物理课题推荐，中学生科研项目及科研竞赛通用

本周课题导视

物理学方向课题
网球拍减振器
声音共振可视化的克拉尼图形研究
地热换热器的热性能研究
基于变分学及最优化理论的FPU格子的周期性解的性质研究
纳米颗粒在植物中的运输
飞机机翼的仿生设计
自动化范德华堆叠系统

1. 网球拍减振器  
多项研究表明，网球拍的振动会影响运动员肌肉的疲劳。使用低振动网球拍可以提高控球水平和准确性。在这个项目中，我们的目标是为网球拍设计一种创新的轻量化减振器。网球拍的振动行为将通过数值模拟或实验进行研究。随后，我们将设计一种创新的阻尼器，并对其性能进行评估。

相关学科  
机械工程，物理学

2. 声音共振可视化的克拉尼图形研究 
本课题通过实验结合理论的方式，研究音乐的频率通过薄板振动和反射叠加后，如何形成共振叠加，进而形成美丽的克拉尼图形。

因为振动现象是广泛存在于我们的宇宙的方方面面，这种“声音共振”的案例，非常容易推广到更广泛的材料学、光学、社会学甚至经济学等等诸多的领域中。

相关学科  
物理学

3. 地热换热器的热性能研究 
地源热泵系统具有能耗低、污染小的特点，符合环保节能的社会背景，具有广阔的应用前景。地源热泵有不同的种类，各有其优点和不足。

本项目研究的对象是同轴套管式地埋管地源热泵。通过对同轴套管式地埋管换热器的传热过程进行研究，建立同轴套管式地埋管换热器的模型，利用计算流体力学软件进行数值模拟。

相关学科  
物理学

4. 基于变分学及最优化理论的FPU格子的周期性解的性质研究 
我们要研究的FPU格子是一种典型的周期性结构，人们虽能利用拉格朗日乘子、“凝聚-紧性”原理以及不动点定理等工具证明其中行波解的存在性，但这类解的形态问题却一直悬而未决.

本项目旨在对一维FPU格子中的行波形态进行研究。我们将在变分学的框架下对问题进行重写，应用一种特殊形态的山路定理得到周期性解的存在性，并研究一个简化的最优化问题，得到这个问题中极值解的“单模性”。

相关学科  
物理学

5. 纳米颗粒在植物中的运输 
尽管诸多实验结果表明许多纳米颗粒可以改善植物树叶、根部对营养液的吸收，目前没有较为完善的理论。本项目中，我们使用分子动力学来模拟纳米颗粒在植物中的传质作用，我们探索纳米颗粒的种类、表面特性、尺寸、电荷等因素对其在植物中的传质的影响。

相关学科  
物理学，材料科学

6. 飞机机翼的仿生设计 
受猫头鹰和其他飞行动物安静飞行的生物学启发，具有前缘外型特殊化处理的飞机机翼可以显着降低噪音。然而，抑制如何随着机翼尺寸大小和飞行速度而变化的机制仍未被研究。

在这个项目中，我们研究了通过在翼型结构中实施多孔介质来降低声级，以及噪声如何随翼型尺寸和入射流速的变化而变化。此外，研究了随着孔隙率增加的翼型空气动力学性能的变化，以最大限度地减少翼型阻力和在各种宏观运动时产生的噪声。

相关学科  
航空，航天科学技术，物理学

7. 自动化范德华堆叠系统 
二维材料之间的扭转角十分重要，只有在扭转角接近零的情况下，最低导带和价带才会平坦且重合，出现新奇的现象。然而，很少有人尝试尽可能精确地自动控制扭转角和材料的均匀度。

在本项目中我们调研了一种新的二维材料堆叠转移方法，通过使用真空系统、旋转、倾斜、平移和自反馈软件来检测两个单层的接触状态。这些方法可以解决二维器件的不可重复性和不可控性，加速纳米材料的进一步发展。

相关学科  
物理学，材料科学

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