第二十五届全国青少年科技创新大赛获奖作品集

第二十五届全国青少年科技创新大赛获奖作品集项目名称多功能排水机组地区河南省作者冯奕程辅导教师王艳红刘朋宇学校郑州市第一中学关键词项目简介 1.项目借鉴电路串并联原理并利用水泵运行方程，通过管路和阀门将同性能水泵按照一定方式组合成一体化排水机组，泵组既可以串联运行又可以并联运行，并且可以快速转换，实现了单一排水机组多性能化，多用途化，运行高效化。

2.选题：我爸爸设计了世界上最大的矿用潜水电泵，功率能达到3200千瓦，但费用昂贵，我想用电路的串并联拓展原理告诉他，串并联泵组比造大泵要好，可以实现小机大用，一机多用。

3.构思：物理实验课上，电源串联，则电压相加；电路并联，则电流相加。

通过咨询专家，得知：水泵串联，则扬程相加；水泵并联，则流量增大。

将水泵的进水口和出水口通过阀门按照一定关系联接，就可以实现水泵的串并联快速变换，组成一个性能多变的水泵机组，以适应排水环境的不同要求，使运行更加节能，达到节约设备投资、降低运行能耗的目的，尤其可以代替超大型水泵。

4.研究过程：包括构思和设计串并联原理图、选择购买设备和材料、按照原理图制作水泵串并联模型、选择两种排水环境进行模拟实验、实验数据分析和项目产品的推广应用前景分析。

以3台水泵组成的排水机组为例，有单台、2台并联、3台并联、2台串联、3台串联共5个高效工作性能。

5.科学原理：本项目借鉴了电路的串并联原理，并利用水泵运行方程进行构思设计。

同时通过样机试验方法，进行优化改进。

6.创新点：项目通过管路和阀门将同性能的水泵组合成一体化排水机组，泵组既可以串联运行又可以并联运行，并且可以快速转换；实现了一机多用、小机大用，达到节约设备投资、降低运行能耗之目标，尤其可以代替超大型水泵。

7.查新表明：项目研究内容及关键技术新颖，检索中未见与本项目相同的文献。

8.进一步设想：拟采用单片机控制系统，并与上位机联网，实现远程控制；拟与有关单位联合，推出系列产品，在相关领域推广应用。

项目名称基于人工智能的台风增水预报系统优化和应用研究地区上海市作者胡亦知辅导教师娄维义学校华东师范大学第二附属中学关键词项目简介摘要：该文在分析上海独特的地理位置以及台风水灾主要影响因子的基础上，从人工智能的角度提出了一种新的台风水灾预报方法，利用人工神经网络算法来模拟人工预报员的经验，并通过计算机实现上海地区台风增水的智能预报。

在标准BP神经网络的基础上，对BP网络进行了改进并采用主分量BP网络来提高网络的泛化能力，减少网络的训练时间，加快网络收敛。

结果表明，其预报客观、稳定，预报精度接近目前业务中使用的人工经验预报，可以在业务中应用。

选题：由于地球变暖造成极端气候灾害增多已经成为不争的事实，针对直接关系到城市人民生命财产安全的台风水灾威胁，我想通过研究提出台风水灾智能预报方法，并为了提高预报的预见期和准确性，主要考虑在应用性上如何更加优化系统的智能效果，真正为台风水灾威胁做好准确预报，设计：为更好更精地预报台风增水，利用主分量分析法对原先的模型进行改进和完善，对改进后的系统进行实际检验，对其应用性和实践性进行评价，验证系统的使用价值。

基本原理和研究过程： 1、通过分析整理台风、水情历史资料计算参数，提出建立BP神经网络算法的数值预报模型，2、更新升级基于主分量的神经网络模型，构建了新的智能预报业务系统；3、再以2007-2008年台风水情数据对系统进行检验、评价，优化了系统训练效果；4、使用台风增水预报系统进行实践预报应用检验，成功预报了2009 年“莫拉克”台风水情。

创新点：1、课题建立的预报系统采用神经网络代替人工经验，避免了人工预报的主观性和不稳定性，缩短了台风水灾预报所需要的时间，并提高了预报精度。

具有自我学习、积累经验、不断自我优化的能力。

2、系统化繁为简，实现了跨专业跨领域（气象、海洋、水文等）的台风增水预报，将台风引起潮、雨、洪、涝等各种增水因素综合到预报系统中，经过智能选择重要参数的方法，优化台风水灾预报结果。

他人同类研究详见《查新报告》。

进一步设想：1、研究合适的方法选择台风的参数进行台风增水预测。

2、选择某一区域的台风进行预测，减小区域范围，增大预测精度，并推广至其他城市应用。

3、将风暴潮预测与台风预测和区域内天气预报结合起来，加入专家知识和应对措施，建立灾害预测预警系统。

项目名称毒隐翅虫提取液对皮肤损伤的观察及其应用探索地区上海市作者程嘉颖辅导教师娄维义万平学校上海市华东师范大学第二附属中学关键词项目简介 1、摘要：本研究结果表明毒隐翅虫液对皮肤的损伤表现为斑片状，皮肤表皮层变松解体，真皮层变性；随着虫液浓度的加大，诱导CRL-7761人正常皮肤细胞总凋亡的作用逐渐加强。

虫液能减低人白血病HL-60细胞存活率。

高浓度的虫液对皮肤的损伤严重、不可逆，低浓度的虫液对皮肤的损伤可逆；毒隐翅虫液对人正常皮肤细胞有一定的抑制作用；毒隐翅虫液能抑制人白血病HL-60细胞存活。

2、该项目的选题是怎样确定的：去上海崇明岛游玩时，小虫飞到脖子上，用手拍死后，皮肤发红有痛感。

医师诊断为“毒隐翅虫皮炎”。

毒隐翅虫身上的毒素是否也可加以利用呢？因此，激发了我研究这个课题的兴趣。

3、基本思路和过程：在皮肤损伤方面，从整体、组织、细胞3个层面观察虫液皮肤的损伤。

用虫液涂布小鼠背部皮肤，肉眼观察小鼠整体的外观皮肤情况；制作切片，用显微镜观察其皮肤细胞的病理情况；用虫液作用于离体人正常皮肤细胞（CRL-7761），观察细胞的调亡情况。

既然毒隐翅虫液对皮肤对细胞有毒性，那是否能对已有“毒性”的细胞（癌细胞）起到以毒攻毒的效果呢？观察毒隐翅虫液抑制癌细胞生长的效果，用MTT法观察人白血病HL-60细胞存活率与毒隐翅虫液抑制率。

4、应用的科学方法、科学原理：（1）显微观察虫体形态；（2）用索氏提取器提取毒隐翅虫液；（3）病理切片观察虫提取液对小鼠背部皮肤影响；（4）流式细胞仪检测细胞察毒隐翅虫对离体人正常皮肤细胞影响；（5）MTT法观察人白血病HL-60细胞存活率与毒隐翅虫提取液抑制率。

5、主要贡献(创新部分)：（1）观察毒隐翅虫液对在体小鼠背部皮肤和离体人正常皮肤细胞影响以探索其机制；（2）观察人白血病HL-60细胞存活率与毒隐翅虫液抑制率以挖掘其应用价值。

6、他人同类研究见查新报告。

7、进一步研究：（1）进一步分离活性成分，即从目前的“有效部位”上升到“有效成分”。

（2）进一步研究毒隐翅虫毒素提取液对皮肤损伤的基因调控机制和主要影响因素。

项目名称合肥市常见小家蚁负重能力和负重行为的研究地区安徽省作者张阳辅导教师王慧任青学校合肥市第三十八中学关键词项目简介我在家中、院子里还有户外经常发现蚂蚁有单独搬运食物或集体拖拉食物的现象，仔细观察又发现蚂蚁搬运食物时的动作还不一样呢。

这些让我很好奇，蚂蚁的力气到底有多大？在蚂蚁的负重能力方面此前没有实验性的报道，对蚂蚁力量的描述多出现在科普文章中。

科普文章中常常引用哈佛大学昆虫学教授马克莫费特的观察数据即：蚂蚁一般可抬起自身重量的300-400倍以上的物体，拖拉自身重量1700倍的物体，但文章中都没有明确指出是哪种类型蚂蚁的力量，测定蚂蚁力量的方法也没有介绍。

那么能不能设计一个实验来研究小家蚁的负重能力和负重行为呢？于是我选择合肥市常见的小家蚁（Monamorium pharaonis L.）为研究对象展开实验性研究。

在研究过程中我先确定研究对象和研究地点，然后选择负重材料并制定研究方法。

我制定了投食观察的方法和照片、录像分析的方法，在投食观察后详细记录结果最终分析得出研究的结论。

创新部分：1.实际研究并测定了合肥地区常见小家蚁个体搬运食物时最大的负重能力。

其上举重量的最大值约为5.5mg，是自身体重的14倍左右；而观察到的小家蚁个体在地面拖拉食物（非上举、食物在地面上）的最大重量约87.5 mg，是自身重量的220倍。

2.发现在不同重量的食物面前，小家蚁个体采取了选轻的策略，有关选轻策略未见报道。

3. 发现小家蚁个体负重的方式中包含了一种行为信息，该行为信息影响到其他小家蚁的行为，有关蚂蚁的行为信息未见报道。

4. 发现食物的重量决定了小家蚁负重行为的选择和搬运的速度。

5.发现集体搬运食物时小家蚁在食物的周围均匀分布。

项目名称“窃热”泵探测狗的研制地区吉林省作者毕思达辅导教师李金华学校吉林省实验中学关键词项目简介摘要：本项目利用一切发声的物体都拥有特定的频率这一特点，采用锁相环电路通过自行设计的压电式声音传感装置检测出声音信号的固定频率，研制成一种“窃热”泵的探测仪器。

该仪器以电平显示及人耳听音共存的方式实现人机一体化，可在楼道管道井处探测居民家中是否有“窃热”泵存在。

选题的确定：《新文化报》09年11月22日报道：“长春上万户居民用循环泵‘窃热’”，这种行为造成供暖系统严重失衡，加剧供暖矛盾。

而目前检测手段落后引起了我的思考，我决定研制“窃热”泵探测狗。

设计的基本思路：将声学与电学知识相结合，采用检测声音固有频率的方法研制一种可以直观显示是否有“窃热”泵存在的仪器。

目的：有效探测居民家中是否有“窃热”泵运行，帮助政府解决供暖管理中出现的实际问题。

研究过程：经过多种声音采集方案的实践，最终选用压电陶瓷作为声音传感器、自制压电式声音传感装置，测得相关数据，确定放大电路单元，带通滤波单元，锁相频率检测单元，电平显示单元和声音功放单元等部分电路参数。

经过调试成型，最后实地检验，不断完善。

科学原理及方法：1.为更好运用压电效应，利用一个探针装置实现声音固体间传导 2.使用虚拟示波器及频谱分析软件分析所采集信号，得出循环泵运行的特征频率 3. 运用电子集成电路对采集信号放大，用锁相环、电平显示集成电路实现功能显示4. 运用数理统计原理，将装置实际测试数据绘制成图表，观察分析。

贡献：研制出一部“窃热”泵科学探测仪，弥补了该领域的空白。

其中，自行设计和制作的压电式声音传感装置实现固体间直接传导及声电转换，属于技术创新。

同类研究调查：目前尚无“窃热”泵的专用探测仪。

将压电式声音探测器与锁相环相结合应用于民用供暖管道的研究未见报道，该项目已申报国家专利。

完善设想：1.优化显示功能 2.增加充电功能。

项目名称车载式浮尘高效捕捉装置地区湖南省作者蔡雅垠李思珊彭弋扬辅导教师彭世文学校湖南省长沙市长郡中学湖南省长沙市长郡中学湖南省长沙市长郡中学关键词项目简介 1．摘要:本项目在研究城市浮尘特殊性和剖析传统吸尘装置缺乏适应性的基础上，以解决“空中捕尘”和“高效捕尘”问题为核心，研发出“车载式浮尘高效捕捉装置”，为“清扫天空”、净化城市提供技术支持。

2、选题的确定:解决城市浮尘污染环境问题势在必行。

由于城市浮尘的特殊性，传统的吸尘装置无法承担重任，因此有必要研发专门的捕捉浮尘的装置。