丘成桐中學科學獎（物理）詳解

關(guan) 注科研賽事的家長和同學，想必多少聽過丘成桐中學科學獎的大名。作為(wei) 全球唯一一個(ge) 麵向所有華人中學生的科研賽事，丘獎的參賽經曆幫助了無數華人學生敲開了夢校的大門。

2007年12月，丘成桐中學數學獎創立。 2013年丘成桐中學物理獎啟動，並與(yu) 丘成桐中學數學獎合並為(wei) 丘成桐中學科學獎（以下簡稱“丘獎”）。

比賽一共分為(wei) 六個(ge) 學科，分別是，數學、物理、化學、生物、計算機、經濟金融建模。每學科各設置金獎1個(ge) ，銀獎1個(ge) ，銅獎3個(ge) ，優(you) 勝獎5個(ge) 。自丘獎成立以來，獲獎學生中，超過三分之二被哈佛、麻省理工、耶魯、普林斯頓、清華、北大等中外知名大學錄取。 物理專(zhuan) 業(ye) 的申請者大多對物理十分“癡迷”，競爭(zheng) 激烈程度也可想而知。而在丘獎的舞台上，同樣有一群對物理學充滿熱情的少年。

物理學科獲獎作品趨勢

丘獎物理賽道的競爭(zheng) 一直非常激烈，每年都有動力學、天體(ti) 物理和工程等等具體(ti) 方向的作品參賽一起競爭(zheng) ，而今年來丘獎官方對於(yu) 物理學科的要求可以概括為(wei) 以下幾點:與(yu) 物理學學科的相關(guan) 性: 研究範圍涵蓋物理學的所有領域研究思路 (研究主題選擇)和/或者研究構思 (研究方法選擇) 的原創性問題解決(jue) 和方法學方麵的創造性。

而對於(yu) 學生來說，除了關(guan) 注自己的選題，研究方法也需要格外注意，今年的物理學科參賽作品中就有這樣"走偏”的學生，看似與(yu) 物理相關(guan) ，但具體(ti) 研究方法和理論都更偏向於(yu) 計算機領域，因此沒有得到理想的成績。

如何找到一個(ge) 感興(xing) 趣的研究問題

對於(yu) 中學生來說，想要進行一個(ge) 完整的科研，興(xing) 趣是非常是重要的，因此如何找到一個(ge) 自己感興(xing) 趣的研究問題作為(wei) 中學生開始科研的第一步來說就非常關(guan) 鍵根據有方多年為(wei) 學生一對一定製科研規劃的經驗，以下一個(ge) 問題對於(yu) 學生開啟一段科研經曆來說非常關(guan) 鍵:

1、你想做一個(ge) 什麽(me) 樣的研究?

物理背景的數學問題?

純數學問題?

物理現象中的數學運用?

2、方向選定之後，你要研究一個(ge) 什麽(me) 問題?

如果是純數學，那麽(me) 細分領域有自己的想法嗎? 複分析、微分方程、拓撲......

如果是物理，你喜歡力、熱、聲、光、電的哪一種?

3、了解過要研究問題後，你能勝任嗎?

根據自身的知識水平和能力客觀評估...

丘獎不同於(yu) 高中奧賽等做題的競賽形式，丘獎采用的是開放式的比賽模式，學生自行選題，自主進行科學研究並提交原創論文參加評選。學生團隊選題既可以是純理論問題的深入思考，也可以從(cong) 生活現象入手，由淺入深進行科學探索與(yu) 分析。

比如2021年丘獎物理金獎項目《葡萄 plasma一一燃燒還是放電》，作者們(men) 利用改造過後的家用微波爐來進行相關(guan) 實驗，同樣銀獎《探究粘稠液體(ti) 墜落中的形變與(yu) 卷積現象》，作者們(men) 在家中的客廳中搭建實驗設備進行實驗觀測。

“小生活”背後的“大科學”

 兩(liang) 個(ge) 葡萄放進微波爐發生爆炸的科普短視頻激發了他們(men) 的研究靈感，設計實驗加以驗證成了他們(men) 的研究課題。“兩(liang) 顆葡萄引發的科學問題”並沒有那麽(me) 簡單。

在確立這一研究目標後，三名“科研工作者”經曆了無數次的失敗。一開始，他們(men) 買(mai) 了台微波爐，買(mai) 了一些葡萄就準備做實驗了。但他們(men) 一直沒有不成功，因為(wei) 不知道微波爐要調到什麽(me) 樣的溫度，也不知道葡萄之間要間隔多遠。

實驗一開始總是失敗，不知道微波爐該調到哪個(ge) 火力擋位，兩(liang) 顆葡萄之間距離多遠，我們(men) 常常量尺寸、切葡萄、調微波爐、錄視頻、回看現象，不知不覺就在微波爐和葡萄前坐上一整天。“當我們(men) 觀察到等離子火花的瞬間，每個(ge) 隊員興(xing) 奮地喊出聲來——哇，我們(men) 真的做到了！我們(men) 的故事從(cong) 四月到現在終於(yu) 落下了帷幕，但我們(men) 的科學探索之路才剛剛開始。”在一次次的嚐試中，學生們(men) 發現，如果要達到實驗的效果，葡萄的選擇大有門道，甚至盛放葡萄的器皿，兩(liang) 個(ge) 葡萄之間的距離都需要精確計算。

在前人研究的基礎上，他們(men) 以葡萄plasma（等離子體(ti) ）為(wei) 研究對象，提出了自己的猜想，利用一係列定性、定量實驗，驗證了猜想，明確了plasma現象的產(chan) 生既有燃燒機製，又有放電機製。在頒獎典禮上，三位同學也分享自己的心得體(ti) 會(hui) 。“我們(men) 是從(cong) 4月開始接觸這個(ge) 課題的，暑假開始做實驗、撰寫(xie) 論文，主要利用的也是暑假和每周周末的時間。實驗和探索的過程非常有趣，切葡萄、量尺寸、調微波爐、錄視頻、觀察現象，不知不覺就是一整天。

“最初閱讀文獻時，我們(men) 天真地以為(wei) 實驗難度不大，但真正操作起來才發現並沒有想象中那麽(me) 簡單，比如預實驗中的葡萄很難產(chan) 生預設的火花現象；又比如文獻中科學家們(men) 使用了特殊的凹麵玻璃器皿，以保持兩(liang) 顆葡萄能穩定接觸，可我們(men) 當時並沒有這種儀(yi) 器，在老師的啟發和點撥下，我們(men) 經過多次實驗，終於(yu) 用不起眼的膠帶成功替代。”

“備賽過程讓我體(ti) 會(hui) 到了科學研究需要付出的艱辛和耐心，但成功時的喜悅讓我們(men) 覺得一切都是值得的。”這次研究和參賽經曆讓我們(men) 收獲很大。我學到了要敢於(yu) 質疑、不可輕信。在學科知識方麵，我們(men) 接觸到了等離子體(ti) 相關(guan) 的知識、時域熱場分布分析以及如何更嚴(yan) 謹的設計實驗。

不僅(jin) 如此，我們(men) 還有了新的猜想。從(cong) 課題準備、文獻收集、實驗設計、論文撰寫(xie) 到現場答辯，曆時8個(ge) 多月，他們(men) 不斷調整葡萄的大小、距離，嚐試使用不同的水果，通過微波爐加熱，成功獲得並驗證了葡萄等離子體(ti) 的機製。無論是做實驗、寫(xie) 論文還是答辯，三人分工合作，各自負責預實驗和背景介紹、時域熱場分布分析、定量試驗及總結。

近年的丘獎物理賽道“偏愛”什麽(me) 樣的研究？

上述物理金獎作品又能帶給未來的參賽者怎樣的啟發？

聽聽老師是怎麽(me) 說的！

這些看似生活化、沒有那麽(me) “高大上”的研究課題，不僅(jin) 完美切合中學生的身份，還能體(ti) 現物理學的真正意義(yi) : 利用物理工具解釋我們(men) 看到的現象。

這些源自於(yu) 生活的科學問題，邁出了探索未知世界的步伐。在海澀的學術世界中，學生在用自己的觀察和思考點亮一個(ge) 又一個(ge) 火花，這些都是他們(men) 能在丘獎中獲獎的重要原因。 科研賽事是一個(ge) 周期性項目，學生需要每周持續投入，才能獲得比較滿意的產(chan) 出。高中生學業(ye) 繁忙，如果預留的準備時間不足，可能導致二者失去平衡!

現在正是2023丘獎的黃金備賽季!

盡早確定項目、合理安排進度、留出充足的打磨時間，方能增加獲獎概率。