示意圖該項目具體應用了物理科學方法。1．查資料發現因司機開門不注意，發生意外的路人很多。2.尋找傳輸儀器：他的類型主要有（反射傳輸器，光纖傳輸器，數據傳輸器，等等）其中反射傳輸器是通過倒車鏡反射車后物體的從在，然后向指定儀器傳輸他相應的信息，或指令。3.設計車門控制系統:主要有反射傳輸器，傳輸線路，車門控制器和控制開關組成。基本思路是在左倒車鏡上安裝一個反射傳輸儀，如果有一個自行車要經過，反射傳輸器就會將獲取的信息傳輸到安裝在車門里的控制器上，從而控制車門，司機就打不開車門，將不會發生意外的事故了。基本原理是反射傳輸器通過傳輸線路將反射到的信息傳輸到車門控制器上，然后閉合開關，從而控制車門。等車旁沒有人經過時，車門控制器會自動釋放指令，車門就可以打開了。這個車門控制器具有安全性強，從線路上來看實用性強，從反應速度來看高保障，整個系統的組成是用體積小的芯片和簡短的線路組成，所以它外觀小，質量輕，容易改造。它的能量來源是汽車的發動機，此外還可以用太陽能板來提供能量等等。我的進一步設想是，用倒車鏡上的鏡片把反射器替代掉，這樣會美觀一些。這個項目可以給我國的交通，提供安全保障，讓人們在路上更加的安全，有力的推動了我國交通安全的發展。能飛的小車模型—高溫超導磁懸浮研究蘭州市第三十三中學趙之豪指導教師馬正弟摘要：基于高溫超導體和永久磁體的磁懸浮技術是一項具有廣闊應用前景的新研究領域，有可能是未來新型軌道交通發展的技術路線之一。通過一系列的實驗研究，了解和認識了高溫超導體（釔－鋇－銅－氧系材料YBCO)、釹鐵硼永久磁體的基本性能和磁懸浮技術的基本原理。并在此基礎上利用塑料泡沫材料和高溫超導塊材制作了適于磁懸浮實驗的小車模型以及釹鐵硼永久磁鐵軌道，小車模型在永磁軌道上成功實現了磁懸浮和穩定平衡行駛，表明利用永磁軌道和高溫超導塊材研制載人磁懸浮車在原理上是可行的。實驗研究還表明永磁軌道本身產生的磁感應強度在垂直方向較大的梯度以及在軌道表面和同一高度上沿縱向、橫向的均勻性是磁懸浮小車平衡穩定行駛的必要條件。實驗發現并證實對極排列設計的永磁體結構和永磁軌道可以有效增強中心區域的磁感應強度和磁場梯度，從而可以提升磁懸浮高度。關鍵詞：高溫超導體永久磁體磁懸浮小車模型問題的提出：今年春節期間，我們全家去了上海旅游。我早就知道上海有磁懸浮列車，所以一到上海，我就吵嚷著要坐磁懸浮列車。在上海的最后一天要從浦東機場回蘭州，爸爸答應我坐磁懸浮列車到機場。我們終于乘上了磁懸浮列車，列車看上去真漂亮，車廂里干凈、整潔、舒適，很快列車就緩緩地啟動了，還能感覺到車體慢慢地浮起來，我還沒有反應過來時，列車已風馳電掣地沖出去了，幾乎是眨眼間就看到車廂門框上方電子顯示屏上車速已達到251km/h,而且每一秒鐘都在快速地提升，很快就到341km/h,又回到340km/h,如此反復，高速運行著，車速又逐漸提高到380km/h,最高到431km/h,太刺激、太神奇了！我還沉浸在這極速的興奮中，列車就到浦東機場了，時間太短了，只有7分多種。我當時想如果磁懸浮列車票價要是便宜一些多好，我就可以多坐幾個來回充分體驗極速的感覺。當興奮的心情平靜下來時，我腦海中馬上浮現出一堆問題：如此巨大的列車是如何神奇地懸浮起來且高速奔馳？什么是磁懸浮？是否像傳說中所說依靠巨大的磁場把列車托起來？為什么懸浮的列車那么平穩？磁懸浮列車太巨大，能否縮小成像汽車那么小？大家就可以開著磁懸浮小車上特殊的高速公路，以400km/h的速度開車，從蘭州到北京只需三個多小時，那一定很爽！如果有這樣的磁懸浮車研制成功，燃燒汽油的汽車就可以大幅度減少，既可降低污染，又可節省能源，應用前景和意義一定巨大！帶著這些疑問，我查閱了一些資料，并懷著一種忐忑的心情，來到曾經參觀過的蘭州重離子加速器國家實驗室，向專門從事磁鐵和磁場研究的專家進行了細致的詢問和請教。根據查閱的資料和專家介紹,磁懸浮列車實際上是依靠電磁吸力或斥力將列車車廂托起懸浮于空中并進行導向,實現列車與地面軌道間的無機械接觸,從根本上克服了一般列車輪子與軌道之間的機械噪聲和摩擦力等問題,在離軌道10mm或100mm的高度快速飛行。目前磁懸浮列車的發展方向是利用磁鐵同性相斥原理而設計的,它利用車上超導磁鐵形成的磁場與軌道上線圈形成的磁場之間所產生的斥力,使車體懸浮運行,這種磁懸浮列車的懸浮氣隙較大,一般為100mm左右,列車速度比較高,可達每小時500千米以上。這種磁懸浮列車采用超導磁鐵技術,而我們知道超導磁鐵是利用低溫超導線圈產生磁場的,而超導線圈必須浸泡在液氦容器中，常年工作在4K即零下約270度的低溫條件下,氦氣資源極度貧乏,為此必須建起一套復雜的回收裝置以便將液氦回收循環使用,而且超導磁鐵技術非常復雜,因此運行成本大,很不利于推廣。目前全世界的科學家和工程師都在尋求新的技術途徑，發展全新技術的磁懸浮列車，而我本人一直對這個問題很感興趣。曾經一次看電視時，報道說我國最近幾年在鐵基高溫超導材料方面的研究獲得突破性進展，并領先于世界同行，這項研究還獲得國內的大獎。什么是高溫超導材料？目前世界上是否還存在常溫下的超導材料？既然低溫超導磁鐵要用大量的液氦，工作在極低溫度下，成本太高，如果有常溫下的超導材料，這種材料能否應用于磁懸浮列車？我立即上網查閱資料，發現目前還沒有常溫下的超導材料，所謂的高溫超導材料，是相對低溫超導材料而言。即使是高溫超導材料，也只能工作在幾十K的溫度，但可采用液氮冷卻，而液氮要比液氦便宜得多。我們周圍空氣中到處都是氮氣，所以我想用液氮冷卻的高溫超導材料如果能用于磁懸浮列車，運行成本一定會大幅度下降。在思考這些問題中，我聯想到小時候曾經玩過吸鐵石，只記得吸鐵石一靠近鐵釘，鐵釘立即“飛”到吸鐵石表面上，吸鐵石之間有些是相吸的，有些是相斥的。爸爸曾告訴我吸鐵石就是永久磁鐵，是由一種“稀土”材料做成的，一旦帶上磁性，磁性就“永久”保留，所以叫永久磁鐵。我國稀土材料是世界上最豐富的，儲量世界最多。由此我突生靈感，不禁聯想到，能否用永久磁鐵做成磁懸浮列車的車軌？而用高溫超導材料做磁懸浮列車的底盤，這樣只要兩者的磁極性相反，就可產生排斥力，如果排斥力足夠大，就能把列車車廂托起來實現懸浮！如果這個想法能實現，磁懸浮列車的成本肯定可以大幅度降低！關鍵是永久磁鐵能否讓高溫超導磁體懸浮到足夠的高度？因此，在蘭州重離子加速器國家實驗室老師和我們物理老師的指導幫助下，我開展了對高溫超導體和永久磁體的性能實驗研究，進行了利用永久磁體和高溫超導塊材而產生的磁懸浮實驗和分析，并與老師們一起制作了永久磁鐵組成的小軌道，開展了高溫超導永磁磁懸浮小車模型實驗，的確發現永久磁鐵可以把高溫超導塊材懸浮起來，由高溫超導塊材制作的小車模型可以在永久磁鐵組成的車軌上“懸浮飛行”。引言現代社會由于人口的急速膨脹伴隨著城市化的大規模推進，特別是家用轎車的快速普及加速了人口流動，加劇了交通狀況的惡化,并產生了一系列社會問題，如交通安全事故,環境污染,能源危機等。為了緩解這些問題,各國的科學家和工程師都在研制新型的交通工具，以改變目前交通運輸狀況,因此磁懸浮列車和磁懸浮載人車運用而生。專家指出，磁懸浮列車具有高效、安全、快捷、舒適、經濟、環保等優點。磁懸浮列車實際上是依靠電磁場特有的“同性相斥、異性相吸”的特性，利用電磁力來抵消車廂自身的重力，將車廂托起懸浮于空中并進行導向,實現列車與地面軌道間的無機械接觸,在離軌道10－150mm的高度快速飛行。磁懸浮列車利用車上超導磁鐵形成的磁場與軌道上線圈形成的磁場之間所產生的斥力,使車體懸浮運行。由于采用液氦制冷的低溫超導磁體技術，這種磁懸浮列車技術復雜，運行成本高昂，不利于運行和推廣，必須尋求新的磁懸浮技術途徑。通過查閱資料并請教專家，我發現自從1986年高溫超導體發現以來，在過去的二十多年里高溫超導體發展突飛猛進，各種高溫超導材料的工作溫度已達到50－90K。更讓我驚喜的是，早在1988年科學家就發現了高溫超導體能夠穩定地懸浮在永久磁體上，這一現象已經引起科學家們的廣泛關注，并孕育了一個新的研究領域－高溫超導磁懸浮。高溫超導磁懸浮是一種能夠自行調節相對穩定的懸浮方式，通常是高溫超導塊材在永久磁體提供的外場中實現穩定懸浮，是利用永久磁體與高溫超導體內部產生的感應電流相互作用產生的排斥力以保證垂直方向上的懸浮穩定性。因此，高溫超導體本身的性能和永久磁體提供的外磁場分布及強弱是決定超導磁懸浮系統性能的關鍵因素。對于給定的高溫超導體,磁懸浮性能直接依賴于外磁場的分布及強弱。高溫超導磁懸浮具有穩定、節能、環保的特點，被認為是21世紀最具開發潛力和前景的軌道交通技術之一。查閱的資料表明，最引人囑目的是我國西南交通大學已于2000年成功研制了世界首輛載人高溫超導磁懸浮實驗車“世紀號”，這越發激起我對高溫超導磁懸浮技術的濃厚興趣。在走訪磁體專家，并征得我們物理老師的支持后，我決定對超導磁懸浮現象作進一步探索。在得到中國科學院近代物理研究所重離子加速器國家實驗室的同意和支持下，我按照老師的指導和幫助，開始了實驗方案的設計、材料和儀器的準備，并通過在實驗室進行多次實驗、數據分析、問題討論和論文撰寫等過程，開展了高溫超導磁懸浮小車模型的實驗研究。實驗分為四部分：第一部分通過實驗了解高溫超導電性的原理和高溫超導體的性能，包括超導態電阻特性等。第二部分通過實驗了解永久磁鐵的性能，包括測量不同結構和組合的永久磁體磁感應強度和分布。第三部分進行高溫超導永磁體懸浮實驗。第四部分進行高溫超導磁懸浮小車模型在永磁軌道上“懸浮飛行”實驗。高溫超導塊材的超導性能實驗與分析第一步進行的是高溫超導材料的性能實驗。通過測量高溫超導材料的零電阻特性，我清楚地認識了超導體從正常態轉變為超導體的過程。實驗所用的儀器和材料都由中國科學院近代物理研究所提供，并在該研究所的磁體研究實驗室進行，如圖1所示。圖1.高溫超導材料零電阻實驗測試及所用實驗儀器2.1實驗原理1911年，荷蘭科學家卡末林一昂內斯(Kamerlingh一Onnes)用液態氦將汞冷卻到4.15K的低溫時，汞的電阻陡降為零，這種現象稱為超導電性，具有這種性質的材料稱為超導體。在外磁場為零的條件下，超導體由正常態過渡到超導態的那個轉變溫度叫做這個超導體的臨界溫度。除了臨界溫度，還有臨界磁場和臨界電流兩個參數制約著超導體的性能，即當超導體的磁場或者電流超過其臨界值時，超導電性會發生破壞。科學家發現，如果把超導材料放在磁場中冷卻，當材料進入超導態時，磁感應線將從超導體中排出，超導體內磁場強度總是等于零，這種現象稱為超導體的抗磁性。超導電性和抗磁性是超導體的兩個重要特性。超導體零電阻現象可以理解為，一旦物體在極低溫度下變為超導體后，物體中自由電子開始凝結成性質非常不同的超導電子，它在物體的晶格點陣中行動完全自由，可以自由穿梭，而受到的阻力幾乎為零，隨著溫度降低，越來越多的自由電子轉變成為超導電子，從而實現零電阻現象。就好像在一個大廣場中有很多人，大家隨便走動，如果我要穿過廣場，肯定阻力比較大，不容易穿越，而如果隨便走動的人都靜止不動了，我穿越廣場阻力就很小了，“我”就是超導電子，而“靜止不動的人群”就是物體的晶格點陣，這個比喻雖然不很嚴格，但比較容易理解。根據臨界溫度的不同，超導體可分為低溫超導體和高溫超導體。高溫超導體是指臨界溫度在30K以上的超導材料。有一種高溫超導材料，如釔－鋇－銅－氧系材料(YBCO)，這類高溫超導體具有很特殊的性能，具有不可逆的磁化曲線，在外磁場作用之后具有一定的剩余磁場，好像變成永久磁體了。本次實驗主要目的是實驗測量高溫超導材料釔－鋇－銅－氧系材料(YBCO)的零電阻特性，并實驗超導體從正常態轉變為超導體的過程。高溫超導材料YBCO的電阻值采用四線法測量，并計劃在測量電阻值的同時對溫度進行監控，總電路圖如圖2所示，測量儀器如圖1所示。高溫超導材料YBCO樣品放置在一個小型的低溫“恒溫器”中，兩端分別焊接兩塊薄銅片以連接兩根導線，這兩根導線再接到一個直流電源上，對高溫超導材料樣品通入較低的電流，另外兩根線兩端接電壓表，另外兩端分別焊接在超導材料樣品上（實際上超導材料是嵌入在不銹鋼皮中，焊接時一定去除焊接點處的不銹鋼皮）以直接測量高溫超導體樣品兩端的電壓值，在高溫超導體樣品的表面貼上一塊溫度傳感器，用于對樣品的溫度進行監測，所以，有四根線測量電流電壓，叫“四線法測量”，根據歐姆定律，即可得樣品電阻，測量樣品和測量線連接如圖3所示。由于氧化物高溫超導材料樣品的室溫電阻通常只有幾個到幾十個毫歐姆，為了減少漏熱，被測樣品的電引線很細、很長，而且測量的“恒溫器”內溫度變化很大，大約從200K到77K，這樣引線電阻較大而且不穩定，引線與樣品的連接也不可避免出現接觸電阻。圖2高溫超導材料樣品電阻實驗測試總電路圖圖3高溫超導材料樣品及四線法測量電阻連線2.2實驗材料、儀器和實驗操作步驟實驗材料：本實驗采用的高溫超導材料樣品是鎳基釔－鋇－銅－氧系材料(YBCO)，臨界溫度為92K。冷卻高溫超導材料的制冷劑是液氮。測量線是細銅導線。實驗儀器：本實驗所用的直流電源是KEITHLEY6221直流橫流源，實驗用電壓表是KEITHLEY2182A納伏表，低溫“恒溫器”是一個有金屬外殼的“暖水瓶”，該“恒溫器”內盛有液氮，所用儀器如圖1所示。由于沒有找到合適的溫度傳感器，很遺憾本次實驗沒有對超導材料樣品的溫度進行監測。實驗步驟及實驗現象：按圖2和圖3所示連接高溫超導材料樣品、電源和電壓表,并仔細檢查所有連接線。高溫超導材料樣品直接放在測試臺上，處于室溫。插入KEITHLEY6221直流恒流源和2182A納伏表電源插座，開啟他們的電源“Poweron”。選擇納伏表測量范圍為自動測量“AUTO”。慢慢調節恒流源電流旋鈕，使恒流源輸出電流為100mA，電流表顯示“100.00mA”，這時流過高溫超導材料樣品的電流即為100mA。同時可看到納伏表顯示出測量的樣品兩端電壓值隨電流增加而增長，對應100mA時納伏表顯示所測電壓為0.706611mV。根據歐姆定律可計算出測量的電阻為7.066mΩ，這是該高溫超導材料樣品室溫時的電阻值。把高溫超導材料樣品及其部分接線緩慢放入開口的低溫“恒溫器”內，由于“恒溫器”底部盛有液氮，其上半部分充滿冷氮氣，在冷氮氣的冷卻下，樣品溫度由室溫開始降低，相應地納伏表顯示的測量電壓從0.706611mV開始隨之降低，隨著溫度越來越低，測量顯示的電壓值也越來越小，當高溫超導材料樣品最終浸入液氮中時，納伏表顯示的電壓值曾瞬間達到0.00001mV或“0”mV（電壓表變化太快，沒有看到全部為“0”的顯示）,即瞬間出現“零電阻”現象，從此時開始即出現“超導態”。因溫度突變，幾乎是一瞬間，納伏表即顯示為負電壓值，且負電壓值逐漸增加。把樣品從液氮中取出，緩慢從低溫“恒溫器”中拿出來，放在室溫測試臺，樣品溫度逐漸上升，測量顯示的電壓逐漸增加，并從負值跳過“零”變成正值，開始緩慢增加，最終納伏表顯示測量的電壓值回到0.6949mV,表明樣品溫度從液氮溫區（77K）逐漸回到室溫。視頻1記錄了樣品溫度從室溫降低到液氮溫區，再從液氮溫區升到室溫時納伏表所顯示的電壓值變化全過程。2.3實驗結果與分析按照上述的實驗步驟，測量出高溫超導材料樣品室溫下的電阻為7.066mΩ。通過實驗，當高溫超導材料樣品溫度由室溫降到液氮溫區,再由液氮溫區升到室溫，實驗測量了溫度變化全過程的電阻值，“看到”高溫超導材料的“零”電阻現象，清楚地認識了高溫超導材料隨溫度變化從正常態到超導態，再從超導態到正常態的演變過程及其電阻特性。高溫超導材料樣品進入超導態后，出現了“負電壓”或“負電阻”現象，老師解釋說可能是由于熱電勢引起的，我沒有完全懂，還需進一步理解。由于沒有找到合適的溫度傳感器，所以不能給出被測樣品電阻隨溫度的變化曲線，也不能測臨界溫度。三、永久磁體性能實驗研究和分析第二步進行的是永久磁體性能實驗。主要研究永久磁體釹鐵硼NdFeB的磁性能，測量不同磁化方向和不同結構永久磁體的磁感應強度。實驗所用的釹鐵硼永久磁體和測量儀器由中國科學院近代物理研究所提供，實驗是在該研究所的磁體研究實驗室進行的。3.1實驗原理有一種材料在外加磁場的作用下，會被“磁化”，當外加磁場去掉后仍然保留較強的剩余磁感應強度，這種材料就是我們通常所說的永久磁鐵。永久磁鐵剩余磁感應強度的大小是由材料本身的性能決定的，最常用的永久磁體即是釹鐵硼(NdFeB)。每一塊永久磁體都有磁化方向，不同磁化方向的永久磁體組合在一起，可以增強其磁場，也可以減弱其磁場。磁場的測量一般是利用高斯計。高斯計是利用霍耳效應的原理測量磁場的。將一種導電板放在垂直于它的磁場中，當有電流通過這個導電板時，在導電板的兩側會產生電壓或電勢差，這種現象即是霍耳效應。實驗表明，在磁場不是非常強的情況下，產生的電壓或電勢差與通過它的電流和垂直于它的磁感應強度成正比，高斯計測量磁場正是利用了這一點。磁場測量用的這種導電板叫霍爾片，霍爾片受外界溫度的影響比較大。本實驗設計了三種結構的永久磁鐵，如圖4所示，圖中箭頭的方向表示永久磁鐵的磁化方向，實驗是用高斯計測量圖4中A、B、C三種結構的磁感應強度分布，認識永久磁鐵的性能，并為后續的磁懸浮實驗打好基礎。圖4三種結構的釹鐵硼永久磁體3.2實驗材料、儀器實驗材料和儀器：本實驗用的永久磁體是具有三種結構的釹鐵硼材料，并由特殊的膠粘結在一起，如圖4所示，磁體A是由兩塊磁化方向垂直向上的圓柱型磁塊粘結而成，磁體圓柱直徑48mm，高16mm。磁體B是由兩塊磁化方向相對的長方體型磁塊粘結而成，之間是一塊鐵磁材料，磁體長70mm，寬65mm，高55mm。磁體C是由兩塊磁化方向相對的長方體型磁塊粘結而成，為提高磁場強度和磁場梯度，之間放置一塊磁化方向垂直向上的永久磁體，整個磁體長70mm,寬65mm，高55mm。測磁的高斯計是Lakeshore410型，如圖5所示。圖5.高斯計Lakeshore4103.3實驗操作步驟：實驗主要是用高斯計測量三種結構永磁體磁極表面的磁感應強度分布。由于這三塊磁體磁感應強度較大，實驗測量時這三塊磁體不能靠近，要分別放在相互較遠的測試臺上，而且測試臺及其周圍要沒有鐵磁物品。分別在這三塊磁體的磁極表面上用塑料直尺畫出刻度線和測量點。磁體A是圓柱形，磁極面是圓形的，用彩色筆在磁極面上先畫一條通過圓心的直線，從圓柱的最邊沿，沿該直線每8mm標記一個測量點，共7個測量點（包括最邊緣的兩個點）。磁體B和C是長方體，磁基面是長方形，用彩色筆在磁極面沿長度方向（y方向）畫一條中心線，該中心線是長方形沿長度方向的對稱線，在中心線上每10mm標記一個測量點，共8個點，所以磁體B和C沿長度方向分別有10個測量點。在磁極面沿寬度方向（x方向）畫一條中心線，該中心線是長方形沿寬度方向的對稱線，在中心線上每5mm標記一個測量點，共14個點，所以磁體B和C沿寬度方向分別有14個測量點。用高斯計Lakeshore410測量磁極面每個測量點的磁感應強度。選擇測量橫向磁場的專用霍爾探頭，插入高斯計探頭插口，啟動電源（Poweron），并選擇橫向測量探頭。把霍爾探頭慢慢緊貼在磁體A被測磁極面上，確保探頭上的“紅色圓點”與磁極面上的被測點完全重合，才能讀取高斯計顯示的磁感應強度值，這樣逐點測量，并記錄測量值。還測量了磁體A垂直于磁極面沿圓心點向上的磁感應強度分布，用一個塑料直角三角尺，直角尺垂直于磁極面直立，直角點與圓心重合，沿帶有刻度的直邊，每5mm取一測量點，共7個測量點，高度30mm范圍，測量每個測量點的磁感應強度，記錄測量值，即可得到磁體A垂直于磁極面沿圓心點向上30mm范圍的磁場分布，由于沒有做特定的測量工裝，測量用一個直角尺做參考，精度不是很高。用高斯計分別測量磁體B和C在磁極面上的磁感應強度沿長度方向和寬度方向的分布，并測量磁體B和C磁極面中心垂直向上30mm范圍磁感應強度分布。測量步驟和方法與磁體A類似。3.4實驗結果與分析（1）永久磁體A在磁極面上沿直徑方向測量得到的磁感應強度分布如圖6所示，沿中心軸線垂直于磁極面從中心至30mm高度的磁感應強度分布如圖7所示。可看出圓柱形磁體A沿直徑方向的場分布基本上是均勻的，中心稍低，沿大半徑方向稍高，而垂直于磁極面沿中心軸線從磁極面向上，離開磁極面的高度越大，磁場越小，變化梯度是比較大的。磁體A磁極面中心的磁感應強度為3700高斯。圖6.磁體A在磁極面上沿直徑方向圖7.磁體A垂直于磁極面從中心至磁感應強度分布30mm高度的磁感應強度分布（2）磁體B和C在磁極面上沿長度方向（y）的磁感應強度分布如圖8所示，沿寬度方向（x）的磁感應強度分布如圖9所示，從磁極面中心垂直向上30mm范圍內磁感應強度分布如圖10所示。圖8.磁體B和C在磁極面上沿長度方圖9.磁體B和C在磁極面上沿寬度方向（y）的磁感應強度分布向（x）的磁感應強度分布圖10.磁體B和C垂直于磁極面從中心至30mm高度的磁感應強度分布（3）從圖8與圖9及磁體B與磁體C比較可看出，二者在磁極面中心沿長度方向（y方向）的磁感應強度分布在中間區域比較均勻，沿兩端磁場有一定的下降，梯度不十分大。但沿寬度方向（x方向）的磁感應強度分布完全不同，中心區域磁場非常集中，且磁感應強度很大，而沿中心區域向外，磁場衰減非常快，在離邊緣約10mm范圍內，磁場方向轉變，即出現負值，就是磁場方向由N極方向轉變為S極方向，反方向的磁感應強度也相對很大！這很有意思！據分析，原因是因為磁體B和C主要由兩塊磁極相對的永磁體粘接而成，這種結構致使中心區域磁力線非常集中，中心區磁場很強，而兩端反方向的磁場很強，沿磁化方向的磁場梯度變化很大。（4）更有趣的是，發現圖9中磁體B與磁體C相比，在中心區磁感應強度分布有一個“坑”，而且總體上說，磁體C比磁體B在中心區域的磁感應強度要明顯高很多，幾乎相差2倍。如果比較圖4中磁體B和磁體C的結構，就會發現磁體C兩塊磁極相對的中間是一塊磁化方向向上的永久磁鐵，而磁體B兩塊磁極相對的中間只是一塊鐵磁材料，這樣的結構使磁體C中心區域磁力線更集中，磁場更強，而磁體B在中心的磁場會減弱。（5）從圖10可看出，對磁體B和C，垂直于磁極面沿中心軸線從磁極面向上，離開磁極面的高度越大，磁場衰減越快，磁場變化梯度非常大。磁體B在磁極面中心磁感應強度為5580高斯，而在垂直高度30mm處降為760高斯。磁體C在磁極面中心磁感應強度為11300高斯，而在垂直高度30mm處降為1530高斯。（6）如果把磁體A的測量結果與磁體B和C進行對比，會發現總體上磁體B和C的磁感應強度遠遠高于磁體A，磁體B和C在垂直于磁極面上方的場梯度也要遠高于磁體A。主要原因有三點：一是磁體B和C永磁材料本身的剩余磁感應強度要高于磁體A；二是磁體B和C的結構主要是由兩塊磁極相對的永磁鐵粘結而成，這樣可使中心區域的磁場更集中、更強，使磁極面上方的磁場梯度更大；三是與磁體B和C相比，磁體A的厚度更薄。四、高溫超導磁懸浮實驗4.1實驗原理懸浮是指物體克服重力且不與周圍其它物體接觸的一種穩定狀態。所謂磁懸浮就是利用磁場來實現懸浮的一種方法，它利用磁力克服重力實現懸浮。一個磁懸浮系統至少包括兩個子系統，一個用于產生磁場，另一個用來改變或俘獲磁場，從而實現穩定的懸浮。高溫超導體磁懸浮最大的優點是它能夠穩定地懸浮在外磁場中，其實里面隱含了兩個條件：第一，外磁場必須是非均勻的,即一定要有磁場梯度存在；第二，高溫超導體必須俘獲一定的磁場。從上面的實驗我們知道永久磁體上方的磁場是不均勻的，可以具有很大的梯度，可它滿足穩定懸浮對外磁場的要求。而釔－鋇－銅－氧系超導塊材(YBCO)具有俘獲一定的磁場的性能，因此利用永久磁體和高溫超導塊材可以滿足穩定磁懸浮的兩個基本條件。高溫超導磁懸浮系統的冷卻方式可分為兩種，一種是指將超導體在一個沒有磁場的環境下先冷卻使其進入超導態，由愣茨定律可知，處于超導態的超導體靠近永磁體時，超導體內部將產生感應電流，阻止外磁場的進入。由于超導體內部感應電流產生的磁場與外磁場相反，超導體與永磁體間的相互作用可以等效為兩個極性相同永磁體之間的排斥作用，這種懸浮是不穩定的。另一種是先將高溫超導體置于永磁體上方某一位置，然后讓超導體冷卻進入超導態。在超導體冷卻之前，超導體處于正常態，磁場可以自由地穿過超導體，當超導體冷卻進入超導態后，超導體將俘獲磁通，即磁場“被凍結”在超導體中，超導體處于初始靜止位置不會受到磁力作用。此時如果釋放超導體，由于重力作用，超導體將向永磁體靠近，超導體內部將產生感應電流，超導體與永磁體間的相互作用力表現為排斥力(懸浮力)，但由于排斥力小于重力，超導體將繼續向永磁體靠近，直到作用在超導體上的排斥力與超導體的重力平衡。當超導體與永磁體之間發生相對的橫向位移時,超導塊材所處位置的磁場發生改變，“被凍結”的磁力線也試圖脫離原來的位置做橫向移動，然而由于感應電流將阻止這一趨勢從而宏觀上產生了側向的回復力，試圖將塊材拉回初始位置，所以超導體內部的俘獲磁通將保證超導體的側向穩定性，從而使超導體能穩定地懸浮在永磁體上方，而不需要其他任何控制系統。如果試圖讓超導體進一步靠近永磁體，作用在超導體上的排斥力將大于超導體的重力，從而阻止超導體向永磁體靠近；反之，如果使超導體遠離永磁體時，超導體內部將產生反方向的感應電流，此感應電流與永磁體間的相互作用力表現為吸引力，阻止超導體離開永磁體。因此，超導體內部的感應電流保證了垂直方向上的懸浮穩定性，而俘獲磁通則保證了懸浮的側向穩定，后述的這種方式是一種穩定的磁懸浮。本研究報告主要是實驗這種穩定的磁懸浮，其原理如圖11所示。圖11.高溫超導體磁懸浮示意圖4.2實驗材料和儀器本次實驗采用三種不同規格的釹鐵硼（NdFeB）永磁體做實驗。高溫超導體采用釔－鋇－銅－氧系超導塊材(YBCO)。實驗中超導塊材常常固定在一個由聚四氟乙烯制做的桶狀盒中。冷卻高溫超導體的介質是液氮。4.3實驗步驟和現象本次高溫超導磁懸浮實驗分兩種類型：一種是高溫超導塊材位于下方，把永磁體懸浮在超導塊材的上方，對于這種磁懸浮實驗只需要一塊較小的永磁塊。另一種實驗是永久磁體位于下方，把高溫超導塊材懸浮在上方，由于超導塊材較重，需要比較大塊的永久磁體。（1）先利用尺寸較小質量較輕的永磁塊，使其懸浮在高溫超導塊材的上方。首先將高溫超導塊材放入一個由紙杯做的臨時“低溫恒溫器”中，在紙杯上方放置一塊薄環氧板作為支架，并將一小塊釹鐵硼永久磁鐵放在環氧板上（如圖12左上照片所示），永久磁鐵置于高溫超導塊材的正上方約10mm處，放置好后將液氮緩慢倒入紙杯中，直到淹沒高溫超導塊材（如圖12右上照片所示）。保持液氮一直將高溫超導塊材浸泡在內，約5分鐘后超導塊材完全冷卻。完全冷卻后將支撐永磁塊的環氧板緩緩挪開，發現永磁塊穩定地懸浮在高溫超導塊材的上方了（如圖12下方照片所示），懸浮高度約5－10mm。將永磁塊從高溫超導塊材上方拿開，一小段時間后再放回去，可以看到永磁塊還能在最初位置繼續懸浮。視頻2可觀看永久磁鐵的懸浮過程。（2）進行將高溫超導塊材懸浮于永久磁塊上方的實驗。需要一塊較大的釹鐵硼永久磁鐵提供足夠的磁場將超導塊材懸浮起來，我們利用前面實驗提到的永久磁塊A。首先將永磁體A放置在一個簡單支架內，然后把一薄環氧板放在這個支架上，將高溫超導塊材連同紙杯“低溫恒溫器”一起置于環氧板上，使超導塊材在永磁體的正上方約10mm的位置。一切準備好后將液氮緩慢倒入紙杯中，使高溫超導塊材一直浸泡在液氮中（如圖13左邊照片所示）。5分鐘后待超導塊材完全冷卻，進入超導態后，用剪刀剪開紙杯，輕輕挪開已剪開的紙杯和環氧板，即發現超導塊材懸浮于永磁體的上方，如圖13右邊照片所示，懸浮高度約10－15mm。圖12.永久磁鐵懸浮于高溫超導塊材上方實驗照片圖13.高溫超導塊材懸浮于永久磁鐵上方實驗照片（3）換一塊磁感應強度更大的釹鐵硼永磁體，并把高溫超導塊材固定在一個由聚四氟乙烯制做的桶狀盒中，按類似上面（2）實驗步驟，可觀察到桶狀盒的懸浮狀態，如圖14所示,懸浮高度約10－15mm。圖14.高溫超導塊材懸浮于永久磁鐵上方實驗照片4.4實驗結果與分析通過三輪實驗，完美地再現了神奇的高溫超導磁懸浮現象，實現了兩種高溫超導磁懸浮狀態，一種是永磁體懸浮于超導塊材之上，另一種是高溫超導塊材懸浮于永久磁體之上，懸浮高度一般在5－15mm,并觀察到磁場強度越高，懸浮的高度就越高，磁懸浮高度還與被懸浮的永磁塊或超導塊材重量直接相關。五、高溫超導磁懸浮小車模型在永磁軌道上飛行的實驗5.1實驗原理和設計該實驗的構想是利用塑料泡沫材料制作一個小車模型的外形，內部有盛液氮的“低溫恒溫器”和置于其中的高溫超導塊材；再利用永久磁體和純鐵條搭建一個永磁軌道。制作的小車模型可以在永磁軌道上“懸浮飛行”，以模擬行使在永磁軌道上的磁懸浮車。高溫超導磁懸浮系統的性能取決于高溫超導體本身的性能和外磁場的分布及強弱。對于給定的高溫超導體，系統的懸浮特性直接依賴于外磁場的分布及強弱，磁場越強，系統的懸浮性能越好。根據本研究報告的第二部分實驗和研究，采用永久磁體對極排列方式（如第二部分實驗中的永久磁體B和C）可以把磁力線發散到較高位置，并能將磁力線高度聚集，以達到提升磁場強度和梯度的目的，永久磁體基本結構和磁力線分布如圖15所示，如果把這種結構的永磁體沿縱向延伸，很有可能構建一條永久磁體軌道。基于這樣的思路，把圖15的基本結構沿縱向延伸，即可形成所要設計的永磁軌道。我設計了如圖16所示的永磁軌道，該永磁軌道長720mm，寬84mm，高度10mm。圖17中給出整個軌道一部分的詳細設計，軌道的骨架是由三塊720mm長的純鐵條搭建，在每兩條純鐵塊之間是對極排列的永磁體，永磁體是由24x10x10mm的釹鐵硼永久磁塊粘結而成，共用了180塊這樣的永久磁塊。圖15.對極排列的永磁體結構和磁力線分布5.2實驗材料和儀器實驗材料主要是搭建永磁軌道的釹鐵硼磁塊，規格24x10x10mm,共180塊。高溫超導體采用釔－鋇－銅－氧系超導塊材(YBCO)。實驗材料還包括720mm長純鐵條三塊、粘結永磁塊的專用膠、液氮、塑料泡沫等。還有粘結磁塊的部分工裝、夾具和高斯計Lakeshore410。圖16.永磁軌道總體設計示意圖17.永磁軌道詳細設計和永磁塊排列5.3小車模型制作小車模型的制作比較簡單，用一塊塑料泡沫材料切削、掏挖成小車形狀，如圖18所示。模型內部有一個小車廂，既作為“低溫恒溫器”盛裝液氦，又放置超導塊材。5.4永磁軌道制作和軌道磁場分布測量在老師和專家的幫助下，按圖16和圖17所示的設計搭建和粘結永磁軌道。由于永磁塊具有磁性，相互之間的吸引力和排斥力很大，只能借助一些夾具和特殊設計的工裝，還要利用專用膠將永磁塊粘接在一起。需要粘接的永磁塊共有180塊，每一塊都要排列整齊，磁化方向準確無誤，工作量很大。我們花費了兩天才完成永磁軌道的制作，最終制成的永磁軌道如圖19所示。圖18.用塑料泡沫材料制作的小車模型圖19.永磁軌道照片用高斯計測量永磁軌道的磁感應強度分布，由于對高溫超導塊材起懸浮作用的磁場方向為垂直永磁軌道向上的方向（z方向），磁場測量只測垂直方向的磁感應強度，測量方法和步驟與本報告第二部分測量永磁體磁場分布類似，如圖20所示。首先測量永磁軌道表面沿小車行使方向（x方向，即縱向）中心線上的磁感應強度分布，該中心線即是位于永磁軌道中心純鐵條的中心線。在該中心線上每30mm刻度一個測量點，全長720mm，共25個測量點，用高斯計測量每個點上垂直于軌道表面向上方向的磁感應強度，兩次測量結果如圖21所示。可看出，在永磁軌道開始端磁場比較高，這是設計的初衷，主要想讓小車模型在初始位置很容易地懸浮在一個較高的位置，形成一點高度“落差”，以便后面依賴慣性進入正常懸浮行使。在后面的六百多毫米軌道內，磁場分布基本均勻，兩次測量的磁感應強度值也基本一致，確保磁懸浮平衡穩定，懸浮高度一致。圖20.永磁軌道磁感應強度分布測量圖21.永磁軌道表面中心線上磁感應強度分布（兩次測量）接著測量永磁軌道表面沿橫向（y方向，即軌道寬度方向或垂直小車行使的方向）的磁感應強度分布，測量點選取如圖22所示，為了比較磁場沿縱向的均勻性，在縱向任選兩個位置，進行沿橫向的磁感應強度分布測量，測量結果如圖23所示。然后再測沿永磁軌道垂直向上30mm范圍的磁感應強度分布：沿軌道中心線任選兩個點分別作為測量起始點，將一個塑料直角三角尺垂直于軌道表面直立，直角點與選取的測量起始點重合，沿帶有刻度的直邊每5mm取一測量點，共7個測量點。在兩個任選位置上測量的垂直向上30mm范圍的磁感應強度分布如圖24所示。圖23測量結果表明，由于永磁軌道按對極結構設計，在軌道的中心區域磁場明顯增強，并且磁感應強度在橫向的分布以中心線嚴格對稱，在縱向任選的不同位置處兩次測量的磁場值基本一致，表明該永磁軌道制作精度良好，軌道表面磁場在縱向的一致性很好。從圖24可看出，永磁軌道從中心垂直向上的磁場梯度較大，且梯度在不同的縱向位置分布均勻一致，可確保模型小車在同一懸浮高度受到的磁懸浮力一致，以保證穩定平衡懸浮。圖22.永磁軌道表面沿橫向磁感應強度測量點示意圖23.永磁軌道表面沿橫向磁感應強度分布（縱向兩個位置測量）圖24.永磁軌道垂直向上30mm范圍的磁感應強度分布（縱向兩個位置測量）5.5小車模型在永磁軌道上的磁懸浮實驗和穩定磁懸浮行使最后進行高溫超導小車模型在永磁軌道上穩定磁懸浮行使實驗。首先把高溫超導塊材放入模型車的車廂內，用三根不銹鋼細絲把超導塊材固定在“車廂”底部，以防滑動。該模型車“車廂”既作為車廂放置超導塊材，又作為“低溫恒溫器”盛裝液氦，以冷卻超導塊材。將制作好的永磁軌道放置在平整的桌面上，使用一個簡單支架將小車放置在永磁軌道的上方，并保持小車處于永磁軌道的中心位置處，小車距永磁軌道高度約10mm，如圖25左邊照片所示。小車放置好后，將液氮緩慢倒入小車車廂內，使車廂內高溫超導塊材充分冷卻，如圖25右邊照片所示。等到超導塊材完全冷卻后輕輕挪開支架，小車模型就可懸浮在永磁軌道上方。最初實驗時，小車不能在永磁軌道上方穩定懸浮，也不能穩定行使，后發現是因為車廂內的超導塊材重心與模型小車重心沒有重合，導致的不平衡使小車模型不能穩定懸浮，調整二者重心后，即實現穩定懸浮，懸浮高度約15－20mm，如圖26所示，輕推懸浮的小車模型，小車即可沿著永磁軌道實現穩定“懸浮飛行”，如圖27所示，視頻3記錄了小車模型在永磁軌道上懸浮行使的全過程。圖25.小車模型在永磁軌道上磁懸浮實驗準備圖26.調整超導塊材與小車重心后，小車模型開始穩定懸浮圖27.穩定懸浮和穩定行使在永磁軌道上方的高溫超導磁懸浮小車模型基于5.5的實驗結果和小車在永磁軌道上穩定平衡懸浮行使，可以得到如下結論：由高溫超導塊材制做的小車模型在對極排列設計的永磁軌道上可以實現穩定磁懸浮和穩定平衡行使；永磁軌道產生的磁感應強度在垂直方向的梯度以及在軌道表面和同一高度沿縱向、橫向的均勻性是小車模型平衡穩定行使的必要條件；對極排列設計的永磁軌道可以有效提高軌道中心區域的磁感應強度和磁場梯度，磁場強度越高，小車模型懸浮的高度越高。由高溫超導塊材制做的小車模型在永磁軌道上穩定平衡懸浮行使，也給我們一點啟示：如果增強永磁軌道的磁感應強度及其產生的磁場梯度，可以提高產生的磁懸浮力，利用永磁軌道和高溫超導塊材研制載人磁懸浮車在原理上是可行的，是有可能實現的，當然一定還會有許多技術挑戰需要解決。六、結論與展望通過本研究了解和認識了高溫超導體、永久磁體的基本性能及磁懸浮技術的基本原理。我將獲得的結果和對未來的展望總結如下：（1）實驗發現并證實了只有高溫超導體與永久磁體結合，高溫超導體在永磁體產生的磁場作用下先進入超導態，才能實現自調節的穩定磁懸浮。由高溫超導塊材制作的小車模型在永磁軌道上成功實現穩定磁懸浮和穩定平衡行使，表明利用永磁軌道和高溫超導塊材研制載人磁懸浮車在原理上是可行的。（2）實驗測量結果表明永磁軌道本身產生的磁感應強度在垂直（向上）方向較大的梯度以及在軌道表面和同一高度上沿縱向、橫向的均勻性是磁懸浮小車平衡穩定行使的必要條件。（3）實驗結果和研究表明：對極排列設計的永磁體結構和永磁軌道可以有效提升中心區域的磁感應強度和磁場梯度。對于懸浮的高溫超導體，磁場強度越高，懸浮的高度越高。（4）基于高溫超導體和永磁體的磁懸浮技術具有自調節的穩定磁懸浮，而且環保無污染以及懸浮高度可根據需要設計的特點，由此技術發展的磁懸浮列車或載人磁懸浮車具有高效、安全、快捷、環保的優點，有可能是未來新型軌道交通發展的技術路線之一，具有非常誘人的應用前景。但高溫超導體和永磁體一個共同的缺點是對溫度很敏感，隨著所處的溫度變化，二者的性能都會發生較大的改變，因此高溫超導磁懸浮車長期的性能可靠性是必須考慮的重大問題；此外，進一步降低建造和運行成本也是實際應用必須考慮的重要問題之一。鑒于此種情況，我今后的夢想是尋求常溫下的超導新材料，如果實現常溫超，將會引起一場新的技術革命。參考文獻：[1].王家素,王素玉.超導技術應用。[2].張裕恒，超導物理。[3].蘆逸云，高溫超導塊材磁懸浮實驗與仿真研究（博士論文）。實驗研究的一些體會：從提出我感興趣的問題、確立研究內容到查找相關資料、準備實驗材料和實驗儀器、進行實驗和記錄數據，到最后進行實驗資料和數據整理、分析和研究報告撰寫，整個過程都是在老師和專家的指導下進行的，所有這些過程對我來說都是第一次做，遇到了各種困難，也經歷了從未體驗的酸甜苦辣，這些過程和經歷使我深深體會到完整地做成一件事非常不易，特別是體驗到科學研究的艱辛以及科學研究所需要的嚴格、嚴肅、嚴謹和一絲不茍。讓我進一步認識到，做科學實驗一定事先要有周密的計劃、列出詳細的實驗步驟、做充分的安排和準備，對可能出現的各種問題要預先思考，在實驗過程中除了要細致的觀察、精確的測試、認真的記錄外，還要具備全面深入思考問題的慎密思維、靈活多變的實驗方法，嚴肅認真的科學精神，特別是需要不怕失敗的勇氣和分析解決問題的決心及能力。有兩次實驗是在晚上進行，我們做實驗到了很晚，指導我的近代物理研究所老師仍然不知疲倦，非常耐心細致地教我，從他們身上我學到了難能可貴的忘我工作和奉獻精神。近代物理研究所實驗室許多先進的儀器設備讓我羨慕，通過實地操作，非常有效地鍛煉了我的實驗操作技能和動手能力，更加激發了我學科學、愛科學的濃厚興趣。這次實驗研究對我的影響和幫助，將成為我學習和生活中的寶貴經歷和進一步發展的精神財富。致謝：感謝中國科學院近代物理研究所磁體研究室提供的所有實驗材料、實驗儀器和實驗平臺；感謝我學校的物理老師和近代物理研究所老師們在本次研究過程中給予的各個方面的指導和幫助。枸杞鮮果制干前酒精蒸汽防霉變研究蘭州市第二中學高二·5班田智中指導老師王雯倩摘要本研究通過對采摘后枸杞鮮果在酒精蒸汽和空氣中的霉變對比實驗，考察酒精蒸汽在不同濃度、溫度和時長條件下對枸杞鮮果霉變率的影響情況，并采用正交實驗法確定了酒精蒸汽對枸杞鮮果霉率的關鍵控制因素，為避免枸杞采摘后因陰雨天或其他原因不能及時制干出現高霉果率提供了解決方案。研究結果表明，在20℃～40℃溫度范圍下，將枸杞鮮果放置在15%酒精水溶液產生的蒸汽中，即可保證其在3天（72小時）內不發生霉變，又不會對其外觀和組分產生影響；枸杞鮮果經酒精蒸汽防霉變處理3天并用熱風干燥工藝制干后，枸杞干果的霉變率≤3%，僅為枸杞鮮果在常溫空氣中放置24小時后再采用相同熱風干燥工藝制干會產生30%霉果率的1/10，與采摘后4小時內就及時進行制干產生的霉果率相當[1]；上述工藝制干的枸杞將部分不完善粒和全部霉變粒剔除后，各項指標均達中華人民共和國標準《GB-T18672-2002枸杞(枸杞子)》特優級品的要求[2]。關鍵詞：枸杞鮮果；制干前；酒精蒸汽；防霉變1.引言枸杞樹在植物分類上屬為茄科茄族枸杞樹植物，為多年生落葉灌木，其果實枸杞子（簡稱枸杞）具有很高的營養價值和醫用保健功效，素有“紅寶石”之稱。枸杞樹是附加值較高的經濟樹種，也是固沙造林、改良土壤的先鋒樹種。據本人前期開展的社會實踐調查，我們甘肅大規模人工種植枸杞樹起步于2003年，目前，在白銀市的景泰、靖遠兩縣，已建成10萬畝的枸杞種植基地[3]，獲得了顯著生態效益和良好的經濟效益，枸杞產業已成為當地農民增收的支柱產業。每株枸杞樹的枸杞子每年6月初開始逐漸成熟，一直延續至當年的9月底，一般需要每隔5～7天采摘一次，一畝豐產期的枸杞樹每年可累計采摘枸杞1500kg左右。枸杞鮮果為漿果，皮薄汁多，采摘后極易受到微生物侵染而霉變腐爛[4]，一旦發生霉變腐爛便完全失去藥用和食用價值，入藥或食用后會帶來一定的毒副作用，而且保鮮保藏難度極大，必須將其干燥成枸杞干果。枸杞鮮果制干方法有很多種類，目前普遍采用的是自然（晾）曬制干和熱風烘干法。因景泰、靖遠兩縣氣候干燥、日照充足，當地果農每次將成熟的枸杞果實采摘后，會及時清洗并拌入適量的食用純堿（食品級Na2CO3）后，均勻的攤布在陽光下（晾）曬，如圖1所示。在連續晴天的情況下，經4～5天得到含水率≤13%的枸杞干果，剔除部分不完善粒和全部霉變粒后，即可裝袋貯存或作為產成品出售。圖1枸杞生產基地和（晾）曬制干現場成熟的枸杞果實必須及時采摘并盡快制干。否則，在6～9月的自然環境下，12小時內就會發生霉變，24小時內其平均霉變率達10%，48小時后其平均霉變率就會超過30%[4]。所以，采用自然（晾）曬制干方法為主的景泰、靖遠兩縣，一旦出現連續陰天或雨天，采摘后的枸杞鮮果就會因無法及時制干發生大量的霉變，給果農帶來較大的經濟損失。因此，如何降低采摘后制干前枸杞鮮果發生霉變的速度，使其在一定時間內不發生霉變，就成為景泰、靖遠兩縣枸杞產區迫切需要研究解決的課題。研究資料表明，導致枸杞鮮果發生霉變的原因主要是細交鏈格孢、草芽枝霉和毛霉三種霉菌感染并迅速繁殖所致[1]。根據酒精分子能夠吸收霉菌蛋白的水分，使其脫水變性凝固，從而達到殺滅目的滅菌原理，考慮到酒精對枸杞中的有效成分可能產生一定的抽提作用，再考慮到經濟和安全方面的因素，本研究采用5%～20%酒精的蒸汽對枸杞鮮果的進行防霉變處理。本課題研究的目標是通過實驗研究確定采用酒精蒸汽對枸杞鮮果防霉變處理的適宜濃度。總體研究路線如圖2所示。圖2總體研究路線通過科技查新得知，目前對枸杞制干過程中的防霉變研究已有文獻報到和專利申請，但對于枸杞鮮果制干前采用酒精蒸汽防霉變的研究和相關專利申請，目前在國內外尚未見文獻報道。2.材料與方法2.1供試材料枸杞鮮果采摘于靖遠縣靖安鄉枸杞種植基地，采摘時已成熟并且無霉變。2.2試劑試劑級無水酒精；30°市售蓮花牌食用白酒，經標定，酒精含量30.5%。2.3儀器燒杯、量筒、玻璃棒、計時器、帶懸勾可對開式不銹鋼網空心球、溫度可調恒溫箱、烘箱等。2.4測定指標與方法2.4.1測定指標檢測枸杞鮮果在空氣和不同濃度酒精蒸汽中，在設定溫度范圍內放置一定時長后的霉變率。2.4.2不同濃度酒精溶液配制按照設定濃度和實驗需求量，計算出酒精和需要加入蒸餾水體積，分別用量筒量取后，加入燒杯中用玻璃棒攪拌使其混合均勻即得到設定濃度的酒精溶液。2.4.3實驗方法采摘一定量的枸杞鮮果4小時內，每個試樣隨機選定200粒的無霉變果，裝入帶懸勾可對開式不銹鋼網空心球，在將不銹鋼網空心球懸掛于下部裝有適量（酒精液位低于不銹鋼網空心球最下端，并且保證在計時時間內不會揮發完畢）一定濃度酒精的燒杯內開始計時，并迅速將燒杯加蓋后放入恒溫箱內；經過不同時長后取出，觀察讀取每個不銹鋼網空心球枸內杞鮮果發生霉變的粒數。通過設定每批實驗的酒精濃度、恒溫箱溫度和時長，并且以讀取的枸杞鮮果發生霉變粒數為依據，計算出枸杞鮮果在不同的酒精蒸汽濃度、溫度和時長條件下的霉變率。2.4.4防霉變處理后的枸杞鮮果制干取出防霉變處理后的枸杞鮮果，拌入適量（1%）的食用純堿后，放入烘箱托盤內，在45℃～50℃的溫度下烘干48小時，即可得到含水率≤13%的枸杞干果。2.5實驗設計結合景泰、靖遠兩縣的6～9月的氣候條件，選定研究因素水平的具體數值，如表1所示。表1因素水平水平ABC時長溫度產生蒸汽的酒精濃度124hr25℃5%248hr30℃10%372hr35℃15%496hr40℃20%本研究采用3因素4水平的正交實驗設計進行枸杞鮮果制干前酒精蒸汽防霉變的工藝條件的優化。因為沒有3個因數，4個水平數的正交表，我們參照相等水平數，即L16(45)的正交表進行正交實驗設計[5]，結果見表2。表23因數、4水平正交實驗表試驗號ABC111121223133414452126221723482439313103241133112342134141442315432164413．實驗結果分析與驗證實驗3.1實驗結果分析依據下頁表3中所列的正交實驗數據、計算結果，我們可以得出如下結論：⑴K1A＜K2A＜K3A＜K4A表明霉變率隨著時長的增加而升高。⑵K1B＜K2B＜K3B＜K4B表明霉變率隨著溫度的升高而增加。⑶K1C＞K2C＞K3C＞K4C表明霉變率隨著酒精濃度的升高而降低。⑷R3＞R1＞R2表明，在時長、溫度和酒精濃度三個因素中，對霉變率的影響最大是酒精濃度，其次是時長，溫度對霉變率的影響最小。⑸試驗進行至96hr時，僅20%酒精的蒸汽中枸杞鮮果表面出現脫水起皺和顏色加深、發烏和酒精溶液呈淡橙色的情況，表明在25℃～40℃溫度和96hr時長范圍內，利用濃度≥20%酒精的蒸汽對枸杞鮮果制干前進行防霉變處理，會對枸杞鮮果組成成分和形狀產生一定的影響；而采用濃度≤15%酒精的蒸汽對枸杞鮮果制干前進行防霉變處理，在相同的溫度和時長范圍內，不會對枸杞鮮果組成成分和形狀產生影響。枸杞鮮果制干前酒精蒸汽防霉變試驗號時長(A)溫度(B)產生蒸汽的酒精濃度(C)(%)124hr25℃5%4.00224hr30℃10%0.00324hr35℃15%0.00424hr40℃20%0.00548hr25℃10%0.00648hr30℃5%15.5748hr35℃20%0.00848hr40℃15%0.00972hr25℃15%0.001072hr30℃20%0.001172hr35℃5%43.51272hr40℃10%23.01396hr25℃20%0.001496hr30℃15%12.51596hr35℃10%20.01696hr40℃5%70.5K1X4.004.00133.5試驗現象：試驗進行至96hr，僅20%酒精的蒸汽中枸杞鮮果表面出現脫水和顏色加深、發烏，酒精溶液呈淡橙色。K2X15.5028.0043.00K3X66.5063.5012.50K4X103.093.500.000k1X1.0001.00033.38k2X3.8757.00010.75k3X16.6315.873.125K4X25.7523.380.000RX值24.7522.3833.383.2驗證性優化實驗3.2.1實驗方案在上述正交實驗結果的基礎上，本研究的驗證性優化實驗如下：首先將30°市售蓮花牌白酒加入等體積的蒸餾水，得到濃度為15%的酒精溶液；然后按照本文2.4.3所述的實驗方法，將恒溫箱的溫度設定為40℃，進行3份試樣（編號分別為1#、2#、3#）枸杞鮮果制干前15%酒精溶液蒸汽的防霉變同條件平行實驗；同時，再進行3份試樣（編號分別為4#、5#、6#）枸杞鮮果制干前不做防霉變處理（燒杯內加入適量的蒸餾水）同條件的對比實驗。3.2.2實驗結果驗證性平行對比實驗的實驗結果如表4所示。表4驗證性平行對比實驗實驗結果試樣編號15%酒精溶液的蒸汽防霉變處理無酒精蒸汽防霉變處理 1#2#3#4#5#6#出現霉變粒時長(hr)817984898注：1.恒溫箱設定溫度40℃；2.出現霉變果時，未霉變枸杞鮮果和酒精溶液外觀均無變化。驗證性平行對比實驗的實驗結果表明，采用15%酒精溶液的蒸汽對枸杞鮮果進行防霉變處理處理，在40℃的環境溫度下，可保證枸杞鮮果在3天（72hr）內不發生霉變，并且不會對枸杞鮮果的組分和外觀產生影響。3.2.3防霉變處理后枸杞鮮果的制干結果將枸杞鮮果在室溫下利用15%酒精溶液的蒸汽防霉變處理72hr之后，拌入適量（1%）的食用純堿，放入烘箱托盤內在45℃～50℃的溫度下烘干48小時，霉果率≤3%，剔除霉變果和不完善粒后，取樣用密封袋封裝送至甘肅省分析測試中心委托檢驗。該中心出具的檢驗報告表明，送檢的樣品各項指標均達中華人民共和國標準《GB-T18672-2002枸杞(枸杞子)》特優級品的要求。4．實驗研究結論利用食用酒精或市售白酒加水配置的15%酒精水溶液，用來對制干前的枸杞鮮果進行酒精蒸汽防霉變處理，在常溫下（25℃～40℃）可以保證枸杞鮮果在3天內不發生霉變；而且采用上述方法防霉變處理后的，對枸杞鮮果的組分和外觀未產生影響。所以，本研究成果有望可用于采摘后的枸杞鮮果因無法及時制干所發生大量霉變的問題。5．致謝首先感謝王雯倩老師在社會實踐、論文選題、實驗設計等方面給予本人的辛勤指導，還要感謝父母對我開展本研究的大力支持與細心陪伴，是你們的關懷與幫助使我能夠完成實驗研究與論文，謝謝你們！參考文獻[1]吳古飛.枸杞干燥過程中防霉變劑的開發與應用研究[D].蘭州.蘭州理工大學,2011.[2]GB-T18672-2002枸杞(枸杞子),[S].[3]辛中堯,李茂哉.依靠科技創新建立綠色枸杞產業基地—淺析景泰縣枸杞產業的發展[J].甘肅科技，2009,25(7):5~6.[4]李曉鶯等.殼聚糖涂膜對枸杞鮮果常溫保鮮的研究[J].安徽農業科學,2009,37(14):6597~6598.[5]鄭少華.試驗設計與數據處理[M].北京:中國建材工業出版社,2002.62-100.廢舊電池對于生物和環境的危害探究論文蘭化一中·高二年級一班孔凡心蔡文君宋濡君指導教師馬隴燕【論文摘要】：人們日常使用的電池是靠化學作用，通俗的講就是靠腐蝕作用而產生電能的。電池主要有一次電池、二次電池和汽車電池。一次電池包括紐扣電池、普通鋅錳電池和堿電池，一次電池多含汞。二次電池主要指充電電池，其中含有重金屬——鎘。汽車廢電池中主要含酸和重金屬——鉛。廢電池看上去很不起眼，可是害處卻很大。為了證明廢電池對長成植物（和種子類植物）以及對動物的影響，我們組內人員做了A和B兩大組實驗實驗。通過記錄實驗現象，從實驗現象中，結合查到的資料得出結論。【論文關鍵詞】：廢電池；實驗；危害。【論文背景】隨著科技的飛速發展，電池已成為了我們生活中不可缺少的一部分，據統計全國每年大約需要電池近44億節，平均每人一年用掉11節。但有關數據調查表明，我國電池的回收率還不到2%，一次性用掉的大量的廢電池一扔了之，而廢棄的電池會對我們生活、土壤等環境產生很大的影響。近兩年，廢電池對環境的影響成為國內媒體熱門話題之一。有的報道稱電池對環境污染很嚴重，一節電池可以污染數六萬立方米的水。有的甚至說廢電池隨生活垃圾處理可以引起諸如日本水俁病之類的危害，還有一節5號廢電池就可以使一平方土地荒廢等，這些報道在社會上引起了很大反響，有很多熱愛環保的人士和團體開展或參加了回收廢電池的活動。科學調查表明，一顆鈕扣電池棄入大自然后，可以污染60萬升水，相當于一個人一生的用水量，而中國每年要消耗這樣的電池70億只。據了解，我國生產的電池有96%為鋅錳電池和堿錳電池，其主要成份為錳、汞、鋅，錳等重金屬。廢電池無論埋在大氣中還是深埋在地下，其重金屬成份都會隨滲液溢出，造成地下和土壤的污染，日積月累會嚴重危害人類健康，1998年《國家危險廢物名錄》上定出汞、鎘、鋅、鉛、鉻為危險廢棄物。因此，我組同學決定對廢舊電池對于生物和環境的危害及防治這一論題進行研究。1.1基礎資料萬事開頭難,面對著這么大的一個課題,應該從哪里研究起呢我們三人都不約而同地想到從電池的內在物質入手.人都說廢電池有害,那么是不是所有的廢電池都有害呢電池的危害性又表現在哪里呢為此,我們上網查閱了有關資料,并得出了以下結論:①.并不是所有的廢電池都是危險品,碰也碰不得,電池種類不同,對于環境的污染差別也很大,應區別對待,有些電池如堿性干電池和鎳氫電池不會對環境造成嚴重危害,但有些電池如鎘鎳電池含有有害物質,進入環境長期作用,可能直接危及人們的健康.

②.電池污染具有“生產多少廢棄多少,集中生產,分散污染;短時使用,長期污染”的特點,電池污染是因為電池含有以下重金屬:

鉛:神經系統(神經衰弱,手足麻木),消化系統(消化不良,腹部絞痛),血液中毒和其他的病變.

汞:精神狀態改變是汞中毒的一大癥狀.脈搏加快,肌肉顫動,口腔和消化系統病變.發生在日本的水俁病就是汞中毒的典型.

鎘,錳:主要危害神經系統.鎘中毒后患者手足疼痛,全身各處都很易發生骨折,俗稱"痛痛病"

③廢舊電池污染環境的途徑:

俗話說得好:病從口入,廢電池也一樣.我們分析了種種電池污染過程,不外乎以下幾種,且這些元素本被封存在電池殼內部,并不會對環境造成影響.是經過長期機械磨損和腐蝕,使得內部的重金屬和酸堿等泄露出來,進入土壤或水源,才會通過各種途徑進入人的食物鏈,從而危害人類健康.

這些過程簡述如下:

電池→土壤→微生物→動物循環

粉塵→農作物→食物→人體→神經→沉積發病

其他:水源→植物→食品→消化

生物從環境中攝取的重金屬可以經過食物鏈的生物放大作用,逐級在較高級的生物中成千上萬地富集,然后經過食物進入人的身體,在某些器官中積蓄造成慢性中毒.

那么,廢電池是如何進入環境的呢,目前我國還沒有進行垃圾分類回收,目前生活垃圾處理主要是衛生填埋,堆肥和焚燒三種方式,混入生活垃圾的廢舊電池在這三個過程中的污染作用體現在:

填埋:廢舊電池的重金屬通過滲濾作用污染水體和土壤.(主要是干電池)

焚燒:廢舊電池在高溫下,腐蝕設備,某些重金屬在焚燒爐中揮發在飛灰中,造成大氣污染,焚燒爐底重金屬堆積,給產生的灰渣造成污染.

堆肥:廢舊電池的重金屬含量較高,造成堆肥的質量下降.2.實驗證明2.1【A】實驗2.1.1.為了證明廢電池對長成植物的影響，我們組內人員做了四組實驗。分別將仙人球，富貴竹，天竺葵，君子蘭這四種生命力旺盛的植物中放入七號電池（或電池浸液）。實驗結果如下：（一）仙人球實驗說明：將仙人球放入盆中，放在不改變的環境中（黃色的盆子標記處中加入了廢舊7號電池）。【仙人球屬于仙人掌科，生命力頑強，耐旱。】現現象時間圖片記錄時間現象第一周（實驗前）第一周的時候仙人球生命力旺盛，頂部有花朵，表面的刺直且硬度大。第二周經過一周以后，仙人球花朵掉落干凈，顏色變黃變暗，有枯萎，萎縮表現。第三周第三周時放電池處的仙人掌已被腐蝕掏空，表面的刺變細變脆，同時土壤變黑。（注：仙人掌被腐蝕的情況太嚴重，不得不縮短實驗觀察時間，提前結束試驗）（二）富貴竹實驗說明：將買來的五枝富貴竹放入滴有電池浸液的水中，放在不改變的環境中。【富貴竹，又稱水竹，屬于龍舌蘭科，有極強生命力。】現現象時間圖片記錄時間現象實驗前富貴竹生命力旺盛，枝葉堅挺，翠綠。第十二天老葉子的尖端開始變黃，新生葉子依舊翠綠，但堅挺程度減弱。第二十四天新老葉子的葉尖黃色部分慢慢地擴大至整個葉片，幾近枯死狀態。（三）天竺葵實驗說明：將一盆買來的生長茂盛的天竺葵中埋入一粒七號電池【天竺葵，多年生草本花卉，屬于牻牛兒苗科，稍耐旱。特點：在土壤環境pH值約等于7的時候，花瓣呈現乳白色；pH值大于7時，花瓣成紅色或紫色】現現象時間圖片記錄時間現象實驗前花朵茂盛，呈肉粉色，莖汁液充足，硬度較大。第十二天莖下面的老葉子和花朵的邊緣變黃，花瓣邊緣微卷，顏色加深。第二十四天葉子整體變黃，并出現褐色斑點，花朵由粉紅變成紅色，最后落下（四）君子蘭實驗說明：將一盆買來的生長茂盛的君子蘭中埋入一粒七號電池。【君子蘭，多年生草本植物，屬于石蒜科適宜生活在微酸性的土壤中，pH約為6.5】現現象時間圖片記錄時間現象實驗前葉片厚實光滑油亮，葉色深綠，君子蘭生命力旺盛。第十二天中間新生的嫩葉和上方的先受到損害，葉尖先變黃，變軟，變薄，失去光澤。第二十四天變黃的趨勢下沿，證書葉片邊緣處開始發黃卷曲，直至蔓延到整個葉片。.結論：廢電池對土壤以及生長在土壤里的植物有一定的影響，并且對不同的植物影響程度不同。但相同的是，廢電池的埋入對植物的生長速度以及生長情況（形態，含水量，顏色等）都會產生較大的影響。同時，從多種植物的顏色變化可知，廢棄的干電池可能會以堿性為主。2.1.2為了明確表現證明廢電池對環境的影響，我們組內人員做了四組對照試驗。通過種子的發芽情況間接模擬表現出土地的受損程度。實驗說明：我們分別將綠豆，大蒜，黃豆，花生這四種植物種子分別放在澆有電池浸液的棉花中和放在清水中進行對比。綠豆芽綠豆芽綠豆芽實驗結果種子（30粒）時間環境發芽數發芽率綠豆7天清水30100%電池浸液1240%大蒜7天清水1653%電池浸液827%黃豆7天清水1860%電池浸液1033%花生7天清水1033%電池浸液00%.結論：從實驗可知廢電池對環境有極大的危害性。廢電池不僅對長成植物有影響，而且對土壤以及埋在土壤中的種子有一定的影響，而且對不同的種子影響程度不同。但相同的是它會使得種子不能夠正常的發育，這對植物是一種很大的危害。2.2【B】實驗2.2.1.為了證明廢電池對水質及依靠水生存的動物的影響，我們組內人員做了一組對照實驗。實驗說明：將買來的十六只魚苗分為兩組，每組八只，分別放在清水中和滴有電池浸液的水中。水質水質時間清水中電池浸液的水中第一天第二天第三天現象魚苗出現掉鱗和死亡情況魚苗生活狀態良好.結論：從實驗可知廢電池對水質有極大的危害性。同時對依靠水生存的動物存在極大影響。3.研究心得：在這次研究性學習活動中，我們學習到的不僅僅是如何查找資料，更重要的是從資料中分析得出結論，從而為后來的實驗探究定下一個明確的方向。剛開始進行試驗的時候，由于理論的設計完全變成了實際的操作，我們有些無所適從，不知從哪里下手才好。后來在馬隴燕老師的指導下，我們漸漸明確了實驗的具體方法。因為考慮到經費的問題，我們并沒有做很多的對比試驗，但是，我們所選取的植物大多具有“隨土色變”的特性，這就很大程度上直觀地為我們展現出了土地酸堿性的變化。研究性活動不僅培養了我們的合作協調能力，更重要的是，讓我們獲得了從實驗中分析現象從而得出結論的能力，實在是獲益匪淺。通過實驗證明，我們可以很容易的看出廢電池對環境的影響。與其說是影響，不如說是一種危害。廢電池的危害是一種源頭上的污染。它里面的污染物（重金屬鹽和電解液）通過土壤和水傳播給其他生物，由于生物鏈環環相扣，這就給了污染物一個很大的傳播機會和傳播空間，當植物或生物體內的有害物質富集到一定程度的時候，受污染的癥狀便會表現出來，但此時，受污染的程度已經不輕了。廢棄電池中最多的就是干電池，由于他們電容量低，不能滿足需要大電流和較長期連續工作的環境，所以人類用過一次后便會丟棄它們。殊不知這一個小小的丟棄動作的背后，會引發多么大的悲劇。所以說，我們在日常生活中必須要有這種為環境著想的意識。4.參考文獻《無機化學原理》《無機化學疑難問題解答》《化學反應的酸堿理論》《化之道》《污染實錄》《金屬與無機廢物回收百科全書》與水污染有關的書動軸式減震，可變力自動檔變速山地自行車涇川一中高二·17班何歡指導老師朱維斌一、設計原由由于我國工業的快速發展，消費水平的逐步提高，汽車數量大幅度增多廢氣排放量大，導致近幾年來，大部分城市遭受霧霾襲擾，空氣質量極差，民眾出行不便，更不利于民眾的身體健康，也因此，催生的低碳生活這一理念。騎自行車無疑既方便出行，又低碳環保的一種生活方式，于是越來越多的人選擇騎自行車上下班，騎自行車變成了一種時尚，與此同時各種賽車也進入了人們的生活之中。市面上常見的有山地自行車，公路自行車。山地車，是專門為越野（丘陵，小徑，原野及砂土碎石道等）行走而設計的自行車。因其堅固、粗獷、新穎的外型、繽紛奪目的色彩、優越的騎行性能，很快成人們追求的時尚山地車的主要特征是：寬胎，直把，有前后的減震，騎行較舒適。寬而多齒的輪胎提供抓地力，有減震器吸收沖擊。剛度大，行走靈活等特點，騎行時不必選擇道路，無論街巷漫游還是休閑代步都獲得了廣泛的好評，騎車者可以在各種路面環境上盡情地享受舒適的騎行樂趣。但是普通山地自行車依然有某些缺點：騎行時，由于身體重量全部由手臂和屁股承擔，所以騎行時間過長會導致手臂、手掌、屁股、腰很酸痛。變速器雖然可以讓我們在更多種坡度上騎行，但是頻繁的變速比較麻煩，而且如果在變速過程中需要剎車，是比較危險的，因為這時候我們的手指還放在變速器上而不是剎車把上。前輪只能朝一個方向減震，在障礙物較高時，會有很大的來自前方的沖擊感（就像騎自行車撞在墻上一樣的感覺）。前后兩輪之間有腳踏板和牙盤（即由腳踏板帶動的大齒輪），在騎行時，這部分有時可能會碰到地上的石頭或臺階等，導致發生側翻事故。自行車在騎行速度較快時，剎前剎車會使自行車后輪翹起，使人向前甩出。……為此我設計出了這款自行車，他和傳統的山地車相比有很多的不同之處。二、設計圖、工作原理整車側視圖前輪前輪側視圖（略碟剎片）前輪主要有轉動桿、彈簧、車軸、車圈、輪胎組成。車圈直徑約34寸，相比普通的山地自行車的26寸前輪有更強的通過能力（即從障礙物上滾過的能力，車圈直徑約小通過能力越差）。減震工作原理（簡圖）（軸相對于圈的不同位置）車軸可以在車圈內直徑約35cm的圓形區域內移動，又因為車軸與車圈用只能朝一種方向轉動的轉動桿連接，所以車軸始終與車圈平面垂直。達到減震、防撞（車輪被阻不向前移動，車軸與車體向前移動。彈簧起到緩沖作用，可減少對車手和被撞物體的損傷）、防緊急前剎車（車前輪被剎車器抱死不移動，車體向前移動，彈簧緩沖。而不是后輪翹起）的目的。2.前叉、手把前叉、手把正視圖3.后輪后輪側視圖動力齒輪與車圈的傳動方式（局部簡圖）腳踏板帶動主動輪轉動，主動輪通過鏈條帶動從動輪轉動，從動輪和變速齒輪同軸轉動，變速齒輪帶動飛輪轉動，飛輪（與普通自行車后輪的齒輪一樣，只能朝一個方向轉動，當腳踏板不轉動時。后輪依然可以向前轉動，達到滑行目的）和動力齒輪同軸轉動，動力齒輪與輪圈用齒牙傳動，達到是自行車向前騎行的目的。變速器工作原理當拉變速線時，變速桿繞軸移動，牽引鏈條從大齒輪上脫落到小齒輪上改變速比，當松變速線時變速導輪牽引鏈條從小齒輪上移到大齒輪上。當變速齒輪對飛輪的拉力變大時，動力齒軸沿軌道向前移動，擠壓彈簧，限斜桿防止了動力齒輪的傾斜，拉動了變速線，變速線拉動變速器，使鏈條從大齒輪上脫落到小齒輪上，改變速比，緊鏈輪把長余的鏈條拉緊，檔變速齒輪對飛輪的拉力減少時，彈簧把動力齒軸彈回原位，松動了變速線，變速器上的彈簧把變速桿彈回原位，變速導輪牽引鏈條從小齒輪上又回到大齒輪上。變力器：當通過手把上的變力器（原理與普通變速器相同）把變速線拉緊時，彈簧對動力齒的力度大；變力器把變力線松開時，彈簧對動力齒的力度小。這樣，假如你在進行一個長途越野，前半程你精力充沛，力氣很大。你可以調節變力器拉緊彈簧，則此時你需要用較大的力蹬腳踏板才可以變速。而當后半程時，你已經筋疲力盡，力量變小，這時你調節變力器放松彈簧，則此時你用較小的力蹬腳踏板，就可以變速了。這也就是可變力自動擋變速的含義。變速齒輪剖面圖速比主動輪直徑：27cm從動輪直徑：5cm飛輪直徑：5cm車圈內側直徑：60cm動力齒直徑;10cm腳踏板轉動一圈時個齒輪轉動圈數檔位變速齒輪半徑/cm變速齒輪轉動圈數/圈主動齒輪轉一圈飛輪轉圈圈數/圈車輪轉圈圈數/圈速比1：0.9277.61.31:1.3399.71.61:1.641111.91.91:1.951314.02.31:2.361516.22.71:2.771718.43.11:3.181920.53.41:3.492122.73.81:3.8102324.84.11:4.11125274.51:4.5速比也就是腳踏板轉動一圈，車輪的轉動圈數。限位輪與車圈4.腹墊腹墊側視圖腹墊俯視圖車手的重量全部集中在腹墊上，腹部有通氣孔，在騎行時有散熱功能。腹墊外部用皮質材料做成，中間是軟材料，內部有金屬骨架，與主車架連接。腹墊的前擋板可以在自行車在緊急前剎車時，防止車手向前飛出。左右擋板可以防止自行車轉彎傾斜時車手從車上滾落。后擋板防止車手從自行車后方滑下，并且，分擔車手的一部分重力。三、騎行方式四、性能比較自行車后視圖（簡圖）由于受到腳踏板位置和高度