孔天煜

来自:上海市,现就读于 复旦大学附属中学

研究实践

一种基于视频分析的磁感线测绘方法及其应用(第15届明天小小科学家奖励活动 参赛项目)

项目简介: 磁感线是描绘磁场的人为规定的一种闭合曲线。学生学习磁学的时候,因为缺乏绘制磁感线的方式,所以对其形状、分布了解得不是特别直观。因此,我研究了一种可以精确、快速绘制出磁感线的方法,并运用视频分析技术,通过编写软件加以应用。将强磁铁静置磁场中,在阻力很小的情况下,强磁铁做简谐振动。通过分析强磁铁在磁场中的振动频率,和位于某个距离的强磁铁使磁场中小磁针偏转的角度来计算出磁感线的方向和磁感应强度。 我先进行了小磁针的演示实验,即将10个小磁针排成一组,用照片记录偏转情况,并将结果汇总到一张图内。第二步为磁铁振动实验,用细线悬挂强磁铁使其振动,用摄像机记录,通过Logger Pro 3进行图像分析,计算振动频率。再将强磁铁与小磁针呈90°角放置,记录距离为5厘米,10厘米时小磁针的偏转角度,从而推算出磁感应强度和方向。 推算出磁铁振动公式后,开发手机及电脑端软件。可以利用手机对放置在磁场中的磁针摄制视频,手机应用上传到电脑。电脑软件通过处理得到当前磁针的偏移角度,并得出每幅图的角度偏差。软件计算每次摆动周期得到一个最大摆动角度,计算出平均一个周期的摆动消耗的时间。软件得出频率换算得到当前位置的磁场强度,并发送到手机。 这种绘制方法可以帮助学生直观地理解磁感线,也可以研究磁感应强度较为复杂的磁感线状况。相较于现有的方法,本课题研究的方法精确、快速、便捷、运用广泛,可以用作教具或实验用具。 这个课题的创新点在于利用了多种测量方式,将电磁学理论与磁感应测量装置结合起来,进行磁感应强度的测绘;可以对复杂的磁场环境中磁感线状况进行研究;开发磁感线绘制软件,更直观、清晰地认识磁感线。

成长故事

  孔天煜在学校成绩始终都名列前茅,并多次在上海市数学、物理、化学、英语等学科竞赛中获奖。他对科学充满热情,从初二开始接触科学研究活动,在三年的时间里完成了三个科学课题,每个课题都来源于对日常生活的观察和思考。他说,他永远难忘确定选题时的兴奋,研究中遇到瓶颈时的焦虑,初写论文时的无从下手,准备项目答辩时的自信以及颁奖典礼前的满满期待。

  他说:“没想到自己能够获得'明天小小科学家'称号这么好的成绩,这会激励自己在科学道路上继续发展。成绩代表过去,所以更期许未来。希望自己在高中这个成长的黄金时代挖掘潜能,不断努力,将来成为一名科学家。”

  孔天煜还是一名优秀的辩论选手,口才出众,逻辑思维强,在全国高中生学术辩论联赛中进入区域联赛八强。他的兴趣爱好非常广泛,练习空手道、钢琴均超过十年时间,热爱写作,曾在“龙飞飞”夏令营中担任小记者。

  孔天煜对于未来,希望继续在喜欢并擅长的学科刻苦学习基本理论,掌握相应的研究方法,争取未来自己有能力将物理、数学的相关基础知识运用于环境、健康、工程方面的应用,以造福人类的发展。

第15届全国“明天小小科学家”称号获得者孔天煜获奖视频

 

科学小达人是这样炼成的--全国“明天小小科学家”三人之一孔天煜

 

所获荣誉

2015年

第15届“明天小小科学家”奖励活动

明天小小科学家称号

2015年

上海市青少年明日科技之星 讲演奖

杨浦区明日科技之星

2015年

上海市青少年科技创新大赛

一等奖

2014年

上海市初中物理实验竞赛

一等奖

2014年

上海市应用数学竞赛

二等奖

2014年

上海市青少年科技创新大赛

二等奖

2012年

中国少年科学院“小院士”研究活动一等奖