入KEITHLEY6221直流恒流源和2182A納伏表電源插座，開啟他們的電源“Poweron”。選擇納伏表測(cè)量范圍為自動(dòng)測(cè)量“AUTO”。慢慢調(diào)節(jié)恒流源電流旋鈕，使恒流源輸出電流為100mA，電流表顯示“100.00mA”，這時(shí)流過高溫超導(dǎo)材料樣品的電流即為100mA。同時(shí)可看到納伏表顯示出測(cè)量的樣品兩端電壓值隨電流增加而增長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)100mA時(shí)納伏表顯示所測(cè)電壓為0.706611mV。根據(jù)歐姆定律可計(jì)算出測(cè)量的電阻為7.066mΩ，這是該高溫超導(dǎo)材料樣品室溫時(shí)的電阻值。把高溫超導(dǎo)材料樣品及其部分接線緩慢放入開口的低溫“恒溫器”內(nèi)，由于“恒溫器”底部盛有液氮，其上半部分充滿冷氮?dú)?，在冷氮?dú)獾睦鋮s下，樣品溫度由室溫開始降低，相應(yīng)地納伏表顯示的測(cè)量電壓從0.706611mV開始隨之降低，隨著溫度越來越低，測(cè)量顯示的電壓值也越來越小，當(dāng)高溫超導(dǎo)材料樣品最終浸入液氮中時(shí)，納伏表顯示的電壓值曾瞬間達(dá)到0.00001mV或“0”mV（電壓表變化太快，沒有看到全部為“0”的顯示）,即瞬間出現(xiàn)“零電阻”現(xiàn)象，從此時(shí)開始即出現(xiàn)“超導(dǎo)態(tài)”。因溫度突變，幾乎是一瞬間，納伏表即顯示為負(fù)電壓值，且負(fù)電壓值逐漸增加。把樣品從液氮中取出，緩慢從低溫“恒溫器”中拿出來，放在室溫測(cè)試臺(tái)，樣品溫度逐漸上升，測(cè)量顯示的電壓逐漸增加，并從負(fù)值跳過“零”變成正值，開始緩慢增加，最終納伏表顯示測(cè)量的電壓值回到0.6949mV,表明樣品溫度從液氮溫區(qū)（77K）逐漸回到室溫。視頻1記錄了樣品溫度從室溫降低到液氮溫區(qū)，再?gòu)囊旱獪貐^(qū)升到室溫時(shí)納伏表所顯示的電壓值變化全過程。2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析按照上述的實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)量出高溫超導(dǎo)材料樣品室溫下的電阻為7.066mΩ。通過實(shí)驗(yàn)，當(dāng)高溫超導(dǎo)材料樣品溫度由室溫降到液氮溫區(qū),再由液氮溫區(qū)升到室溫，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了溫度變化全過程的電阻值，“看到”高溫超導(dǎo)材料的“零”電阻現(xiàn)象，清楚地認(rèn)識(shí)了高溫超導(dǎo)材料隨溫度變化從正常態(tài)到超導(dǎo)態(tài)，再?gòu)某瑢?dǎo)態(tài)到正常態(tài)的演變過程及其電阻特性。高溫超導(dǎo)材料樣品進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后，出現(xiàn)了“負(fù)電壓”或“負(fù)電阻”現(xiàn)象，老師解釋說可能是由于熱電勢(shì)引起的，我沒有完全懂，還需進(jìn)一步理解。由于沒有找到合適的溫度傳感器，所以不能給出被測(cè)樣品電阻隨溫度的變化曲線，也不能測(cè)臨界溫度。三、永久磁體性能實(shí)驗(yàn)研究和分析第二步進(jìn)行的是永久磁體性能實(shí)驗(yàn)。主要研究永久磁體釹鐵硼NdFeB的磁性能，測(cè)量不同磁化方向和不同結(jié)構(gòu)永久磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)所用的釹鐵硼永久磁體和測(cè)量?jī)x器由中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所提供，實(shí)驗(yàn)是在該研究所的磁體研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。3.1實(shí)驗(yàn)原理有一種材料在外加磁場(chǎng)的作用下，會(huì)被“磁化”，當(dāng)外加磁場(chǎng)去掉后仍然保留較強(qiáng)的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，這種材料就是我們通常所說的永久磁鐵。永久磁鐵剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是由材料本身的性能決定的，最常用的永久磁體即是釹鐵硼(NdFeB)。每一塊永久磁體都有磁化方向，不同磁化方向的永久磁體組合在一起，可以增強(qiáng)其磁場(chǎng)，也可以減弱其磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的測(cè)量一般是利用高斯計(jì)。高斯計(jì)是利用霍耳效應(yīng)的原理測(cè)量磁場(chǎng)的。將一種導(dǎo)電板放在垂直于它的磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流通過這個(gè)導(dǎo)電板時(shí)，在導(dǎo)電板的兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生電壓或電勢(shì)差，這種現(xiàn)象即是霍耳效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，在磁場(chǎng)不是非常強(qiáng)的情況下，產(chǎn)生的電壓或電勢(shì)差與通過它的電流和垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，高斯計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)正是利用了這一點(diǎn)。磁場(chǎng)測(cè)量用的這種導(dǎo)電板叫霍爾片，霍爾片受外界溫度的影響比較大。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了三種結(jié)構(gòu)的永久磁鐵，如圖4所示，圖中箭頭的方向表示永久磁鐵的磁化方向，實(shí)驗(yàn)是用高斯計(jì)測(cè)量圖4中A、B、C三種結(jié)構(gòu)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，認(rèn)識(shí)永久磁鐵的性能，并為后續(xù)的磁懸浮實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。圖4三種結(jié)構(gòu)的釹鐵硼永久磁體3.2實(shí)驗(yàn)材料、儀器實(shí)驗(yàn)材料和儀器：本實(shí)驗(yàn)用的永久磁體是具有三種結(jié)構(gòu)的釹鐵硼材料，并由特殊的膠粘結(jié)在一起，如圖4所示，磁體A是由兩塊磁化方向垂直向上的圓柱型磁塊粘結(jié)而成，磁體圓柱直徑48mm，高16mm。磁體B是由兩塊磁化方向相對(duì)的長(zhǎng)方體型磁塊粘結(jié)而成，之間是一塊鐵磁材料，磁體長(zhǎng)70mm，寬65mm，高55mm。磁體C是由兩塊磁化方向相對(duì)的長(zhǎng)方體型磁塊粘結(jié)而成，為提高磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度，之間放置一塊磁化方向垂直向上的永久磁體，整個(gè)磁體長(zhǎng)70mm,寬65mm，高55mm。測(cè)磁的高斯計(jì)是Lakeshore410型，如圖5所示。圖5.高斯計(jì)Lakeshore4103.3實(shí)驗(yàn)操作步驟：實(shí)驗(yàn)主要是用高斯計(jì)測(cè)量三種結(jié)構(gòu)永磁體磁極表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布。由于這三塊磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度較大，實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)這三塊磁體不能靠近，要分別放在相互較遠(yuǎn)的測(cè)試臺(tái)上，而且測(cè)試臺(tái)及其周圍要沒有鐵磁物品。分別在這三塊磁體的磁極表面上用塑料直尺畫出刻度線和測(cè)量點(diǎn)。磁體A是圓柱形，磁極面是圓形的，用彩色筆在磁極面上先畫一條通過圓心的直線，從圓柱的最邊沿，沿該直線每8mm標(biāo)記一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，共7個(gè)測(cè)量點(diǎn)（包括最邊緣的兩個(gè)點(diǎn)）。磁體B和C是長(zhǎng)方體，磁基面是長(zhǎng)方形，用彩色筆在磁極面沿長(zhǎng)度方向（y方向）畫一條中心線，該中心線是長(zhǎng)方形沿長(zhǎng)度方向的對(duì)稱線，在中心線上每10mm標(biāo)記一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，共8個(gè)點(diǎn)，所以磁體B和C沿長(zhǎng)度方向分別有10個(gè)測(cè)量點(diǎn)。在磁極面沿寬度方向（x方向）畫一條中心線，該中心線是長(zhǎng)方形沿寬度方向的對(duì)稱線，在中心線上每5mm標(biāo)記一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，共14個(gè)點(diǎn)，所以磁體B和C沿寬度方向分別有14個(gè)測(cè)量點(diǎn)。用高斯計(jì)Lakeshore410測(cè)量磁極面每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。選擇測(cè)量橫向磁場(chǎng)的專用霍爾探頭，插入高斯計(jì)探頭插口，啟動(dòng)電源（Poweron），并選擇橫向測(cè)量探頭。把霍爾探頭慢慢緊貼在磁體A被測(cè)磁極面上，確保探頭上的“紅色圓點(diǎn)”與磁極面上的被測(cè)點(diǎn)完全重合，才能讀取高斯計(jì)顯示的磁感應(yīng)強(qiáng)度值，這樣逐點(diǎn)測(cè)量，并記錄測(cè)量值。還測(cè)量了磁體A垂直于磁極面沿圓心點(diǎn)向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，用一個(gè)塑料直角三角尺，直角尺垂直于磁極面直立，直角點(diǎn)與圓心重合，沿帶有刻度的直邊，每5mm取一測(cè)量點(diǎn)，共7個(gè)測(cè)量點(diǎn)，高度30mm范圍，測(cè)量每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，記錄測(cè)量值，即可得到磁體A垂直于磁極面沿圓心點(diǎn)向上30mm范圍的磁場(chǎng)分布，由于沒有做特定的測(cè)量工裝，測(cè)量用一個(gè)直角尺做參考，精度不是很高。用高斯計(jì)分別測(cè)量磁體B和C在磁極面上的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿長(zhǎng)度方向和寬度方向的分布，并測(cè)量磁體B和C磁極面中心垂直向上30mm范圍磁感應(yīng)強(qiáng)度分布。測(cè)量步驟和方法與磁體A類似。3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（1）永久磁體A在磁極面上沿直徑方向測(cè)量得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖6所示，沿中心軸線垂直于磁極面從中心至30mm高度的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖7所示?？煽闯鰣A柱形磁體A沿直徑方向的場(chǎng)分布基本上是均勻的，中心稍低，沿大半徑方向稍高，而垂直于磁極面沿中心軸線從磁極面向上，離開磁極面的高度越大，磁場(chǎng)越小，變化梯度是比較大的。磁體A磁極面中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度為3700高斯。圖6.磁體A在磁極面上沿直徑方向圖7.磁體A垂直于磁極面從中心至磁感應(yīng)強(qiáng)度分布30mm高度的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布（2）磁體B和C在磁極面上沿長(zhǎng)度方向（y）的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖8所示，沿寬度方向（x）的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖9所示，從磁極面中心垂直向上30mm范圍內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖10所示。圖8.磁體B和C在磁極面上沿長(zhǎng)度方圖9.磁體B和C在磁極面上沿寬度方向（y）的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布向（x）的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖10.磁體B和C垂直于磁極面從中心至30mm高度的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布（3）從圖8與圖9及磁體B與磁體C比較可看出，二者在磁極面中心沿長(zhǎng)度方向（y方向）的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布在中間區(qū)域比較均勻，沿兩端磁場(chǎng)有一定的下降，梯度不十分大。但沿寬度方向（x方向）的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布完全不同，中心區(qū)域磁場(chǎng)非常集中，且磁感應(yīng)強(qiáng)度很大，而沿中心區(qū)域向外，磁場(chǎng)衰減非?？?，在離邊緣約10mm范圍內(nèi)，磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)變，即出現(xiàn)負(fù)值，就是磁場(chǎng)方向由N極方向轉(zhuǎn)變?yōu)镾極方向，反方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度也相對(duì)很大！這很有意思！據(jù)分析，原因是因?yàn)榇朋wB和C主要由兩塊磁極相對(duì)的永磁體粘接而成，這種結(jié)構(gòu)致使中心區(qū)域磁力線非常集中，中心區(qū)磁場(chǎng)很強(qiáng)，而兩端反方向的磁場(chǎng)很強(qiáng)，沿磁化方向的磁場(chǎng)梯度變化很大。（4）更有趣的是，發(fā)現(xiàn)圖9中磁體B與磁體C相比，在中心區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度分布有一個(gè)“坑”，而且總體上說，磁體C比磁體B在中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度要明顯高很多，幾乎相差2倍。如果比較圖4中磁體B和磁體C的結(jié)構(gòu)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)磁體C兩塊磁極相對(duì)的中間是一塊磁化方向向上的永久磁鐵，而磁體B兩塊磁極相對(duì)的中間只是一塊鐵磁材料，這樣的結(jié)構(gòu)使磁體C中心區(qū)域磁力線更集中，磁場(chǎng)更強(qiáng)，而磁體B在中心的磁場(chǎng)會(huì)減弱。（5）從圖10可看出，對(duì)磁體B和C，垂直于磁極面沿中心軸線從磁極面向上，離開磁極面的高度越大，磁場(chǎng)衰減越快，磁場(chǎng)變化梯度非常大。磁體B在磁極面中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為5580高斯，而在垂直高度30mm處降為760高斯。磁體C在磁極面中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為11300高斯，而在垂直高度30mm處降為1530高斯。（6）如果把磁體A的測(cè)量結(jié)果與磁體B和C進(jìn)行對(duì)比，會(huì)發(fā)現(xiàn)總體上磁體B和C的磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁體A，磁體B和C在垂直于磁極面上方的場(chǎng)梯度也要遠(yuǎn)高于磁體A。主要原因有三點(diǎn)：一是磁體B和C永磁材料本身的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度要高于磁體A；二是磁體B和C的結(jié)構(gòu)主要是由兩塊磁極相對(duì)的永磁鐵粘結(jié)而成，這樣可使中心區(qū)域的磁場(chǎng)更集中、更強(qiáng)，使磁極面上方的磁場(chǎng)梯度更大；三是與磁體B和C相比，磁體A的厚度更薄。四、高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)4.1實(shí)驗(yàn)原理懸浮是指物體克服重力且不與周圍其它物體接觸的一種穩(wěn)定狀態(tài)。所謂磁懸浮就是利用磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)懸浮的一種方法，它利用磁力克服重力實(shí)現(xiàn)懸浮。一個(gè)磁懸浮系統(tǒng)至少包括兩個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，另一個(gè)用來改變或俘獲磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的懸浮。高溫超導(dǎo)體磁懸浮最大的優(yōu)點(diǎn)是它能夠穩(wěn)定地懸浮在外磁場(chǎng)中，其實(shí)里面隱含了兩個(gè)條件：第一，外磁場(chǎng)必須是非均勻的,即一定要有磁場(chǎng)梯度存在；第二，高溫超導(dǎo)體必須俘獲一定的磁場(chǎng)。從上面的實(shí)驗(yàn)我們知道永久磁體上方的磁場(chǎng)是不均勻的，可以具有很大的梯度，可它滿足穩(wěn)定懸浮對(duì)外磁場(chǎng)的要求。而釔－鋇－銅－氧系超導(dǎo)塊材(YBCO)具有俘獲一定的磁場(chǎng)的性能，因此利用永久磁體和高溫超導(dǎo)塊材可以滿足穩(wěn)定磁懸浮的兩個(gè)基本條件。高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的冷卻方式可分為兩種，一種是指將超導(dǎo)體在一個(gè)沒有磁場(chǎng)的環(huán)境下先冷卻使其進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，由愣茨定律可知，處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體靠近永磁體時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)部將產(chǎn)生感應(yīng)電流，阻止外磁場(chǎng)的進(jìn)入。由于超導(dǎo)體內(nèi)部感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)相反，超導(dǎo)體與永磁體間的相互作用可以等效為兩個(gè)極性相同永磁體之間的排斥作用，這種懸浮是不穩(wěn)定的。另一種是先將高溫超導(dǎo)體置于永磁體上方某一位置，然后讓超導(dǎo)體冷卻進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。在超導(dǎo)體冷卻之前，超導(dǎo)體處于正常態(tài)，磁場(chǎng)可以自由地穿過超導(dǎo)體，當(dāng)超導(dǎo)體冷卻進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后，超導(dǎo)體將俘獲磁通，即磁場(chǎng)“被凍結(jié)”在超導(dǎo)體中，超導(dǎo)體處于初始靜止位置不會(huì)受到磁力作用。此時(shí)如果釋放超導(dǎo)體，由于重力作用，超導(dǎo)體將向永磁體靠近，超導(dǎo)體內(nèi)部將產(chǎn)生感應(yīng)電流，超導(dǎo)體與永磁體間的相互作用力表現(xiàn)為排斥力(懸浮力)，但由于排斥力小于重力，超導(dǎo)體將繼續(xù)向永磁體靠近，直到作用在超導(dǎo)體上的排斥力與超導(dǎo)體的重力平衡。當(dāng)超導(dǎo)體與永磁體之間發(fā)生相對(duì)的橫向位移時(shí),超導(dǎo)塊材所處位置的磁場(chǎng)發(fā)生改變，“被凍結(jié)”的磁力線也試圖脫離原來的位置做橫向移動(dòng)，然而由于感應(yīng)電流將阻止這一趨勢(shì)從而宏觀上產(chǎn)生了側(cè)向的回復(fù)力，試圖將塊材拉回初始位置，所以超導(dǎo)體內(nèi)部的俘獲磁通將保證超導(dǎo)體的側(cè)向穩(wěn)定性，從而使超導(dǎo)體能穩(wěn)定地懸浮在永磁體上方，而不需要其他任何控制系統(tǒng)。如果試圖讓超導(dǎo)體進(jìn)一步靠近永磁體，作用在超導(dǎo)體上的排斥力將大于超導(dǎo)體的重力，從而阻止超導(dǎo)體向永磁體靠近；反之，如果使超導(dǎo)體遠(yuǎn)離永磁體時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)部將產(chǎn)生反方向的感應(yīng)電流，此感應(yīng)電流與永磁體間的相互作用力表現(xiàn)為吸引力，阻止超導(dǎo)體離開永磁體。因此，超導(dǎo)體內(nèi)部的感應(yīng)電流保證了垂直方向上的懸浮穩(wěn)定性，而俘獲磁通則保證了懸浮的側(cè)向穩(wěn)定，后述的這種方式是一種穩(wěn)定的磁懸浮。本研究報(bào)告主要是實(shí)驗(yàn)這種穩(wěn)定的磁懸浮，其原理如圖11所示。圖11.高溫超導(dǎo)體磁懸浮示意圖4.2實(shí)驗(yàn)材料和儀器本次實(shí)驗(yàn)采用三種不同規(guī)格的釹鐵硼（NdFeB）永磁體做實(shí)驗(yàn)。高溫超導(dǎo)體采用釔－鋇－銅－氧系超導(dǎo)塊材(YBCO)。實(shí)驗(yàn)中超導(dǎo)塊材常常固定在一個(gè)由聚四氟乙烯制做的桶狀盒中。冷卻高溫超導(dǎo)體的介質(zhì)是液氮。4.3實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象本次高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)分兩種類型：一種是高溫超導(dǎo)塊材位于下方，把永磁體懸浮在超導(dǎo)塊材的上方，對(duì)于這種磁懸浮實(shí)驗(yàn)只需要一塊較小的永磁塊。另一種實(shí)驗(yàn)是永久磁體位于下方，把高溫超導(dǎo)塊材懸浮在上方，由于超導(dǎo)塊材較重，需要比較大塊的永久磁體。（1）先利用尺寸較小質(zhì)量較輕的永磁塊，使其懸浮在高溫超導(dǎo)塊材的上方。首先將高溫超導(dǎo)塊材放入一個(gè)由紙杯做的臨時(shí)“低溫恒溫器”中，在紙杯上方放置一塊薄環(huán)氧板作為支架，并將一小塊釹鐵硼永久磁鐵放在環(huán)氧板上（如圖12左上照片所示），永久磁鐵置于高溫超導(dǎo)塊材的正上方約10mm處，放置好后將液氮緩慢倒入紙杯中，直到淹沒高溫超導(dǎo)塊材（如圖12右上照片所示）。保持液氮一直將高溫超導(dǎo)塊材浸泡在內(nèi)，約5分鐘后超導(dǎo)塊材完全冷卻。完全冷卻后將支撐永磁塊的環(huán)氧板緩緩挪開，發(fā)現(xiàn)永磁塊穩(wěn)定地懸浮在高溫超導(dǎo)塊材的上方了（如圖12下方照片所示），懸浮高度約5－10mm。將永磁塊從高溫超導(dǎo)塊材上方拿開，一小段時(shí)間后再放回去，可以看到永磁塊還能在最初位置繼續(xù)懸浮。視頻2可觀看永久磁鐵的懸浮過程。（2）進(jìn)行將高溫超導(dǎo)塊材懸浮于永久磁塊上方的實(shí)驗(yàn)。需要一塊較大的釹鐵硼永久磁鐵提供足夠的磁場(chǎng)將超導(dǎo)塊材懸浮起來，我們利用前面實(shí)驗(yàn)提到的永久磁塊A。首先將永磁體A放置在一個(gè)簡(jiǎn)單支架內(nèi)，然后把一薄環(huán)氧板放在這個(gè)支架上，將高溫超導(dǎo)塊材連同紙杯“低溫恒溫器”一起置于環(huán)氧板上，使超導(dǎo)塊材在永磁體的正上方約10mm的位置。一切準(zhǔn)備好后將液氮緩慢倒入紙杯中，使高溫超導(dǎo)塊材一直浸泡在液氮中（如圖13左邊照片所示）。5分鐘后待超導(dǎo)塊材完全冷卻，進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后，用剪刀剪開紙杯，輕輕挪開已剪開的紙杯和環(huán)氧板，即發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)塊材懸浮于永磁體的上方，如圖13右邊照片所示，懸浮高度約10－15mm。圖12.永久磁鐵懸浮于高溫超導(dǎo)塊材上方實(shí)驗(yàn)照片圖13.高溫超導(dǎo)塊材懸浮于永久磁鐵上方實(shí)驗(yàn)照片（3）換一塊磁感應(yīng)強(qiáng)度更大的釹鐵硼永磁體，并把高溫超導(dǎo)塊材固定在一個(gè)由聚四氟乙烯制做的桶狀盒中，按類似上面（2）實(shí)驗(yàn)步驟，可觀察到桶狀盒的懸浮狀態(tài)，如圖14所示,懸浮高度約10－15mm。圖14.高溫超導(dǎo)塊材懸浮于永久磁鐵上方實(shí)驗(yàn)照片4.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析通過三輪實(shí)驗(yàn)，完美地再現(xiàn)了神奇的高溫超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了兩種高溫超導(dǎo)磁懸浮狀態(tài)，一種是永磁體懸浮于超導(dǎo)塊材之上，另一種是高溫超導(dǎo)塊材懸浮于永久磁體之上，懸浮高度一般在5－15mm,并觀察到磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，懸浮的高度就越高，磁懸浮高度還與被懸浮的永磁塊或超導(dǎo)塊材重量直接相關(guān)。五、高溫超導(dǎo)磁懸浮小車模型在永磁軌道上飛行的實(shí)驗(yàn)5.1實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)的構(gòu)想是利用塑料泡沫材料制作一個(gè)小車模型的外形，內(nèi)部有盛液氮的“低溫恒溫器”和置于其中的高溫超導(dǎo)塊材；再利用永久磁體和純鐵條搭建一個(gè)永磁軌道。制作的小車模型可以在永磁軌道上“懸浮飛行”，以模擬行使在永磁軌道上的磁懸浮車。高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的性能取決于高溫超導(dǎo)體本身的性能和外磁場(chǎng)的分布及強(qiáng)弱。對(duì)于給定的高溫超導(dǎo)體，系統(tǒng)的懸浮特性直接依賴于外磁場(chǎng)的分布及強(qiáng)弱，磁場(chǎng)越強(qiáng)，系統(tǒng)的懸浮性能越好。根據(jù)本研究報(bào)告的第二部分實(shí)驗(yàn)和研究，采用永久磁體對(duì)極排列方式（如第二部分實(shí)驗(yàn)中的永久磁體B和C）可以把磁力線發(fā)散到較高位置，并能將磁力線高度聚集，以達(dá)到提升磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度的目的，永久磁體基本結(jié)構(gòu)和磁力線分布如圖15所示，如果把這種結(jié)構(gòu)的永磁體沿縱向延伸，很有可能構(gòu)建一條永久磁體軌道。基于這樣的思路，把圖15的基本結(jié)構(gòu)沿縱向延伸，即可形成所要設(shè)計(jì)的永磁軌道。我設(shè)計(jì)了如圖16所示的永磁軌道，該永磁軌道長(zhǎng)720mm，寬84mm，高度10mm。圖17中給出整個(gè)軌道一部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)，軌道的骨架是由三塊720mm長(zhǎng)的純鐵條搭建，在每?jī)蓷l純鐵塊之間是對(duì)極排列的永磁體，永磁體是由24x10x10mm的釹鐵硼永久磁塊粘結(jié)而成，共用了180塊這樣的永久磁塊。圖15.對(duì)極排列的永磁體結(jié)構(gòu)和磁力線分布5.2實(shí)驗(yàn)材料和儀器實(shí)驗(yàn)材料主要是搭建永磁軌道的釹鐵硼磁塊，規(guī)格24x10x10mm,共180塊。高溫超導(dǎo)體采用釔－鋇－銅－氧系超導(dǎo)塊材(YBCO)。實(shí)驗(yàn)材料還包括720mm長(zhǎng)純鐵條三塊、粘結(jié)永磁塊的專用膠、液氮、塑料泡沫等。還有粘結(jié)磁塊的部分工裝、夾具和高斯計(jì)Lakeshore410。圖16.永磁軌道總體設(shè)計(jì)示意圖17.永磁軌道詳細(xì)設(shè)計(jì)和永磁塊排列5.3小車模型制作小車模型的制作比較簡(jiǎn)單，用一塊塑料泡沫材料切削、掏挖成小車形狀，如圖18所示。模型內(nèi)部有一個(gè)小車廂，既作為“低溫恒溫器”盛裝液氦，又放置超導(dǎo)塊材。5.4永磁軌道制作和軌道磁場(chǎng)分布測(cè)量在老師和專家的幫助下，按圖16和圖17所示的設(shè)計(jì)搭建和粘結(jié)永磁軌道。由于永磁塊具有磁性，相互之間的吸引力和排斥力很大，只能借助一些夾具和特殊設(shè)計(jì)的工裝，還要利用專用膠將永磁塊粘接在一起。需要粘接的永磁塊共有180塊，每一塊都要排列整齊，磁化方向準(zhǔn)確無誤，工作量很大。我們花費(fèi)了兩天才完成永磁軌道的制作，最終制成的永磁軌道如圖19所示。圖18.用塑料泡沫材料制作的小車模型圖19.永磁軌道照片用高斯計(jì)測(cè)量永磁軌道的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，由于對(duì)高溫超導(dǎo)塊材起懸浮作用的磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪庇来跑壍老蛏系姆较颍▃方向），磁場(chǎng)測(cè)量只測(cè)垂直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，測(cè)量方法和步驟與本報(bào)告第二部分測(cè)量永磁體磁場(chǎng)分布類似，如圖20所示。首先測(cè)量永磁軌道表面沿小車行使方向（x方向，即縱向）中心線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，該中心線即是位于永磁軌道中心純鐵條的中心線。在該中心線上每30mm刻度一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，全長(zhǎng)720mm，共25個(gè)測(cè)量點(diǎn)，用高斯計(jì)測(cè)量每個(gè)點(diǎn)上垂直于軌道表面向上方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，兩次測(cè)量結(jié)果如圖21所示?？煽闯?，在永磁軌道開始端磁場(chǎng)比較高，這是設(shè)計(jì)的初衷，主要想讓小車模型在初始位置很容易地懸浮在一個(gè)較高的位置，形成一點(diǎn)高度“落差”，以便后面依賴慣性進(jìn)入正常懸浮行使。在后面的六百多毫米軌道內(nèi)，磁場(chǎng)分布基本均勻，兩次測(cè)量的磁感應(yīng)強(qiáng)度值也基本一致，確保磁懸浮平衡穩(wěn)定，懸浮高度一致。圖20.永磁軌道磁感應(yīng)強(qiáng)度分布測(cè)量圖21.永磁軌道表面中心線上磁感應(yīng)強(qiáng)度分布（兩次測(cè)量）接著測(cè)量永磁軌道表面沿橫向（y方向，即軌道寬度方向或垂直小車行使的方向）的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，測(cè)量點(diǎn)選取如圖22所示，為了比較磁場(chǎng)沿縱向的均勻性，在縱向任選兩個(gè)位置，進(jìn)行沿橫向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖23所示。然后再測(cè)沿永磁軌道垂直向上30mm范圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布：沿軌道中心線任選兩個(gè)點(diǎn)分別作為測(cè)量起始點(diǎn)，將一個(gè)塑料直角三角尺垂直于軌道表面直立，直角點(diǎn)與選取的測(cè)量起始點(diǎn)重合，沿帶有刻度的直邊每5mm取一測(cè)量點(diǎn)，共7個(gè)測(cè)量點(diǎn)。在兩個(gè)任選位置上測(cè)量的垂直向上30mm范圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖24所示。圖23測(cè)量結(jié)果表明，由于永磁軌道按對(duì)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在軌道的中心區(qū)域磁場(chǎng)明顯增強(qiáng)，并且磁感應(yīng)強(qiáng)度在橫向的分布以中心線嚴(yán)格對(duì)稱，在縱向任選的不同位置處兩次測(cè)量的磁場(chǎng)值基本一致，表明該永磁軌道制作精度良好，軌道表面磁場(chǎng)在縱向的一致性很好。從圖24可看出，永磁軌道從中心垂直向上的磁場(chǎng)梯度較大，且梯度在不同的縱向位置分布均勻一致，可確保模型小車在同一懸浮高度受到的磁懸浮力一致，以保證穩(wěn)定平衡懸浮。圖22.永磁軌道表面沿橫向磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量點(diǎn)示意圖23.永磁軌道表面沿橫向磁感應(yīng)強(qiáng)度分布（縱向兩個(gè)位置測(cè)量）圖24.永磁軌道垂直向上30mm范圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布（縱向兩個(gè)位置測(cè)量）5.5小車模型在永磁軌道上的磁懸浮實(shí)驗(yàn)和穩(wěn)定磁懸浮行使最后進(jìn)行高溫超導(dǎo)小車模型在永磁軌道上穩(wěn)定磁懸浮行使實(shí)驗(yàn)。首先把高溫超導(dǎo)塊材放入模型車的車廂內(nèi)，用三根不銹鋼細(xì)絲把超導(dǎo)塊材固定在“車廂”底部，以防滑動(dòng)。該模型車“車廂”既作為車廂放置超導(dǎo)塊材，又作為“低溫恒溫器”盛裝液氦，以冷卻超導(dǎo)塊材。將制作好的永磁軌道放置在平整的桌面上，使用一個(gè)簡(jiǎn)單支架將小車放置在永磁軌道的上方，并保持小車處于永磁軌道的中心位置處，小車距永磁軌道高度約10mm，如圖25左邊照片所示。小車放置好后，將液氮緩慢倒入小車車廂內(nèi)，使車廂內(nèi)高溫超導(dǎo)塊材充分冷卻，如圖25右邊照片所示。等到超導(dǎo)塊材完全冷卻后輕輕挪開支架，小車模型就可懸浮在永磁軌道上方。最初實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車不能在永磁軌道上方穩(wěn)定懸浮，也不能穩(wěn)定行使，后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)檐噹麅?nèi)的超導(dǎo)塊材重心與模型小車重心沒有重合，導(dǎo)致的不平衡使小車模型不能穩(wěn)定懸浮，調(diào)整二者重心后，即實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，懸浮高度約15－20mm，如圖26所示，輕推懸浮的小車模型，小車即可沿著永磁軌道實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定“懸浮飛行”，如圖27所示，視頻3記錄了小車模型在永磁軌道上懸浮行使的全過程。圖25.小車模型在永磁軌道上磁懸浮實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備圖26.調(diào)整超導(dǎo)塊材與小車重心后，小車模型開始穩(wěn)定懸浮圖27.穩(wěn)定懸浮和穩(wěn)定行使在永磁軌道上方的高溫超導(dǎo)磁懸浮小車模型基于5.5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和小車在永磁軌道上穩(wěn)定平衡懸浮行使，可以得到如下結(jié)論：由高溫超導(dǎo)塊材制做的小車模型在對(duì)極排列設(shè)計(jì)的永磁軌道上可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定磁懸浮和穩(wěn)定平衡行使；永磁軌道產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度在垂直方向的梯度以及在軌道表面和同一高度沿縱向、橫向的均勻性是小車模型平衡穩(wěn)定行使的必要條件；對(duì)極排列設(shè)計(jì)的永磁軌道可以有效提高軌道中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度，磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，小車模型懸浮的高度越高。由高溫超導(dǎo)塊材制做的小車模型在永磁軌道上穩(wěn)定平衡懸浮行使，也給我們一點(diǎn)啟示：如果增強(qiáng)永磁軌道的磁感應(yīng)強(qiáng)度及其產(chǎn)生的磁場(chǎng)梯度，可以提高產(chǎn)生的磁懸浮力，利用永磁軌道和高溫超導(dǎo)塊材研制載人磁懸浮車在原理上是可行的，是有可能實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然一定還會(huì)有許多技術(shù)挑戰(zhàn)需要解決。六、結(jié)論與展望通過本研究了解和認(rèn)識(shí)了高溫超導(dǎo)體、永久磁體的基本性能及磁懸浮技術(shù)的基本原理。我將獲得的結(jié)果和對(duì)未來的展望總結(jié)如下：（1）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了只有高溫超導(dǎo)體與永久磁體結(jié)合，高溫超導(dǎo)體在永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下先進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，才能實(shí)現(xiàn)自調(diào)節(jié)的穩(wěn)定磁懸浮。由高溫超導(dǎo)塊材制作的小車模型在永磁軌道上成功實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定磁懸浮和穩(wěn)定平衡行使，表明利用永磁軌道和高溫超導(dǎo)塊材研制載人磁懸浮車在原理上是可行的。（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明永磁軌道本身產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度在垂直（向上）方向較大的梯度以及在軌道表面和同一高度上沿縱向、橫向的均勻性是磁懸浮小車平衡穩(wěn)定行使的必要條件。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果和研究表明：對(duì)極排列設(shè)計(jì)的永磁體結(jié)構(gòu)和永磁軌道可以有效提升中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度。對(duì)于懸浮的高溫超導(dǎo)體，磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，懸浮的高度越高。（4）基于高溫超導(dǎo)體和永磁體的磁懸浮技術(shù)具有自調(diào)節(jié)的穩(wěn)定磁懸浮，而且環(huán)保無污染以及懸浮高度可根據(jù)需要設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，由此技術(shù)發(fā)展的磁懸浮列車或載人磁懸浮車具有高效、安全、快捷、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，有可能是未來新型軌道交通發(fā)展的技術(shù)路線之一，具有非常誘人的應(yīng)用前景。但高溫超導(dǎo)體和永磁體一個(gè)共同的缺點(diǎn)是對(duì)溫度很敏感，隨著所處的溫度變化，二者的性能都會(huì)發(fā)生較大的改變，因此高溫超導(dǎo)磁懸浮車長(zhǎng)期的性能可靠性是必須考慮的重大問題；此外，進(jìn)一步降低建造和運(yùn)行成本也是實(shí)際應(yīng)用必須考慮的重要問題之一。鑒于此種情況，我今后的夢(mèng)想是尋求常溫下的超導(dǎo)新材料，如果實(shí)現(xiàn)常溫超，將會(huì)引起一場(chǎng)新的技術(shù)革命。參考文獻(xiàn)：[1].王家素,王素玉.超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用。[2].張?jiān)：?，超?dǎo)物理。[3].蘆逸云，高溫超導(dǎo)塊材磁懸浮實(shí)驗(yàn)與仿真研究（博士論文）。實(shí)驗(yàn)研究的一些體會(huì)：從提出我感興趣的問題、確立研究?jī)?nèi)容到查找相關(guān)資料、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)儀器、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和記錄數(shù)據(jù)，到最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)資料和數(shù)據(jù)整理、分析和研究報(bào)告撰寫，整個(gè)過程都是在老師和專家的指導(dǎo)下進(jìn)行的，所有這些過程對(duì)我來說都是第一次做，遇到了各種困難，也經(jīng)歷了從未體驗(yàn)的酸甜苦辣，這些過程和經(jīng)歷使我深深體會(huì)到完整地做成一件事非常不易，特別是體驗(yàn)到科學(xué)研究的艱辛以及科學(xué)研究所需要的嚴(yán)格、嚴(yán)肅、嚴(yán)謹(jǐn)和一絲不茍。讓我進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，做科學(xué)實(shí)驗(yàn)一定事先要有周密的計(jì)劃、列出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟、做充分的安排和準(zhǔn)備，對(duì)可能出現(xiàn)的各種問題要預(yù)先思考，在實(shí)驗(yàn)過程中除了要細(xì)致的觀察、精確的測(cè)試、認(rèn)真的記錄外，還要具備全面深入思考問題的慎密思維、靈活多變的實(shí)驗(yàn)方法，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)精神，特別是需要不怕失敗的勇氣和分析解決問題的決心及能力。有兩次實(shí)驗(yàn)是在晚上進(jìn)行，我們做實(shí)驗(yàn)到了很晚，指導(dǎo)我的近代物理研究所老師仍然不知疲倦，非常耐心細(xì)致地教我，從他們身上我學(xué)到了難能可貴的忘我工作和奉獻(xiàn)精神。近代物理研究所實(shí)驗(yàn)室許多先進(jìn)的儀器設(shè)備讓我羨慕，通過實(shí)地操作，非常有效地鍛煉了我的實(shí)驗(yàn)操作技能和動(dòng)手能力，更加激發(fā)了我學(xué)科學(xué)、愛科學(xué)的濃厚興趣。這次實(shí)驗(yàn)研究對(duì)我的影響和幫助，將成為我學(xué)習(xí)和生活中的寶貴經(jīng)歷和進(jìn)一步發(fā)展的精神財(cái)富。致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所磁體研究室提供的所有實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；感謝我學(xué)校的物理老師和近代物理研究所老師們?cè)诒敬窝芯窟^程中給予的各個(gè)方面的指導(dǎo)和幫助。枸杞鮮果制干前酒精蒸汽防霉變研究蘭州市第二中學(xué)高二·5班田智中指導(dǎo)老師王雯倩摘要本研究通過對(duì)采摘后枸杞鮮果在酒精蒸汽和空氣中的霉變對(duì)比實(shí)驗(yàn)，考察酒精蒸汽在不同濃度、溫度和時(shí)長(zhǎng)條件下對(duì)枸杞鮮果霉變率的影響情況，并采用正交實(shí)驗(yàn)法確定了酒精蒸汽對(duì)枸杞鮮果霉率的關(guān)鍵控制因素，為避免枸杞采摘后因陰雨天或其他原因不能及時(shí)制干出現(xiàn)高霉果率提供了解決方案。研究結(jié)果表明，在20℃～40℃溫度范圍下，將枸杞鮮果放置在15%酒精水溶液產(chǎn)生的蒸汽中，即可保證其在3天（72小時(shí)）內(nèi)不發(fā)生霉變，又不會(huì)對(duì)其外觀和組分產(chǎn)生影響；枸杞鮮果經(jīng)酒精蒸汽防霉變處理3天并用熱風(fēng)干燥工藝制干后，枸杞干果的霉變率≤3%，僅為枸杞鮮果在常溫空氣中放置24小時(shí)后再采用相同熱風(fēng)干燥工藝制干會(huì)產(chǎn)生30%霉果率的1/10，與采摘后4小時(shí)內(nèi)就及時(shí)進(jìn)行制干產(chǎn)生的霉果率相當(dāng)[1]；上述工藝制干的枸杞將部分不完善粒和全部霉變粒剔除后，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《GB-T18672-2002枸杞(枸杞子)》特優(yōu)級(jí)品的要求[2]。關(guān)鍵詞：枸杞鮮果；制干前；酒精蒸汽；防霉變1.引言枸杞樹在植物分類上屬為茄科茄族枸杞樹植物，為多年生落葉灌木，其果實(shí)枸杞子（簡(jiǎn)稱枸杞）具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)用保健功效，素有“紅寶石”之稱。枸杞樹是附加值較高的經(jīng)濟(jì)樹種，也是固沙造林、改良土壤的先鋒樹種。據(jù)本人前期開展的社會(huì)實(shí)踐調(diào)查，我們甘肅大規(guī)模人工種植枸杞樹起步于2003年，目前，在白銀市的景泰、靖遠(yuǎn)兩縣，已建成10萬畝的枸杞種植基地[3]，獲得了顯著生態(tài)效益和良好的經(jīng)濟(jì)效益，枸杞產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)。每株枸杞樹的枸杞子每年6月初開始逐漸成熟，一直延續(xù)至當(dāng)年的9月底，一般需要每隔5～7天采摘一次，一畝豐產(chǎn)期的枸杞樹每年可累計(jì)采摘枸杞1500kg左右。枸杞鮮果為漿果，皮薄汁多，采摘后極易受到微生物侵染而霉變腐爛[4]，一旦發(fā)生霉變腐爛便完全失去藥用和食用價(jià)值，入藥或食用后會(huì)帶來一定的毒副作用，而且保鮮保藏難度極大，必須將其干燥成枸杞干果。枸杞鮮果制干方法有很多種類，目前普遍采用的是自然（晾）曬制干和熱風(fēng)烘干法。因景泰、靖遠(yuǎn)兩縣氣候干燥、日照充足，當(dāng)?shù)毓r(nóng)每次將成熟的枸杞果實(shí)采摘后，會(huì)及時(shí)清洗并拌入適量的食用純堿（食品級(jí)Na2CO3）后，均勻的攤布在陽(yáng)光下（晾）曬，如圖1所示。在連續(xù)晴天的情況下，經(jīng)4～5天得到含水率≤13%的枸杞干果，剔除部分不完善粒和全部霉變粒后，即可裝袋貯存或作為產(chǎn)成品出售。圖1枸杞生產(chǎn)基地和（晾）曬制干現(xiàn)場(chǎng)成熟的枸杞果實(shí)必須及時(shí)采摘并盡快制干。否則，在6～9月的自然環(huán)境下，12小時(shí)內(nèi)就會(huì)發(fā)生霉變，24小時(shí)內(nèi)其平均霉變率達(dá)10%，48小時(shí)后其平均霉變率就會(huì)超過30%[4]。所以，采用自然（晾）曬制干方法為主的景泰、靖遠(yuǎn)兩縣，一旦出現(xiàn)連續(xù)陰天或雨天，采摘后的枸杞鮮果就會(huì)因無法及時(shí)制干發(fā)生大量的霉變，給果農(nóng)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何降低采摘后制干前枸杞鮮果發(fā)生霉變的速度，使其在一定時(shí)間內(nèi)不發(fā)生霉變，就成為景泰、靖遠(yuǎn)兩縣枸杞產(chǎn)區(qū)迫切需要研究解決的課題。研究資料表明，導(dǎo)致枸杞鮮果發(fā)生霉變的原因主要是細(xì)交鏈格孢、草芽枝霉和毛霉三種霉菌感染并迅速繁殖所致[1]。根據(jù)酒精分子能夠吸收霉菌蛋白的水分，使其脫水變性凝固，從而達(dá)到殺滅目的滅菌原理，考慮到酒精對(duì)枸杞中的有效成分可能產(chǎn)生一定的抽提作用，再考慮到經(jīng)濟(jì)和安全方面的因素，本研究采用5%～20%酒精的蒸汽對(duì)枸杞鮮果的進(jìn)行防霉變處理。本課題研究的目標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)研究確定采用酒精蒸汽對(duì)枸杞鮮果防霉變處理的適宜濃度?？傮w研究路線如圖2所示。圖2總體研究路線通過科技查新得知，目前對(duì)枸杞制干過程中的防霉變研究已有文獻(xiàn)報(bào)到和專利申請(qǐng)，但對(duì)于枸杞鮮果制干前采用酒精蒸汽防霉變的研究和相關(guān)專利申請(qǐng)，目前在國(guó)內(nèi)外尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。2.材料與方法2.1供試材料枸杞鮮果采摘于靖遠(yuǎn)縣靖安鄉(xiāng)枸杞種植基地，采摘時(shí)已成熟并且無霉變。2.2試劑試劑級(jí)無水酒精；30°市售蓮花牌食用白酒，經(jīng)標(biāo)定，酒精含量30.5%。2.3儀器燒杯、量筒、玻璃棒、計(jì)時(shí)器、帶懸勾可對(duì)開式不銹鋼網(wǎng)空心球、溫度可調(diào)恒溫箱、烘箱等。2.4測(cè)定指標(biāo)與方法2.4.1測(cè)定指標(biāo)檢測(cè)枸杞鮮果在空氣和不同濃度酒精蒸汽中，在設(shè)定溫度范圍內(nèi)放置一定時(shí)長(zhǎng)后的霉變率。2.4.2不同濃度酒精溶液配制按照設(shè)定濃度和實(shí)驗(yàn)需求量，計(jì)算出酒精和需要加入蒸餾水體積，分別用量筒量取后，加入燒杯中用玻璃棒攪拌使其混合均勻即得到設(shè)定濃度的酒精溶液。2.4.3實(shí)驗(yàn)方法采摘一定量的枸杞鮮果4小時(shí)內(nèi)，每個(gè)試樣隨機(jī)選定200粒的無霉變果，裝入帶懸勾可對(duì)開式不銹鋼網(wǎng)空心球，在將不銹鋼網(wǎng)空心球懸掛于下部裝有適量（酒精液位低于不銹鋼網(wǎng)空心球最下端，并且保證在計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)不會(huì)揮發(fā)完畢）一定濃度酒精的燒杯內(nèi)開始計(jì)時(shí)，并迅速將燒杯加蓋后放入恒溫箱內(nèi)；經(jīng)過不同時(shí)長(zhǎng)后取出，觀察讀取每個(gè)不銹鋼網(wǎng)空心球枸內(nèi)杞鮮果發(fā)生霉變的粒數(shù)。通過設(shè)定每批實(shí)驗(yàn)的酒精濃度、恒溫箱溫度和時(shí)長(zhǎng)，并且以讀取的枸杞鮮果發(fā)生霉變粒數(shù)為依據(jù)，計(jì)算出枸杞鮮果在不同的酒精蒸汽濃度、溫度和時(shí)長(zhǎng)條件下的霉變率。2.4.4防霉變處理后的枸杞鮮果制干取出防霉變處理后的枸杞鮮果，拌入適量（1%）的食用純堿后，放入烘箱托盤內(nèi)，在45℃～50℃的溫度下烘干48小時(shí)，即可得到含水率≤13%的枸杞干果。2.5實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合景泰、靖遠(yuǎn)兩縣的6～9月的氣候條件，選定研究因素水平的具體數(shù)值，如表1所示。表1因素水平水平ABC時(shí)長(zhǎng)溫度產(chǎn)生蒸汽的酒精濃度124hr25℃5%248hr30℃10%372hr35℃15%496hr40℃20%本研究采用3因素4水平的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行枸杞鮮果制干前酒精蒸汽防霉變的工藝條件的優(yōu)化。因?yàn)闆]有3個(gè)因數(shù)，4個(gè)水平數(shù)的正交表，我們參照相等水平數(shù)，即L16(45)的正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[5]，結(jié)果見表2。表23因數(shù)、4水平正交實(shí)驗(yàn)表試驗(yàn)號(hào)ABC111121223133414452126221723482439313103241133112342134141442315432164413．實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析依據(jù)下頁(yè)表3中所列的正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果，我們可以得出如下結(jié)論：⑴K1A＜K2A＜K3A＜K4A表明霉變率隨著時(shí)長(zhǎng)的增加而升高。⑵K1B＜K2B＜K3B＜K4B表明霉變率隨著溫度的升高而增加。⑶K1C＞K2C＞K3C＞K4C表明霉變率隨著酒精濃度的升高而降低。⑷R3＞R1＞R2表明，在時(shí)長(zhǎng)、溫度和酒精濃度三個(gè)因素中，對(duì)霉變率的影響最大是酒精濃度，其次是時(shí)長(zhǎng)，溫度對(duì)霉變率的影響最小。⑸試驗(yàn)進(jìn)行至96hr時(shí)，僅20%酒精的蒸汽中枸杞鮮果表面出現(xiàn)脫水起皺和顏色加深、發(fā)烏和酒精溶液呈淡橙色的情況，表明在25℃～40℃溫度和96hr時(shí)長(zhǎng)范圍內(nèi)，利用濃度≥20%酒精的蒸汽對(duì)枸杞鮮果制干前進(jìn)行防霉變處理，會(huì)對(duì)枸杞鮮果組成成分和形狀產(chǎn)生一定的影響；而采用濃度≤15%酒精的蒸汽對(duì)枸杞鮮果制干前進(jìn)行防霉變處理，在相同的溫度和時(shí)長(zhǎng)范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)枸杞鮮果組成成分和形狀產(chǎn)生影響。枸杞鮮果制干前酒精蒸汽防霉變?cè)囼?yàn)號(hào)時(shí)長(zhǎng)(A)溫度(B)產(chǎn)生蒸汽的酒精濃度(C)(%)124hr25℃5%4.00224hr30℃10%0.00324hr35℃15%0.00424hr40℃20%0.00548hr25℃10%0.00648hr30℃5%15.5748hr35℃20%0.00848hr40℃15%0.00972hr25℃15%0.001072hr30℃20%0.001172hr35℃5%43.51272hr40℃10%23.01396hr25℃20%0.001496hr30℃15%12.51596hr35℃10%20.01696hr40℃5%70.5K1X4.004.00133.5試驗(yàn)現(xiàn)象：試驗(yàn)進(jìn)行至96hr，僅20%酒精的蒸汽中枸杞鮮果表面出現(xiàn)脫水和顏色加深、發(fā)烏，酒精溶液呈淡橙色。K2X15.5028.0043.00K3X66.5063.5012.50K4X103.093.500.000k1X1.0001.00033.38k2X3.8757.00010.75k3X16.6315.873.125K4X25.7523.380.000RX值24.7522.3833.383.2驗(yàn)證性優(yōu)化實(shí)驗(yàn)3.2.1實(shí)驗(yàn)方案在上述正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，本研究的驗(yàn)證性優(yōu)化實(shí)驗(yàn)如下：首先將30°市售蓮花牌白酒加入等體積的蒸餾水，得到濃度為15%的酒精溶液；然后按照本文2.4.3所述的實(shí)驗(yàn)方法，將恒溫箱的溫度設(shè)定為40℃，進(jìn)行3份試樣（編號(hào)分別為1#、2#、3#）枸杞鮮果制干前15%酒精溶液蒸汽的防霉變同條件平行實(shí)驗(yàn)；同時(shí)，再進(jìn)行3份試樣（編號(hào)分別為4#、5#、6#）枸杞鮮果制干前不做防霉變處理（燒杯內(nèi)加入適量的蒸餾水）同條件的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。3.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證性平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。表4驗(yàn)證性平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果試樣編號(hào)15%酒精溶液的蒸汽防霉變處理無酒精蒸汽防霉變處理 1#2#3#4#5#6#出現(xiàn)霉變粒時(shí)長(zhǎng)(hr)817984898注：1.恒溫箱設(shè)定溫度40℃；2.出現(xiàn)霉變果時(shí)，未霉變枸杞鮮果和酒精溶液外觀均無變化。驗(yàn)證性平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用15%酒精溶液的蒸汽對(duì)枸杞鮮果進(jìn)行防霉變處理處理，在40℃的環(huán)境溫度下，可保證枸杞鮮果在3天（72hr）內(nèi)不發(fā)生霉變，并且不會(huì)對(duì)枸杞鮮果的組分和外觀產(chǎn)生影響。3.2.3防霉變處理后枸杞鮮果的制干結(jié)果將枸杞鮮果在室溫下利用15%酒精溶液的蒸汽防霉變處理72hr之后，拌入適量（1%）的食用純堿，放入烘箱托盤內(nèi)在45℃～50℃的溫度下烘干48小時(shí)，霉果率≤3%，剔除霉變果和不完善粒后，取樣用密封袋封裝送至甘肅省分析測(cè)試中心委托檢驗(yàn)。該中心出具的檢驗(yàn)報(bào)告表明，送檢的樣品各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《GB-T18672-2002枸杞(枸杞子)》特優(yōu)級(jí)品的要求。4．實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論利用食用酒精或市售白酒加水配置的15%酒精水溶液，用來對(duì)制干前的枸杞鮮果進(jìn)行酒精蒸汽防霉變處理，在常溫下（25℃～40℃）可以保證枸杞鮮果在3天內(nèi)不發(fā)生霉變；而且采用上述方法防霉變處理后的，對(duì)枸杞鮮果的組分和外觀未產(chǎn)生影響。所以，本研究成果有望可用于采摘后的枸杞鮮果因無法及時(shí)制干所發(fā)生大量霉變的問題。5．致謝首先感謝王雯倩老師在社會(huì)實(shí)踐、論文選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面給予本人的辛勤指導(dǎo)，還要感謝父母對(duì)我開展本研究的大力支持與細(xì)心陪伴，是你們的關(guān)懷與幫助使我能夠完成實(shí)驗(yàn)研究與論文，謝謝你們！參考文獻(xiàn)[1]吳古飛.枸杞干燥過程中防霉變劑的開發(fā)與應(yīng)用研究[D].蘭州.蘭州理工大學(xué),2011.[2]GB-T18672-2002枸杞(枸杞子),[S].[3]辛中堯,李茂哉.依靠科技創(chuàng)新建立綠色枸杞產(chǎn)業(yè)基地—淺析景泰縣枸杞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[J].甘肅科技，2009,25(7):5~6.[4]李曉鶯等.殼聚糖涂膜對(duì)枸杞鮮果常溫保鮮的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(14):6597~6598.[5]鄭少華.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M].北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社,2002.62-100.廢舊電池對(duì)于生物和環(huán)境的危害探究論文蘭化一中·高二年級(jí)一班孔凡心蔡文君宋濡君指導(dǎo)教師馬隴燕【論文摘要】：人們?nèi)粘Ｊ褂玫碾姵厥强炕瘜W(xué)作用，通俗的講就是靠腐蝕作用而產(chǎn)生電能的。電池主要有一次電池、二次電池和汽車電池。一次電池包括紐扣電池、普通鋅錳電池和堿電池，一次電池多含汞。二次電池主要指充電電池，其中含有重金屬——鎘。汽車廢電池中主要含酸和重金屬——鉛。廢電池看上去很不起眼，可是害處卻很大。為了證明廢電池對(duì)長(zhǎng)成植物（和種子類植物）以及對(duì)動(dòng)物的影響，我們組內(nèi)人員做了A和B兩大組實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)。通過記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，結(jié)合查到的資料得出結(jié)論?！菊撐年P(guān)鍵詞】：廢電池；實(shí)驗(yàn)；危害?！菊撐谋尘啊侩S著科技的飛速發(fā)展，電池已成為了我們生活中不可缺少的一部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)每年大約需要電池近44億節(jié)，平均每人一年用掉11節(jié)。但有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查表明，我國(guó)電池的回收率還不到2%，一次性用掉的大量的廢電池一扔了之，而廢棄的電池會(huì)對(duì)我們生活、土壤等環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。近兩年，廢電池對(duì)環(huán)境的影響成為國(guó)內(nèi)媒體熱門話題之一。有的報(bào)道稱電池對(duì)環(huán)境污染很嚴(yán)重，一節(jié)電池可以污染數(shù)六萬立方米的水。有的甚至說廢電池隨生活垃圾處理可以引起諸如日本水俁病之類的危害，還有一節(jié)5號(hào)廢電池就可以使一平方土地荒廢等，這些報(bào)道在社會(huì)上引起了很大反響，有很多熱愛環(huán)保的人士和團(tuán)體開展或參加了回收廢電池的活動(dòng)?？茖W(xué)調(diào)查表明，一顆鈕扣電池棄入大自然后，可以污染60萬升水，相當(dāng)于一個(gè)人一生的用水量，而中國(guó)每年要消耗這樣的電池70億只。據(jù)了解，我國(guó)生產(chǎn)的電池有96%為鋅錳電池和堿錳電池，其主要成份為錳、汞、鋅，錳等重金屬。廢電池?zé)o論埋在大氣中還是深埋在地下，其重金屬成份都會(huì)隨滲液溢出，造成地下和土壤的污染，日積月累會(huì)嚴(yán)重危害人類健康，1998年《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》上定出汞、鎘、鋅、鉛、鉻為危險(xiǎn)廢棄物。因此，我組同學(xué)決定對(duì)廢舊電池對(duì)于生物和環(huán)境的危害及防治這一論題進(jìn)行研究。1.1基礎(chǔ)資料萬事開頭難,面對(duì)著這么大的一個(gè)課題,應(yīng)該從哪里研究起呢我們?nèi)硕疾患s而同地想到從電池的內(nèi)在物質(zhì)入手.人都說廢電池有害,那么是不是所有的廢電池都有害呢電池的危害性又表現(xiàn)在哪里呢為此,我們上網(wǎng)查閱了有關(guān)資料,并得出了以下結(jié)論:①.并不是所有的廢電池都是危險(xiǎn)品,碰也碰不得,電池種類不同,對(duì)于環(huán)境的污染差別也很大,應(yīng)區(qū)別對(duì)待,有些電池如堿性干電池和鎳氫電池不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害,但有些電池如鎘鎳電池含有有害物質(zhì),進(jìn)入環(huán)境長(zhǎng)期作用,可能直接危及人們的健康.

②.電池污染具有“生產(chǎn)多少?gòu)U棄多少,集中生產(chǎn),分散污染;短時(shí)使用,長(zhǎng)期污染”的特點(diǎn),電池污染是因?yàn)殡姵睾幸韵轮亟饘?

鉛:神經(jīng)系統(tǒng)(神經(jīng)衰弱,手足麻木),消化系統(tǒng)(消化不良,腹部絞痛),血液中毒和其他的病變.

汞:精神狀態(tài)改變是汞中毒的一大癥狀.脈搏加快,肌肉顫動(dòng),口腔和消化系統(tǒng)病變.發(fā)生在日本的水俁病就是汞中毒的典型.

鎘,錳:主要危害神經(jīng)系統(tǒng).鎘中毒后患者手足疼痛,全身各處都很易發(fā)生骨折,俗稱"痛痛病"

③廢舊電池污染環(huán)境的途徑:

俗話說得好:病從口入,廢電池也一樣.我們分析了種種電池污染過程,不外乎以下幾種,且這些元素本被封存在電池殼內(nèi)部,并不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響.是經(jīng)過長(zhǎng)期機(jī)械磨損和腐蝕,使得內(nèi)部的重金屬和酸堿等泄露出來,進(jìn)入土壤或水源,才會(huì)通過各種途徑進(jìn)入人的食物鏈,從而危害人類健康.

這些過程簡(jiǎn)述如下:

電池→土壤→微生物→動(dòng)物循環(huán)

粉塵→農(nóng)作物→食物→人體→神經(jīng)→沉積發(fā)病

其他:水源→植物→食品→消化

生物從環(huán)境中攝取的重金屬可以經(jīng)過食物鏈的生物放大作用,逐級(jí)在較高級(jí)的生物中成千上萬地富集,然后經(jīng)過食物進(jìn)入人的身體,在某些器官中積蓄造成慢性中毒.

那么,廢電池是如何進(jìn)入環(huán)境的呢,目前我國(guó)還沒有進(jìn)行垃圾分類回收,目前生活垃圾處理主要是衛(wèi)生填埋,堆肥和焚燒三種方式,混入生活垃圾的廢舊電池在這三個(gè)過程中的污染作用體現(xiàn)在:

填埋:廢舊電池的重金屬通過滲濾作用污染水體和土壤.(主要是干電池)

焚燒:廢舊電池在高溫下,腐蝕設(shè)備,某些重金屬在焚燒爐中揮發(fā)在飛灰中,造成大氣污染,焚燒爐底重金屬堆積,給產(chǎn)生的灰渣造成污染.

堆肥:廢舊電池的重金屬含量較高,造成堆肥的質(zhì)量下降.2.實(shí)驗(yàn)證明2.1【A】實(shí)驗(yàn)2.1.1.為了證明廢電池對(duì)長(zhǎng)成植物的影響，我們組內(nèi)人員做了四組實(shí)驗(yàn)。分別將仙人球，富貴竹，天竺葵，君子蘭這四種生命力旺盛的植物中放入七號(hào)電池（或電池浸液）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：（一）仙人球?qū)嶒?yàn)說明：將仙人球放入盆中，放在不改變的環(huán)境中（黃色的盆子標(biāo)記處中加入了廢舊7號(hào)電池）?！鞠扇饲?qū)儆谙扇苏瓶?，生命力頑強(qiáng)，耐旱?！楷F(xiàn)現(xiàn)象時(shí)間圖片記錄時(shí)間現(xiàn)象第一周（實(shí)驗(yàn)前）第一周的時(shí)候仙人球生命力旺盛，頂部有花朵，表面的刺直且硬度大。第二周經(jīng)過一周以后，仙人球花朵掉落干凈，顏色變黃變暗，有枯萎，萎縮表現(xiàn)。第三周第三周時(shí)放電池處的仙人掌已被腐蝕掏空，表面的刺變細(xì)變脆，同時(shí)土壤變黑。（注：仙人掌被腐蝕的情況太嚴(yán)重，不得不縮短實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)間，提前結(jié)束試驗(yàn)）（二）富貴竹實(shí)驗(yàn)說明：將買來的五枝富貴竹放入滴有電池浸液的水中，放在不改變的環(huán)境中?！靖毁F竹，又稱水竹，屬于龍舌蘭科，有極強(qiáng)生命力?！楷F(xiàn)現(xiàn)象時(shí)間圖片記錄時(shí)間現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)前富貴竹生命力旺盛，枝葉堅(jiān)挺，翠綠。第十二天老葉子的尖端開始變黃，新生葉子依舊翠綠，但堅(jiān)挺程度減弱。第二十四天新老葉子的葉尖黃色部分慢慢地?cái)U(kuò)大至整個(gè)葉片，幾近枯死狀態(tài)。（三）天竺葵實(shí)驗(yàn)說明：將一盆買來的生長(zhǎng)茂盛的天竺葵中埋入一粒七號(hào)電池【天竺葵，多年生草本花卉，屬于牻牛兒苗科，稍耐旱。特點(diǎn)：在土壤環(huán)境pH值約等于7的時(shí)候，花瓣呈現(xiàn)乳白色；pH值大于7時(shí)，花瓣成紅色或紫色】現(xiàn)現(xiàn)象時(shí)間圖片記錄時(shí)間現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)前花朵茂盛，呈肉粉色，莖汁液充足，硬度較大。第十二天莖下面的老葉子和花朵的邊緣變黃，花瓣邊緣微卷，顏色加深。第二十四天葉子整體變黃，并出現(xiàn)褐色斑點(diǎn)，花朵由粉紅變成紅色，最后落下（四）君子蘭實(shí)驗(yàn)說明：將一盆買來的生長(zhǎng)茂盛的君子蘭中埋入一粒七號(hào)電池?！揪犹m，多年生草本植物，屬于石蒜科適宜生活在微酸性的土壤中，pH約為6.5】現(xiàn)現(xiàn)象時(shí)間圖片記錄時(shí)間現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)前葉片厚實(shí)光滑油亮，葉色深綠，君子蘭生命力旺盛。第十二天中間新生的嫩葉和上方的先受到損害，葉尖先變黃，變軟，變薄，失去光澤。第二十四天變黃的趨勢(shì)下沿，證書葉片邊緣處開始發(fā)黃卷曲，直至蔓延到整個(gè)葉片。.結(jié)論：廢電池對(duì)土壤以及生長(zhǎng)在土壤里的植物有一定的影響，并且對(duì)不同的植物影響程度不同。但相同的是，廢電池的埋入對(duì)植物的生長(zhǎng)速度以及生長(zhǎng)情況（形態(tài)，含水量，顏色等）都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。同時(shí)，從多種植物的顏色變化可知，廢棄的干電池可能會(huì)以堿性為主。2.1.2為了明確表現(xiàn)證明廢電池對(duì)環(huán)境的影響，我們組內(nèi)人員做了四組對(duì)照試驗(yàn)。通過種子的發(fā)芽情況間接模擬表現(xiàn)出土地的受損程度。實(shí)驗(yàn)說明：我們分別將綠豆，大蒜，黃豆，花生這四種植物種子分別放在澆有電池浸液的棉花中和放在清水中進(jìn)行對(duì)比。綠豆芽綠豆芽綠豆芽實(shí)驗(yàn)結(jié)果種子（30粒）時(shí)間環(huán)境發(fā)芽數(shù)發(fā)芽率綠豆7天清水30100%電池浸液1240%大蒜7天清水1653%電池浸液827%黃豆7天清水1860%電池浸液1033%花生7天清水1033%電池浸液00%.結(jié)論：從實(shí)驗(yàn)可知廢電池對(duì)環(huán)境有極大的危害性。廢電池不僅對(duì)長(zhǎng)成植物有影響，而且對(duì)土壤以及埋在土壤中的種子有一定的影響，而且對(duì)不同的種子影響程度不同。但相同的是它會(huì)使得種子不能夠正常的發(fā)育，這對(duì)植物是一種很大的危害。2.2【B】實(shí)驗(yàn)2.2.1.為了證明廢電池對(duì)水質(zhì)及依靠水生存的動(dòng)物的影響，我們組內(nèi)人員做了一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)說明：將買來的十六只魚苗分為兩組，每組八只，分別放在清水中和滴有電池浸液的水中。水質(zhì)水質(zhì)時(shí)間清水中電池浸液的水中第一天第二天第三天現(xiàn)象魚苗出現(xiàn)掉鱗和死亡情況魚苗生活狀態(tài)良好.結(jié)論：從實(shí)驗(yàn)可知廢電池對(duì)水質(zhì)有極大的危害性。同時(shí)對(duì)依靠水生存的動(dòng)物存在極大影響。3.研究心得：在這次研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中，我們學(xué)習(xí)到的不僅僅是如何查找資料，更重要的是從資料中分析得出結(jié)論，從而為后來的實(shí)驗(yàn)探究定下一個(gè)明確的方向。剛開始進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，由于理論的設(shè)計(jì)完全變成了實(shí)際的操作，我們有些無所適從，不知從哪里下手才好。后來在馬隴燕老師的指導(dǎo)下，我們漸漸明確了實(shí)驗(yàn)的具體方法。因?yàn)榭紤]到經(jīng)費(fèi)的問題，我們并沒有做很多的對(duì)比試驗(yàn)，但是，我們所選取的植物大多具有“隨土色變”的特性，這就很大程度上直觀地為我們展現(xiàn)出了土地酸堿性的變化。研究性活動(dòng)不僅培養(yǎng)了我們的合作協(xié)調(diào)能力，更重要的是，讓我們獲得了從實(shí)驗(yàn)中分析現(xiàn)象從而得出結(jié)論的能力，實(shí)在是獲益匪淺。通過實(shí)驗(yàn)證明，我們可以很容易的看出廢電池對(duì)環(huán)境的影響。與其說是影響，不如說是一種危害。廢電池的危害是一種源頭上的污染。它里面的污染物（重金屬鹽和電解液）通過土壤和水傳播給其他生物，由于生物鏈環(huán)環(huán)相扣，這就給了污染物一個(gè)很大的傳播機(jī)會(huì)和傳播空間，當(dāng)植物或生物體內(nèi)的有害物質(zhì)富集到一定程度的時(shí)候，受污染的癥狀便會(huì)表現(xiàn)出來，但此時(shí)，受污染的程度已經(jīng)不輕了。廢棄電池中最多的就是干電池，由于他們電容量低，不能滿足需要大電流和較長(zhǎng)期連續(xù)工作的環(huán)境，所以人類用過一次后便會(huì)丟棄它們。殊不知這一個(gè)小小的丟棄動(dòng)作的背后，會(huì)引發(fā)多么大的悲劇。所以說，我們?cè)谌粘Ｉ钪斜仨氁羞@種為環(huán)境著想的意識(shí)。4.參考文獻(xiàn)《無機(jī)化學(xué)原理》《無機(jī)化學(xué)疑難問題解答》《化學(xué)反應(yīng)的酸堿理論》《化之道》《污染實(shí)錄》《金屬與無機(jī)廢物回收百科全書》與水污染有關(guān)的書動(dòng)軸式減震，可變力自動(dòng)檔變速山地自行車涇川一中高二·17班何歡指導(dǎo)老師朱維斌一、設(shè)計(jì)原由由于我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，消費(fèi)水平的逐步提高，汽車數(shù)量大幅度增多廢氣排放量大，導(dǎo)致近幾年來，大部分城市遭受霧霾襲擾，空氣質(zhì)量極差，民眾出行不便，更不利于民眾的身體健康，也因此，催生的低碳生活這一理念。騎自行車無疑既方便出行，又低碳環(huán)保的一種生活方式，于是越來越多的人選擇騎自行車上下班，騎自行車變成了一種時(shí)尚，與此同時(shí)各種賽車也進(jìn)入了人們的生活之中。市面上常見的有山地自行車，公路自行車。山地車，是專門為越野（丘陵，小徑，原野及砂土碎石道等）行走而設(shè)計(jì)的自行車。因其堅(jiān)固、粗獷、新穎的外型、繽紛奪目的色彩、優(yōu)越的騎行性能，很快成人們追求的時(shí)尚山地車的主要特征是：寬胎，直把，有前后的減震，騎行較舒適。寬而多齒的輪胎提供抓地力，有減震器吸收沖擊。剛度大，行走靈活等特點(diǎn)，騎行時(shí)不必選擇道路，無論街巷漫游還是休閑代步都獲得了廣泛的好評(píng)，騎車者可以在各種路面環(huán)境上盡情地享受舒適的騎行樂趣。但是普通山地自行車依然有某些缺點(diǎn)：騎行時(shí)，由于身體重量全部由手臂和屁股承擔(dān)，所以騎行時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致手臂、手掌、屁股、腰很酸痛。變速器雖然可以讓我們?cè)诟喾N坡度上騎行，但是頻繁的變速比較麻煩，而且如果在變速過程中需要?jiǎng)x車，是比較危險(xiǎn)的，因?yàn)檫@時(shí)候我們的手指還放在變速器上而不是剎車把上。前輪只能朝一個(gè)方向減震，在障礙物較高時(shí)，會(huì)有很大的來自前方的沖擊感（就像騎自行車撞在墻上一樣的感覺）。前后兩輪之間有腳踏板和牙盤（即由腳踏板帶動(dòng)的大齒輪），在騎行時(shí)，這部分有時(shí)可能會(huì)碰到地上的石頭或臺(tái)階等，導(dǎo)致發(fā)生側(cè)翻事故。自行車在騎行速度較快時(shí)，剎前剎車會(huì)使自行車后輪翹起，使人向前甩出?！瓰榇宋以O(shè)計(jì)出了這款自行車，他和傳統(tǒng)的山地車相比有很多的不同之處。二、設(shè)計(jì)圖、工作原理整車側(cè)視圖前輪前輪側(cè)視圖（略碟剎片）前輪主要有轉(zhuǎn)動(dòng)桿、彈簧、車軸、車圈、輪胎組成。車圈直徑約34寸，相比普通的山地自行車的26寸前輪有更強(qiáng)的通過能力（即從障礙物上滾過的能力，車圈直徑約小通過能力越差）。減震工作原理（簡(jiǎn)圖）（軸相對(duì)于圈的不同位置）車軸可以在車圈內(nèi)直徑約35cm的圓形區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，又因?yàn)檐囕S與車圈用只能朝一種方向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)桿連接，所以車軸始終與車圈平面垂直。達(dá)到減震、防撞（車輪被阻不向前移動(dòng)，車軸與車體向前移動(dòng)。彈簧起到緩沖作用，可減少對(duì)車手和被撞物體的損傷）、防緊急前剎車（車前輪被剎車器抱死不移動(dòng)，車體向前移動(dòng)，彈簧緩沖。而不是后輪翹起）的目的。2.前叉、手把前叉、手把正視圖3.后輪后輪側(cè)視圖動(dòng)力齒輪與車圈的傳動(dòng)方式（局部簡(jiǎn)圖）腳踏板帶動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪通過鏈條帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)輪和變速齒輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，變速齒輪帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，飛輪（與普通自行車后輪的齒輪一樣，只能朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)腳踏板不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)。后輪依然可以向前轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到滑行目的）和動(dòng)力齒輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力齒輪與輪圈用齒牙傳動(dòng)，達(dá)到是自行車向前騎行的目的。變速器工作原理當(dāng)拉變速線時(shí)，變速桿繞軸移動(dòng)，牽引鏈條從大齒輪上脫落到小齒輪上改變速比，當(dāng)松變速線時(shí)變速導(dǎo)輪牽引鏈條從小齒輪上移到大齒輪上。當(dāng)變速齒輪對(duì)飛輪的拉力變大時(shí)，動(dòng)力齒軸沿軌道向前移動(dòng)，擠壓彈簧，限斜桿防止了動(dòng)力齒輪的傾斜，拉動(dòng)了變速線，變速線拉動(dòng)變速器，使鏈條從大齒輪上脫落到小齒輪上，改變速比，緊鏈輪把長(zhǎng)余的鏈條拉緊，檔變速齒輪對(duì)飛輪的拉力減少時(shí)，彈簧把動(dòng)力齒軸彈回原位，松動(dòng)了變速線，變速器上的彈簧把變速桿彈回原位，變速導(dǎo)輪牽引鏈條從小齒輪上又回到大齒輪上。變力器：當(dāng)通過手把上的變力器（原理與普通變速器相同）把變速線拉緊時(shí)，彈簧對(duì)動(dòng)力齒的力度大；變力器把變力線松開時(shí)，彈簧對(duì)動(dòng)力齒的力度小。這樣，假如你在進(jìn)行一個(gè)長(zhǎng)途越野，前半程你精力充沛，力氣很大。你可以調(diào)節(jié)變力器拉緊彈簧，則此時(shí)你需要用較大的力蹬腳踏板才可以變速。而當(dāng)后半程時(shí)，你已經(jīng)筋疲力盡，力量變小，這時(shí)你調(diào)節(jié)變力器放松彈簧，則此時(shí)你用較小的力蹬腳踏板，就可以變速了。這也就是可變力自動(dòng)擋變速的含義。變速齒輪剖面圖速比主動(dòng)輪直徑：27cm從動(dòng)輪直徑：5cm飛輪直徑：5cm車圈內(nèi)側(cè)直徑：60cm動(dòng)力齒直徑;10cm腳踏板轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)個(gè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)檔位變速齒輪半徑/cm變速齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)/圈主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)一圈飛輪轉(zhuǎn)圈圈數(shù)/圈車輪轉(zhuǎn)圈圈數(shù)/圈速比1：0.9277.61.31:1.3399.71.61:1.641111.91.91:1.951314.02.31:2.361516.22.71:2.771718.43.11:3.181920.53.41:3.492122.73.81:3.8102324.84.11:4.11125274.51:4.5速比也就是腳踏板轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。限位輪與車圈4.腹墊腹墊側(cè)視圖腹墊俯視圖車手的重量全部集中在腹墊上，腹部有通氣孔，在騎行時(shí)有散熱功能。腹墊外部用皮質(zhì)材料做成，中間是軟材料，內(nèi)部有金屬骨架，與主車架連接。腹墊的前擋板可以在自行車在緊急前剎車時(shí)，防止車手向前飛出。左右擋板可以防止自行車轉(zhuǎn)彎傾斜時(shí)車手從車上滾落。后擋板防止車手從自行車后方滑下，并且，分擔(dān)車手的一部分重力。三、騎行方式四、性能比較自行車后視圖（簡(jiǎn)圖）由于受到腳踏板位置和高度