丘成桐中学物理奖金奖获奖作品解析！论文怎么写？

丘成桐中学生科学奖

丘成桐中学科学奖由中国著名数学大师丘成桐先生于2008年为全球华人中学生设立。原先仅数学一类奖项，如今历经十几年，已发展出：数学、物理、化学、生物、计算机、经济金融建模六大学科为基础的中学生科研创新能力培养模式。今天我们精选了全球物理金奖的文章来进行解析。

全球物理奖金奖

01 .丘成桐中学物理奖金奖获奖作品解析

关于论文，我们首先来看一下题目和摘要，对整个论文的内容有个大致的了解。
题目和摘要：
题目：线绳自发打结的物理机制
摘要：本论文研究线绳自发打结的物理机制与过程，以及相关参数的影响。论文包括理论分析、转动实验以及振动实验。大多数理论推导都是在实验观察中得到启发而建立的。首先通过理论分析打结过程，研究驱动（振动或转动）以及绳子这两类因素对打结的影响。在绳子驱动因素方面，推导了打结时转速、摩擦系数范围、振幅、最优驱动频率、时间等公式；在绳子的影响方面，导出了打结概率与绳长的公式，并对绳子盘绕方式、绳子材料的影响进行了定性分析。通过反复尝试，自制了两种实验装置，分别进行振动和转动实验。在实验中，验证了振幅、频率（转速）、时间、盘绕方式、绳长、材质的影响，还对绳结的打结与解结进行了实验探究。还对打结的可逆性、容器尺寸等影响进行了讨论。大多数实验结果都和理论分析相符。最后，我们对问题进行了总结和展望。
本文具体研究线绳自发打结的物理机制，这一现象在生活中极其常见，比如耳机线、数据线、水管等等，但是没有多少人会去想为什么这些线一不留心就会打结。
论文主要研究了振动和转动这两种方式对于打结的影响，并考虑进去包括振幅，频率，绳长，材质等多个因素，从多个角度对于线绳自发打结这一现象进行解释。
整篇文章的主题即使没有学习过物理的人都可以完全理解，但是这个问题究竟为什么会产生却没有一个较好的解释。

02. 获奖点分析

选题
毫无疑问，选题应该是这个作品获得金奖最重要的因素。
首先
线绳自发打结这个现象在生活中极为普遍，这一现象或多或少地给大家的生活会带来各种各样的困扰。
但是，这个现象产生的原因究竟是什么?可能就算让研究物理方向的教授一时半会儿都很难讲清楚。
于是
这种能够产生充分共鸣，但其机制却鲜为人知的课题，更好地得到了各位评委老师的青睐。
并且该课题并没有涉及到较多比较高深的物理学知识，从整个论文来看，只有高中阶段的物理理论有所涉及，除此之外仅有基础的微积分和统计学内容。
用基础的知识去解决复杂的实际问题是丘成桐物理方向极为推崇的点。
再者
该课题研究问题可以用较少的实验器材进行测试，这里不会用到很多复杂的器材和设备，这也就让该课题更加亲和。
最后
该课题可以与其他物理内容做结合，比如热力学第二定律自发性，材料物理等等，这些扩展都使得该课题有着深刻的研究意义。
类似于线绳自发打结的问题实际生活中非常多，这也就需要学生与指导老师多多留意这些问题，并去深刻思考如何用最简单直接的研究方法去解决。
人类社会中存在的类似问题数不胜数，但大部分时候人们都选择无视或者被动地接受，丘成桐物理奖对于这一现象提出了自己的看法和解决方案。

论文

如下是该论文的完整结构：
摘要
目录

一、引言

二、预实验
2.1 振动时间与绳子长度对打结个数的影响
2.2 振动方式与绳子材质对打结个数的影响

三、理论分析
3.1 驱动的影响
3.1.1 转动与转速
3.1.2 驱动参数
3.1.3 时间的影响
3.2 绳子的影响
3.2.1 盘绕方式的影响
3.2.2 绳长的影响
3.2.3 绳子材料的影响

四、振动实验
4.1 振动参数的影响
4.1.1 绳结个数与振动方向的关系
4.1.2 绳结个数与振幅的关系
4.1.3 绳结个数与振动频率的关系
4.1.4 绳结个数与振动时间的关系
4.2 绳子的影响
4.2.1 绳结个数与盘绕方式的关系
4.2.2 打结概率与绳子长度的关系
4.2.3 绳结个数与绳子材质的关系
4.2.4 绳结的打结与解结

五、转动实验
5.1 转动参数的影响
5.1.1 转动时间对绳结个数的影响
5.1.2 转动频率对绳结个数的影响
5.2 绳子参数的影响
5.2.1 绳子盘绕方式对绳结个数的影响
5.2.2 摩擦系数的测量
5.2.3 绳子材质对绳结个数的影响
5.2.4 绳长对绳结个数的影响
5.2.5 配重对绳结个数的影响
5.3 讨论
5.3.1 打结的可逆性
5.3.2 转动容器尺寸与形状的影响

六、总结与展望

参考文献
致谢
从目录中，我们可以看出作者对于该课题的研究思路。
作者从很多个角度，对于这个问题进行了研究和实验。从多个维度对于同一问题进行探寻对于培养学生思维的逻辑性和辩证性意义重大，也满足国外教育中辩证思维（Critical Thinking）这一重要组成部分。
研究对象的全面性也是该作品获得极高平均的重要原因。

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03 .论文详解

>>>除了目录外，我们再从文章的以下几个方面来看一下这篇文章的优秀之处：
首先，该文章中理论部分书写清晰，整体上是由高中的物理知识出发，进行实际问题的应用和解答，如图2.8所示。

图2.8: 论文中的理论推导部分截图

这里我们可以看出，该论文并不需要高深的物理背景知识，但是整体理论推导极其工整，逻辑清晰，非常易于读者理解。
此外，对于实验部分，学生选择了生活中非常常见的材料进行测试。这些实验器材均极为容易获取，但就是通过这些非常简易的器材，学生可以对线绳打结问题进行多角度的探索，这是非常难得的一点。

图2.9: 论文中的实验部分截图

最后，该组学生对于整个实验的内容进行了充分地总结。
这里系统的将理论和实验相结合，对于整个问题进行了详细地解释，这一部分体现了物理研究的科学性和完整性，也完美契合了康德《纯理性批判中》后验（Aposteriori）知识的获取方式和过程。

图2.11：论文中的结论部分截图

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