第30屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽中小學(xué)生優(yōu)秀作品

1、第30屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽中小學(xué)生優(yōu)秀科技創(chuàng)新作品項(xiàng)目選摘中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)2015年8月*注：本冊(cè)選摘作品著作權(quán)由大賽組委會(huì)保留，請(qǐng)勿用作非法用途。隔墻取電無線能量傳輸?shù)膽?yīng)用探索李治平上海市閔行區(qū)青少年活動(dòng)中心，初中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EN152037學(xué)科分類：工程學(xué)競(jìng)賽組別：初中組代表隊(duì)：上海關(guān)鍵字：無線能量傳輸 射頻整流 磁耦合共振 WPT項(xiàng)目簡(jiǎn)介本項(xiàng)目設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種體積小、實(shí)用性強(qiáng)的無線能量傳輸裝置，能夠使電能穿過墻體給另一側(cè)電器提供電能，并研究了一些關(guān)鍵參數(shù)對(duì)無線能量傳輸特性的影響。日常生活中，給墻體的另一側(cè)電器供電，要穿過窗戶或大門拉很長(zhǎng)的電線，既不方便，又有隱患。本項(xiàng)目要設(shè)計(jì)

2、一種裝置，使電能穿過墻體給另一側(cè)電器提供電能，解決生活中用電不方便的問題。 本項(xiàng)目經(jīng)過調(diào)研、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料的采購(gòu)、諧振器的反復(fù)制作、射頻功率的比對(duì)測(cè)量、負(fù)載對(duì)傳輸效率以及調(diào)諧范圍的研究以及射頻整流的實(shí)現(xiàn)等多個(gè)研究環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了無線能量傳輸并得到了有參考價(jià)值的結(jié)論。本項(xiàng)目應(yīng)用了磁耦合共振的能量無線傳輸原理，通過發(fā)送和接受諧振器的共振完成了非輻射電磁場(chǎng)的能量傳輸。在測(cè)量射頻功率時(shí)，應(yīng)用了電能和熱能相互轉(zhuǎn)換的原理，并使用變量控制法保證測(cè)量精度。 本項(xiàng)目有三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：探索并實(shí)現(xiàn)了一種新的諧振器布局，突破了傳統(tǒng)裝置中四線圈結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)只用兩個(gè)線圈，使整個(gè)裝置具有體積小、容易安裝、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目設(shè)

3、計(jì)了一套射頻功率測(cè)量方案，利用常用儀器完成了對(duì)射頻功率的測(cè)量，并對(duì)不同阻抗負(fù)載進(jìn)行了射頻功率測(cè)量，解決了傳統(tǒng)射頻功率計(jì)只能等效為50負(fù)載進(jìn)行測(cè)量，而不能測(cè)量其他阻抗負(fù)載功率的問題。并探討了負(fù)載阻抗對(duì)傳輸效率、共振調(diào)諧范圍的影響等問題。本項(xiàng)目對(duì)接收到的射頻進(jìn)行了整流，通過將檢波二極管合理排布實(shí)現(xiàn)了較大功率的射頻整流。 現(xiàn)有見諸報(bào)道的磁耦合共振系統(tǒng)是由發(fā)射線圈、兩個(gè)共振線圈以及接收線圈共四個(gè)線圈構(gòu)成。至今未見整個(gè)系統(tǒng)只有兩個(gè)線圈的報(bào)道。也未見負(fù)載阻值影響傳輸效率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的報(bào)道。本項(xiàng)目用廉價(jià)常用的檢波二極管實(shí)現(xiàn)射頻整流的方法也未見報(bào)道。 完善該項(xiàng)目的設(shè)想：一、改善線圈形狀，找到最優(yōu)參數(shù)。二、研究一

4、對(duì)多的無線能量傳輸可行性及特點(diǎn)。三、使用逆變器將直流電逆變?yōu)锳C 220V，以增加應(yīng)用范圍。“互聯(lián)網(wǎng)+”健身競(jìng)技系統(tǒng)-基于穿戴式體感的街景漫游設(shè)計(jì)陳山福建省福州屏東中學(xué)，高中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EN153097學(xué)科分類：工程學(xué)競(jìng)賽組別：高中組代表隊(duì)：福建關(guān)鍵字：穿戴式體感 健身 互聯(lián)競(jìng)技 街景地圖項(xiàng)目簡(jiǎn)介“互聯(lián)網(wǎng)+”健身競(jìng)技系統(tǒng) 基于穿戴式體感的街景漫游設(shè)計(jì) 本項(xiàng)目以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、穿戴式體感設(shè)計(jì)和街景漫游技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有傳統(tǒng)健身器材和互聯(lián)網(wǎng)資源，整合構(gòu)建一套新的數(shù)字化健身競(jìng)技系統(tǒng)。通過穿戴式體感系統(tǒng)采集用戶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)中街景地圖數(shù)據(jù)的更新顯示以及音效、空氣等虛擬仿真場(chǎng)景的同步

5、實(shí)現(xiàn)，為用戶帶來貼近真實(shí)戶外運(yùn)動(dòng)的體驗(yàn)；同時(shí)通過互聯(lián)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)，更好地實(shí)現(xiàn)多用戶之間的團(tuán)體健身競(jìng)技。 作者在室內(nèi)體育鍛煉過程中，逐漸產(chǎn)生利用穿戴式體感系統(tǒng)+互聯(lián)網(wǎng)+生活化的海量街景地圖來改造現(xiàn)有健身設(shè)備的想法，意在為室內(nèi)健身運(yùn)動(dòng)營(yíng)造美好的戶外實(shí)景體驗(yàn)，增強(qiáng)體育鍛煉的娛樂性、競(jìng)技性和趣味性。 為此，作者在研發(fā)過程中，圍繞可穿戴式傳感器、互聯(lián)競(jìng)技功能以及逼真的街景漫游，著力研究設(shè)計(jì)了穿戴式體感系統(tǒng)、多人互聯(lián)競(jìng)技系統(tǒng)和仿真實(shí)景系統(tǒng)。 項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于：利用自主研發(fā)的硬件體積小、穿戴靈活便捷的穿戴式傳感器采集運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以無線收發(fā)芯片支持無線傳輸，可靠性強(qiáng)；采用互聯(lián)傳感設(shè)計(jì)獲取多用戶運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多人

6、同臺(tái)健身競(jìng)技和遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)競(jìng)技，穩(wěn)定性好；自主研發(fā)街景地圖更新觸發(fā)算法，配以實(shí)時(shí)音樂和噴霧等，更好地實(shí)現(xiàn)移步換景、身臨其境的同步效果；產(chǎn)品通用性強(qiáng)、適用性廣、成本低廉、組裝方便，充分利用現(xiàn)有健身器材和網(wǎng)絡(luò)資源，適于全民健身運(yùn)動(dòng)。 經(jīng)成果查新檢索，未見現(xiàn)有公開發(fā)表的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料有相同報(bào)道。故作者已向國(guó)家專利局申請(qǐng)“一種穿戴式體驗(yàn)本地多人互聯(lián)的裝置”實(shí)用新型專利。 完善該項(xiàng)目的設(shè)想：加強(qiáng)多平臺(tái)、多通信方式兼容，提升產(chǎn)品擴(kuò)展性、智能性；完善仿真場(chǎng)景處理，根據(jù)戶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更好地驅(qū)動(dòng)不同音效、空氣等虛擬仿真場(chǎng)景的同步實(shí)現(xiàn)；在產(chǎn)品小型化、實(shí)用性、美觀性、可靠性和穩(wěn)定性等方面繼續(xù)提升；將用戶的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)與身體健康

7、數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)，對(duì)用戶的身體健康狀況作出綜合評(píng)價(jià)和建議；積極促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化、技術(shù)轉(zhuǎn)讓和生產(chǎn)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化。一種新型可重復(fù)使用紙及其打印裝置李冠純吉林大學(xué)附屬中學(xué)，高中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EN153036學(xué)科分類：工程學(xué)競(jìng)賽組別：高中組代表隊(duì)：吉林關(guān)鍵字：重復(fù)使用 紙 光致變色 紫外項(xiàng)目簡(jiǎn)介發(fā)明了一種可重復(fù)使用的新型紙，當(dāng)受控的紫外光照射其表面時(shí)，其表面的光致變色材料發(fā)生光化學(xué)還原反應(yīng)，被照部分“變色成字”，書寫和打印過程中紫外光起到“筆”的作用。將這種紙自然放置于空氣中一段時(shí)間后，變色材料與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)并失去顏色，紙張“消字復(fù)原”，從而實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。為測(cè)試這種紙的使用性能，還設(shè)計(jì)制作了相應(yīng)

8、打印裝置。 項(xiàng)目靈感源于變色鏡片的原理，我想：如果將類似鹵化銀的材料復(fù)合到紙張上，用合適的光線照射，就能在紙上形成文字或圖案，光離開一段時(shí)間后還能恢復(fù)原狀。 在光源選擇、材料確定與配制、紙張制備、裝置設(shè)計(jì)制造和書寫打印實(shí)驗(yàn)等五個(gè)方面開展了工作。其中光源選擇紫外激光，材料選擇多酸類化合物與含活性基團(tuán)的有機(jī)化合物構(gòu)成的給體-受體電荷轉(zhuǎn)移化合物，紙張采用溶液浸潤(rùn)方法制備，通過改造激光打標(biāo)機(jī)制得打印實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)紙張性能進(jìn)行了驗(yàn)證。經(jīng)打印或激光筆直接書寫，字跡清晰，分辨率高，自然放置10-50小時(shí)后“消色復(fù)原”能再次正常使用，重復(fù)使用超過10次后仍能保持良好的打印書寫效果。 應(yīng)用光致變色原理、光子能量公式

9、和激光振鏡控制方法等原理，運(yùn)用控制變量法、正交實(shí)驗(yàn)法等科學(xué)方法開展了變色材料制備和篩選、變色材料與紙張的復(fù)合等工作。 主要貢獻(xiàn)為：制得了紫外光致可逆變色材料；實(shí)現(xiàn)了變色材料與紙張的復(fù)合；驗(yàn)證了激光對(duì)紙張的直寫和復(fù)用；設(shè)計(jì)制造了專用打印裝置；。 項(xiàng)目具有靈感來源于中學(xué)課堂、涉及多學(xué)科；效果經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和具備產(chǎn)業(yè)化推廣前景等特點(diǎn)。 在資源日趨緊張、環(huán)境日益惡化的今天，這種新型紙為人們提供一種新選擇以滿足日趨增長(zhǎng)的需求，符合我國(guó)綠色持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)和規(guī)劃。 通過委托吉林省科技情報(bào)研究所檢索和查新，沒有發(fā)現(xiàn)類似的技術(shù)。 在現(xiàn)有研究工作基礎(chǔ)上，今后將將材料混入紙漿造紙及固化文字圖案長(zhǎng)期保存的研究。一種自發(fā)電

10、樓道照明裝置劉一川天津市南開中學(xué)，高中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EN153017學(xué)科分類：工程學(xué)競(jìng)賽組別：高中組代表隊(duì)：天津關(guān)鍵字：自發(fā)電 樓道 照明項(xiàng)目簡(jiǎn)介1、技術(shù)背景：盡管我們現(xiàn)在所居住的新式樓房再打開單元門可由聲控打開照明燈，但仍有很多早期建造的樓房，夜晚打開樓道門后是一片漆黑，進(jìn)樓人員需要摸黑走到一樓住戶門邊摸到開關(guān)打開燈，期間樓道放置的看不見的自行車及其他雜物給行走帶來很多不便。如果對(duì)這些樓房重新布線，給樓道安裝一個(gè)聲控照明燈，是一個(gè)牽扯多方面問題、不易實(shí)施的難題。為此，我設(shè)計(jì)了一種自發(fā)電樓道照明裝置。 2、發(fā)明內(nèi)容：（1）一種自發(fā)電樓道照明裝置，包括以發(fā)條為動(dòng)力的齒輪組連動(dòng)一微型發(fā)電機(jī)。

11、發(fā)電機(jī)輸出接照明的發(fā)光二極管。發(fā)條旋緊軸一端緊固槽輪，槽輪上纏繞數(shù)圈細(xì)鋼索，細(xì)鋼索兩個(gè)端頭分別固定在槽輪和門扇上。當(dāng)開門時(shí)，鋼索拉動(dòng)槽輪至發(fā)條上緊。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，為發(fā)光二極管提供電能。當(dāng)關(guān)門時(shí)，槽輪上的彈簧釋放勢(shì)能收回鋼索。 本裝置主體安裝在樓道門門框樓內(nèi)側(cè)的上邊框上，拉動(dòng)槽輪的鋼索的一端固定在上門邊上。指向性發(fā)光二極管對(duì)準(zhǔn)一樓住戶門口附近。 （2）本裝置開一次門可使發(fā)光二極管發(fā)光持續(xù)10-20秒，足以使人從樓梯門走到第一戶門邊觸開樓道照明燈。發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)的電流在2毫安以上，其亮度能夠滿足正常人在實(shí)際中的使用。發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)的電流在2毫安以上，其亮度能夠滿足正常人在實(shí)際中的使用。 3、

12、發(fā)明的有益之處：本裝置特別用于解決無聲控?zé)魳堑赖臉堑篱T內(nèi)側(cè)夜晚漆黑行走不便的問題。自發(fā)電，節(jié)能環(huán)保，新穎實(shí)用。安裝簡(jiǎn)單，成本較低，便于形成規(guī)?；a(chǎn)品。 本裝置的技術(shù)特征經(jīng)在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)專利高級(jí)檢索上檢索未發(fā)現(xiàn)相同和近似的已申專利信息。自來水異味電氧化去除裝置陳致浙江省杭州第二中學(xué)，高中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EV153004學(xué)科分類：環(huán)境科學(xué)競(jìng)賽組別：高中組代表隊(duì)：浙江關(guān)鍵字：給水處理 電氧化 飲用水安全 微孔曝氣 有機(jī)微污染項(xiàng)目簡(jiǎn)介項(xiàng)目摘要：研制了用于處理飲用水有機(jī)微污染的微孔曝氣強(qiáng)化電氧化裝置。在1600mL溶液中添加160mg硫酸鈉和2mL 30%雙氧水，當(dāng)電流密度5mA/cm2時(shí)，1m

13、g/L的鄰叔丁基苯酚在15min時(shí)去除98.0%。對(duì)受鄰叔丁基苯酚和四氯乙烷混合污染的實(shí)際水源水處理30min時(shí)，初始含量為2.1mg/L的總有機(jī)碳被全部去除，微生物被基本去除。該裝置能有效去除藻類生長(zhǎng)產(chǎn)生的異味物質(zhì)2-甲基異莰醇。據(jù)估算，1噸水的處理成本為1-4.5元。選題背景：2013年3月以來，杭州市出現(xiàn)多次自來水異味現(xiàn)象。直到2014年1月，終于發(fā)現(xiàn)自來水“異味”的源頭，即水源周邊多家企業(yè)偷排含叔丁基苯酚生產(chǎn)廢水。自來水廠現(xiàn)有的處理工藝（混凝沉淀/澄清過濾消毒）無法去除這些非常規(guī)的微量有機(jī)污染物，即使深度處理工藝（如臭氧-生物活性炭）也無法應(yīng)對(duì)。研究目的和基本思路：尋找一種能在短時(shí)間內(nèi)

14、有效去除微量有機(jī)污染物的方法，實(shí)現(xiàn)水源水的應(yīng)急處理和飲用水的深度處理。利用已掌握的化學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)電解處理這些非常規(guī)有機(jī)物是可行的。同時(shí)，為加快反應(yīng)促進(jìn)混合、增加溶液中氧濃度，結(jié)合微孔曝氣來強(qiáng)化去除效果。研究過程：通過前期上網(wǎng)收集資料、查閱相關(guān)文獻(xiàn)，獲取自來水廠現(xiàn)有處理工藝等相關(guān)信息；結(jié)合掌握的化學(xué)知識(shí)，在老師和研究人員的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置及方案；實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)裝置缺陷并及時(shí)改進(jìn)，一次次完善后最終得到理想的處理裝置及其效果。應(yīng)用的科學(xué)方法、科學(xué)原理：實(shí)驗(yàn)研究；電解原理、微孔曝氣強(qiáng)化擾動(dòng)原理、氧化還原原理。主要貢獻(xiàn)：首次把電氧化的方法用于飲用水有機(jī)微污染的處理；在電氧化過程中添加雙氧水，可有效去

15、除多種有機(jī)污染物和微生物病菌，在給水處理領(lǐng)域具有創(chuàng)新性。他人同類研究的情況調(diào)查：通過數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，未發(fā)現(xiàn)與本項(xiàng)目相同的現(xiàn)有技術(shù)用于有機(jī)微污染生活飲用水處理。進(jìn)一步完善該項(xiàng)目的設(shè)想：通過優(yōu)化工藝條件，提高處理效果、降低處理費(fèi)用。微生物燃料電池：一種廢水凈化與重金屬回收的新型裝置朱子軒、沈鶴穎、江沐華廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)，初中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EV152001T學(xué)科分類：環(huán)境科學(xué)競(jìng)賽組別：初中組代表隊(duì)：廣東關(guān)鍵字：微生物燃料電池 重金屬 電動(dòng)修復(fù)項(xiàng)目簡(jiǎn)介重金屬污染己成為當(dāng)前日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，其污染危害和修復(fù)技術(shù)也一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。電動(dòng)修復(fù)技術(shù)作為一種新型、清潔技術(shù)越來越受到關(guān)注。本論文以水體

16、重金屬Cu(II)、Pb(II)、Cd(II)、Cr(VI)為研究對(duì)象，利用微生物燃料電池能夠利用有機(jī)物為電子供體、高價(jià)態(tài)重金屬為電子受體產(chǎn)電、并將重金屬還原為零價(jià)沉淀的原理，構(gòu)建一種微生物燃料電池驅(qū)動(dòng)的重金屬電動(dòng)修復(fù)裝置，達(dá)到重金屬去除及水體COD削減的雙重目的。研究過程：（1）雙室MFC裝置的構(gòu)建與運(yùn)行：以有機(jī)玻璃為骨架，碳?xì)譃殡姌O，質(zhì)子交換膜為隔膜，構(gòu)建MFC裝置。以人工廢水為陽(yáng)極液，鐵氰化鉀為陰極液，按5%比例接種活性污泥，啟動(dòng)MFC，并通過電壓、功率密度及內(nèi)阻，評(píng)價(jià)MFC產(chǎn)電性能。（2）MFC重金屬電動(dòng)修復(fù)效果：以重金屬水體為陰極液運(yùn)行MFC，結(jié)果表明，雙室MFC能夠?qū)u(II)和

17、Pb(II)還原為零價(jià)重金屬，但不能將Cd(II)、Cr(VI)還原，10h后Cu(II)和Pb(II)去除率可達(dá)97.52%、98.46%。（3）MFC裝置的改進(jìn)與運(yùn)行：針對(duì)Cr(VI)、Pb(II)還原電勢(shì)低、雙室MFC裝置適應(yīng)性差的缺陷，構(gòu)建了連續(xù)流雙陽(yáng)極MFC裝置，10h后， 陰極中銅、鉛、鉻、鎘等重金屬的去除率可達(dá)98.84%、99.10%、99.14%和89.76%。本項(xiàng)目利用MFC能以高價(jià)態(tài)重金屬為電子受體并產(chǎn)電的特性，對(duì)MFC驅(qū)動(dòng)水體重金屬去除的可行性進(jìn)行了初步探討。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一種連續(xù)流雙陽(yáng)極MFC裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)重金屬的高效去除。與傳統(tǒng)技術(shù)比較，MFC技術(shù)可將重金屬還原

18、為零價(jià)重金屬沉淀，分離容易，重金屬去除率高。同時(shí)MFC能以廢水中有機(jī)物作為能量來源產(chǎn)電，不需外加電源即可維持系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)與自我運(yùn)行，具有重金屬高效去除與水體COD削減的雙重功效。智能遙控太陽(yáng)能水面清撈船饒伊珂衢州華茂外國(guó)語(yǔ)學(xué)校，初中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EN152005學(xué)科分類：工程學(xué)競(jìng)賽組別：初中組代表隊(duì)：浙江關(guān)鍵字：智能 水面 遙控 清撈船項(xiàng)目簡(jiǎn)介1、項(xiàng)目摘要：太陽(yáng)能水面清撈船，包括框架型船艙、太陽(yáng)能電池板和水下推進(jìn)器，在框架型船艙頂部和底部分別設(shè)置動(dòng)儀艙室和儲(chǔ)物艙室。在框架型船艙中部的兩端都設(shè)有順流清撈艙室，順流清撈艙室與儲(chǔ)物艙室相通并設(shè)有順流艙門。在框架型船艙兩側(cè)都設(shè)有船艙浮球，太陽(yáng)能

19、電池板安裝在框架型船艙頂面并設(shè)有太陽(yáng)能蓄電池，水下推進(jìn)器安裝在框架型船艙底部。 2、項(xiàng)目選題：在旅游景點(diǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)人們將瓜皮果殼、包裝袋等垃圾隨手丟入湖、河、池等水域的不文明現(xiàn)象。這些漂浮在水上的垃圾，不僅影響了景區(qū)的景觀效果，而且嚴(yán)重污染了景觀水域的水質(zhì)。 3、設(shè)計(jì)目的：將漂浮在景觀水域的垃圾及時(shí)清撈干凈，既能減少環(huán)境污染，又能保護(hù)景區(qū)容貌?；舅悸罚禾?yáng)能電池板接收太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存到蓄電池內(nèi)，太陽(yáng)能水面清撈船利用蓄電池提供的電力，在景觀河、景觀湖等景觀水域的水面上運(yùn)行，打撈漂浮在水面上的垃圾。 4、研究過程：發(fā)現(xiàn)各種景觀水域中普遍存在有垃圾漂浮在水面的情況，景區(qū)管理部門雖對(duì)此安

20、排專門清撈人員，但是收效甚微；利用太陽(yáng)提供的清潔能源，帶動(dòng)船體在水面循環(huán)運(yùn)行；使用遙控裝置和紅外感應(yīng)裝置作為控制手段，船體可以采取多種方式運(yùn)行。 5、應(yīng)用的原理和方法：利用船艙浮球的浮力使船體浮在水面上運(yùn)行，并能方便地調(diào)節(jié)進(jìn)水深度；利用太陽(yáng)能電池為船體運(yùn)行提供動(dòng)力；利用遙控技術(shù)和超聲波傳感器控制船自動(dòng)運(yùn)行。 6、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)：利用太陽(yáng)能充電，使船可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作；利用水流將漂浮的垃圾導(dǎo)入儲(chǔ)物艙室；功能強(qiáng)大，使用方便：可選智能自動(dòng)或遙控方式運(yùn)行；雙驅(qū)動(dòng)且雙向推進(jìn)；前進(jìn)后退都可以清撈垃圾。 7、他人同類研究情況：目前未見有類似產(chǎn)品或同類研究出現(xiàn)。 8、進(jìn)一步完善該項(xiàng)目的設(shè)想：在太陽(yáng)能水面清撈船上安

21、裝智能化運(yùn)行系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)水域進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，及時(shí)發(fā)現(xiàn)垃圾，并根據(jù)垃圾的分布位置自行制定最優(yōu)的運(yùn)行路線，然后根據(jù)制定的線路自動(dòng)運(yùn)行。基于手機(jī)交互的自主停車演示系統(tǒng)曹沛晴中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)，高中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EN153056學(xué)科分類：工程學(xué)競(jìng)賽組別：高中組代表隊(duì)：北京關(guān)鍵字：自主停車 手機(jī)交互 檢測(cè)識(shí)別 路徑規(guī)劃 藍(lán)牙通訊 路徑跟蹤 PID控制項(xiàng)目簡(jiǎn)介在本項(xiàng)目的研制過程中，首先查閱資料，了解當(dāng)前自主停車相關(guān)研究的進(jìn)展，并設(shè)計(jì)本項(xiàng)目的整體計(jì)劃方案及預(yù)期效果。將小車放置在沙盤上進(jìn)行調(diào)試，修改程序提高小車橫向和縱向運(yùn)動(dòng)的控制精度。接下來進(jìn)行Android智能手機(jī)程序的開發(fā)，調(diào)用手機(jī)相機(jī)對(duì)沙盤進(jìn)行拍

22、照。對(duì)得到的圖片進(jìn)行簡(jiǎn)單的濾波及去畸變處理，使其能夠如實(shí)反映小車及車位實(shí)際位置信息。應(yīng)用Canny算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)獲得邊緣二值圖像，提取圖像內(nèi)閉合連通區(qū)域輪廓，匹配特征得到小車及車位的內(nèi)輪廓。使用最小外接矩形代替原有輪廓，得到小車及車位的角度及位置信息，依據(jù)回旋曲線原理獲得小車的停車路徑參數(shù)。通過藍(lán)牙將相關(guān)信息傳遞給小車。小車以MC9S12XS128單片機(jī)為控制器，主要使用PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)停車路徑的跟蹤，實(shí)現(xiàn)停車入位。 本項(xiàng)目采用普及程度較高的手機(jī)作為信息采集與交互工具，大大提高了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。而且將自主設(shè)計(jì)的路徑規(guī)劃算法移植到手機(jī)上，借助手機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，大大降低了路徑規(guī)劃算法的時(shí)間

23、消耗。 基于手機(jī)交互的自主停車演示系統(tǒng)通過手機(jī)拍攝獲取車輛及周邊環(huán)境圖像，基于人機(jī)交互與圖像識(shí)別技術(shù)確定車輛與停車位空間位置，使用回旋曲線規(guī)劃停車路徑，并將路徑信息傳遞給車輛，車輛自主行駛完成泊車任務(wù)。 本項(xiàng)目采用普及程度較高的手機(jī)作為信息采集與交互工具，大大提高了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。并將自主設(shè)計(jì)的路徑規(guī)劃算法移植到手機(jī)上，借助手機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，大大降低了路徑規(guī)劃算法的時(shí)間消耗。 今后進(jìn)一步將本項(xiàng)目與實(shí)際生活相結(jié)合，主要有三個(gè)獲取車位信息的渠道：通過手機(jī)與智能車庫(kù)系統(tǒng)通訊，獲取車庫(kù)相關(guān)信息；駕駛員坐在車內(nèi)，使用手機(jī)拍攝車庫(kù)圖像，依據(jù)手機(jī)自身姿態(tài)對(duì)圖像進(jìn)行變換，得到車輛的俯視圖；利用車輛本身具有3

24、60°環(huán)視功能，得到車輛周圍環(huán)境的俯視圖。四元三次方程x3+y3=z3 +w3的解法研究張子鈺洛陽(yáng)市第一高級(jí)中學(xué)，高中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：MA153003學(xué)科分類：數(shù)學(xué)競(jìng)賽組別：高中組代表隊(duì)：河南關(guān)鍵字：四元三次不定方程 遞推公式 方程的解項(xiàng)目簡(jiǎn)介1.研究項(xiàng)目摘要：本文利用線性代換z+y=u,z-y=a ，x+w=v,x-w=b,巧妙地把四元三次方程x3+y3=z3+w3轉(zhuǎn)化為 au2=bv2+(b3-a3)/3 ,如果找到它的一個(gè)特解(u0,v0)，就能得出方程的解的遞推公式(見論文） ，從而找到原方程的整數(shù)解 2.在學(xué)習(xí)研究費(fèi)馬定理的過程中，考慮一些不定方程的整數(shù)解問題，想到了此

25、方程，參閱華羅庚的數(shù)論導(dǎo)引，從而發(fā)現(xiàn)這個(gè)方程的解法中的一些問題。 3.研究目的和思路.目的是嘗試用初等的方法解決費(fèi)馬定理中的一些問題，基本思路，利用線性代換 ，把四元三次方程x3+y3=z3+w3轉(zhuǎn)化為 au2=bv2+(b3-a3)/3 ,如果找到它的一個(gè)特解(u0,v0)，就能得出方程的解的遞推公式 ，從而找到不定方程的整數(shù)解 4.研究過程：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解費(fèi)馬定理的研究經(jīng)歷，計(jì)算各種情況對(duì)應(yīng)的解的情況。 5.科學(xué)性：培養(yǎng)對(duì)數(shù)學(xué)的興趣，掌握科學(xué)研究的一般方法。 先進(jìn)性：了解四元三次方程的一般解法。 實(shí)用性：掌握了四元不定方程的解法，學(xué)習(xí)了費(fèi)馬定理的相關(guān)問題，推進(jìn)不定方程整數(shù)解的求法的研究

26、。 6.創(chuàng)新性：本項(xiàng)目為張子鈺同學(xué)提出問題，在輔導(dǎo)老師的幫助下，補(bǔ)充了線性代數(shù)和數(shù)論的相關(guān)知識(shí)，歷時(shí)一年多的時(shí)間，得出的研究成果，遞推公式和算法，均為創(chuàng)新部分。 7.不足與設(shè)想：本文例證較多,雖然得出了一些情況下的整數(shù)解的遞推公式，但仍然沒有找到一般的通解公式。還需繼續(xù)研究！ 在其他文獻(xiàn)上已有最后的整數(shù)解的表達(dá)式，但表達(dá)式不容易求出無窮多的解，看不出解之間的遞推關(guān)系，本項(xiàng)目的遞推關(guān)系可以看出，無窮多的整數(shù)解之間的遞推關(guān)系，這也是本文的創(chuàng)新之處。利用回收的鋅錳廢舊電池及重鉻酸鉀廢液制作高性能的鋅鉻電池張超侖安順市第二高級(jí)中學(xué)，高中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EV153006學(xué)科分類：環(huán)境科學(xué)競(jìng)賽組別：高

27、中組代表隊(duì)：貴州關(guān)鍵字：制作裝置 再生 實(shí)驗(yàn)運(yùn)用 綠色環(huán)保項(xiàng)目簡(jiǎn)介摘要:探究了將學(xué)校回收的廢舊碳棒鋅錳電池與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室回收到的重鉻酸鉀廢液制作成高性能的鋅鉻電池的方法。探究中利用有機(jī)玻璃塑料槽做反應(yīng)裝置，充分利用P-E膜（保鮮膜）替代鹽橋，解決裝置陰極區(qū)與陽(yáng)極區(qū)導(dǎo)電能力不好的難題。制作的鋅鉻電池電壓可達(dá)1.83V，可廣泛應(yīng)用于中學(xué)諸多物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到將回收到的廢舊干電池，實(shí)驗(yàn)室廢液充分利用的目的，并為學(xué)校開展廢電池的回收利用提供了一個(gè)新的思路與方法。 二、背景：對(duì)學(xué)校廢舊電池回收處回收到量大、低毒的碳棒鋅錳電池，回收廠家認(rèn)為其利用率低，我因此想探究新的回收利用廢舊電池的方法。 三、探究

28、思路：利用氧化還原的原理，用廢舊電池表面的鋅與重鉻酸鉀廢液制作成鋅鉻電池，利用廢舊電池的同時(shí)將高毒的重鉻酸鉀廢液還原為低毒廢液。 四、探究過程： 1、通過網(wǎng)絡(luò)查詢鋅鉻電池的有關(guān)研究。 2、制作過程：用廢舊電池的鋅皮和氯化銨溶液制成負(fù)極；用碳棒和重鉻酸鉀廢液制成正極；用P-E膜(保鮮袋)作半透膜。 3、測(cè)試性能：自制電池的電壓1.83V高于5號(hào)新南孚電池，電流穩(wěn)定。 4、應(yīng)用：可完成中學(xué)諸多有關(guān)電學(xué)的物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)（如電解氯化銅等)。 5、考慮電池廢棄物的回收再利用。 五、應(yīng)用的科學(xué)原理： 總反應(yīng)：3Zn+Cr2O72-+14H+=2Cr3+3Zn2+7H2O 理論值: E電動(dòng)勢(shì)=2.1 V 六

29、、創(chuàng)新點(diǎn)： 1、充分利用廢舊電池及實(shí)驗(yàn)廢液制作鋅鉻電池，廢物利用. 2、自制電池電壓達(dá)到1.83v，電阻僅為1.62,將多個(gè)電池并聯(lián)或串聯(lián)后可完成中學(xué)諸多涉及用電的實(shí)驗(yàn)，方便使用，變廢為寶。 3、在自制電池使用完以后，可對(duì)內(nèi)部的碳棒、二氧化錳、氯化銨進(jìn)行回收再利用。 4、有效地將六價(jià)鉻廢液還原成低毒性的三價(jià)鉻廢液，綠色排放。 七、他人同類研究的情況調(diào)查： 通過網(wǎng)絡(luò)，沒有查詢到與本課題相似的研究。 八、完善設(shè)想： 進(jìn)一步設(shè)計(jì)成型的裝置應(yīng)用于生活?？缮刀嘁暯莾A斜臺(tái)面演講桌劉澍岳山東師范大學(xué)附屬中學(xué)，高中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：EN153035學(xué)科分類：工程學(xué)競(jìng)賽組別：高中組代表隊(duì)：山東關(guān)鍵字：演講桌

30、 高度調(diào)節(jié) 多視角旋轉(zhuǎn) 傾斜 機(jī)械化 自動(dòng)化項(xiàng)目簡(jiǎn)介1、項(xiàng)目摘要：針對(duì)演講桌高度、角度固定而影響演講效果的難題，開發(fā)了根據(jù)演講者身高可升降調(diào)節(jié)高度、根據(jù)聽眾位置可旋轉(zhuǎn)角度、臺(tái)面可傾斜抬起的多功能演講桌。演講桌的設(shè)計(jì)制作應(yīng)用了幾何學(xué)、物理學(xué)、機(jī)械學(xué)等知識(shí)，根據(jù)第一代機(jī)械式演講桌試用中存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的第二代演講桌的升降和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)遙控操作。新型演講桌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多、性價(jià)比高、實(shí)用性強(qiáng)、演講效果好。 2、項(xiàng)目選題的確定：受薩科齊和姚明演講新聞報(bào)道啟發(fā)，演講人因身高等差別對(duì)演講桌有不同需求，同時(shí)，調(diào)研數(shù)據(jù)表明新型演講桌有廣闊的市場(chǎng)前景?？缮刀嘁暯莾A斜臺(tái)面演講桌的成

31、功開發(fā)可滿足不同演講者的多樣化需求。 3、項(xiàng)目的基本思路：根據(jù)調(diào)研演講者需求，借鑒自動(dòng)升降辦公椅等分別利用氣壓棒、分度盤、氣彈簧-合葉結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)升降、旋轉(zhuǎn)、傾斜運(yùn)動(dòng)，將此三種運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)集成在同一演講桌上，完成機(jī)械式演講桌開發(fā)。應(yīng)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和自動(dòng)控制完成自動(dòng)化演講桌的開發(fā)。 4、項(xiàng)目的研究過程：首先進(jìn)行問卷調(diào)查以確定演講桌結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再進(jìn)行演講桌的加工制作和裝配調(diào)試，并進(jìn)行試用，針對(duì)試用中發(fā)現(xiàn)的問題對(duì)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行多次改進(jìn)，最后達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。 5、項(xiàng)目應(yīng)用的科學(xué)方法和原理：確定演講桌尺寸時(shí)應(yīng)用了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、余弦定理、人機(jī)工程學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)等原理，設(shè)計(jì)演講桌結(jié)構(gòu)時(shí)運(yùn)用了氣壓傳動(dòng)、機(jī)

32、械設(shè)計(jì)等科學(xué)方法，在制作過程中應(yīng)用了數(shù)控、自動(dòng)控制等技術(shù)。 6、項(xiàng)目的主要貢獻(xiàn)（創(chuàng)新）：機(jī)械、氣動(dòng)和電動(dòng)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化和遙控操作，滿足了演講桌高度可升降、視角可旋轉(zhuǎn)和臺(tái)面可傾斜的多樣化需求；桌體材料亞克力防潮防水防銹且節(jié)能環(huán)保；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化，便于運(yùn)輸和維修，功能多、性價(jià)比高且可拓展性強(qiáng)。 7、項(xiàng)目的同類研究及進(jìn)一步設(shè)想：文獻(xiàn)與專利查新表明未有類似產(chǎn)品技術(shù)報(bào)道。下一步進(jìn)行數(shù)字化和泛在智能化升級(jí)，拓展其在其它領(lǐng)域的應(yīng)用。機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)時(shí)排出的黑煙怎么辦-尾氣快速凈化研究及應(yīng)用設(shè)計(jì)汪然華東師范大學(xué)第二附屬中學(xué)，高中組基本信息項(xiàng)目編號(hào)：CH153014學(xué)科分類：化學(xué)競(jìng)賽組別：高中

33、組代表隊(duì)：上海關(guān)鍵字：機(jī)動(dòng)車尾氣 催化劑 快速凈化項(xiàng)目簡(jiǎn)介我國(guó)城市空氣污染持續(xù)惡化，機(jī)動(dòng)車尾氣是最主要污染源之一。初中參加“安捷倫杯”清潔空氣知識(shí)與技能大賽了解到：機(jī)動(dòng)車尾氣最終需要經(jīng)過催化凈化才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。正常行駛下，凈化催化劑能將尾氣中的CO、碳?xì)洌℉Cs）、NOx和碳煙顆粒（PM）轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和N2，但啟動(dòng)瞬間因催化劑溫度低，尾氣得不到很好凈化。由于目前機(jī)動(dòng)車都已經(jīng)安裝尾氣凈化催化劑，60-80 %的HCs和CO是在啟動(dòng)的最初3分鐘內(nèi)產(chǎn)生，所以減輕機(jī)動(dòng)車尾氣污染的關(guān)鍵是有效凈化啟動(dòng)階段的尾氣。 為解決上述問題，從兩方面進(jìn)行了研究：首先降低現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車行駛狀況下尾氣凈化催化劑的起效溫度，以便使用行駛狀況下的催化劑能夠凈化啟動(dòng)階段的尾氣。通過優(yōu)化現(xiàn)有催化劑中Ce:Zr原子比、Pd:Rh重量比和載體的孔密度，得到的優(yōu)化催化劑模擬汽車啟動(dòng)階段尾氣凈化過程，350 oC時(shí)能將尾氣中有害氣體幾乎完全轉(zhuǎn)化，好于目前400 oC才具有較好凈化效果的催化劑；由于優(yōu)化催化劑降低起始反應(yīng)溫度的幅度有限，無法達(dá)到啟動(dòng)時(shí)的常溫，所以在優(yōu)化的低溫起燃催化劑基礎(chǔ)上，通過改變催化劑形狀，采用高頻電直接加熱催化劑本身，通氣狀況下5秒時(shí)就能使尾氣凈化催化劑均勻達(dá)到反應(yīng)溫度，尾氣中的NO、C3H8和CO充分轉(zhuǎn)化，為機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)階段污染物控制提供了很好的解決方法。 和已有相關(guān)技術(shù)相比，本項(xiàng)目利用現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車