閱讀下面的文字，完成6-8題。“水立方”與肥皂泡理論張昌芳 劉家福2008年*奧運會標誌*場館之一――國家遊...

問題詳情：

閱讀下面的文字，完成6-8題。

“水立方”與肥皂泡理論

張昌芳  劉家福

2008年*奧運會標誌*場館之一――國家游泳中心，又名“水立方”，它已成為世界建築史上的標誌*建築，也是理論物理學的傑作。

“水立方”的建築靈感源於對肥皂泡的形學和力學特*的研究成果。

肥皂泡總是試圖最小化它們的表面積，以使它們的表面能量最小化。對於一個孤立的肥皂泡，最佳的表面就是一個球面。但當兩個或多個肥皂泡聚集在一起，它們的球狀結構又會如何呢？1840年，比利時物理學家普拉託在一系列實驗之後指出，當肥皂泡沫聚集到一起時，它們以三個側面成120°連線在一起，一次聚集4個肥皂泡，在每一個角點上有4條邊交匯，它們形成的四面角大約為109.47°。這即是著名的普拉託規則。

那麼，具有相同體積的許多泡泡聚集在一起應該又具有什麼樣的完美結構呢？也就是說如果將三維空間細分為若干個小部分，保*接觸面積最小，這些細小的部分應該是什麼形狀？這個問題被稱為開爾文問題。1877年英國科學家開爾文將既能填滿整個空間、同時又能滿足普拉託規則的那些具有最小表面積的相同尺寸的泡泡，稱為開爾文單元，其結構為14面體。開爾文用截去頂端的八面體去填充整個空間，然而他發現，只有把八面體的每個面進行輕微的彎曲，才能獲取具有較小表面積的泡沫結構，開爾文泡沫結構具有完美的對稱*。

然而，由於開爾文結構缺乏嚴謹的數學*和實驗論*。1993年，愛爾蘭科學家威爾和弗蘭藉助於Surface Evolver軟體（這是一種基於最小能量原理和有限元數值分析方法，針對表面成形演變過程分析的一般問題，用C語言編寫的通用型軟體）進行實驗分析，提出了開爾文泡沫結構的新型氣泡結構模型，即人們所稱的威爾―弗蘭氣泡。威爾―弗蘭氣泡模型中包含12面體單元和14面體單元兩種多面體單元，兩者共有三種表面形狀，即一種六邊形和兩種五邊形，其稜邊有四種邊長，角點形式則有三種。6個14面體和2個12面體可組成基本單元組合，基本單元組合可以沿三個互相正交的方向陣列填充三維空間。到目前為止，威爾-弗蘭多面體組合仍被認為是開爾文問題的最理想的解答。

關於肥皂泡的結構和力學特徵，科學家們更多的是給出理論分析。泡沫理論真正成為科學實踐則是在“水立方”的建造中。

“水立方”的新型多面體空間鋼架結構採用了威爾-弗蘭氣泡模型。威爾-弗蘭的氣泡理論和開爾文理論相比，多了些複雜*，少了些對稱美，在某種程度上，那些堅信最好的結構應該具有最美的對稱*的科學家對威爾-弗蘭的氣泡理論多少有點不安。但是，“水立方”的新型多面體空間鋼架結構採用75%的14面體和25%的12面體的理想組合，大大減少了需要的鋼材數量，整個鋼結構僅用6700多噸鋼，所用鋼材料最少。威爾-弗蘭氣泡的接觸表面面積比開爾文氣泡小0.3％。                                  （選自《科學》2008年5期）

6．下列對“普拉託規則” “開爾文問題”及“威爾-弗蘭的氣泡理論”理解，不正確的一項是

A．“普拉託規則”適用於對體積不規則的聚集在一起的泡泡結構進行形學和力學特*分析。

B．“開爾文問題”是力學問題，也是美學問題。既要求三維空間細分的若干個小部分的接觸面積最小，又要讓這個整體結構具有對稱美。

C．“威爾-弗蘭的氣泡理論”是對普拉託及開爾文的氣泡科學理論的豐富與發展。

D．“威爾―弗蘭氣泡”中的基本單元，與“開爾文氣泡”中的基本單元一致。

7．下列對“‘水立方’，是理論物理學的傑作”這句話的理解，不符合原文意思的一項是

A．“水立方”的建築設計的靈感，源於肥皂泡的形學和力學特*的研究成果。

B．*的“水立方”建造，使物理學意義上的泡沫理論真正變成了建築史上的偉大科學實踐。

C．採用“威爾-弗蘭的氣泡理論”進行設計，使得“水立方”的鋼材料使用量達到了最小值。

D．世界上所有的科學家都認同根據“威爾-弗蘭的氣泡理論”設計的“水立方”，達到了力與美*統一的極致。

8．根據原文提供的資訊，下列推斷不正確的一項是

A．單個肥皂泡的表面之所以是球面而不是方形，是因為只有球面體的泡泡不容易破滅。

B．相同體積的眾多泡泡聚集在一起，如果要使這一泡泡體的整體結構更具對稱美，應該遵循開爾文泡泡理論。

C．威爾-弗蘭氣泡模型的多面體組合，經“水立方”的建築實踐*，是解決開爾文問題的最完美的解答。

D．肥皂泡理論*，大自然的外在表現所具有的美學感的結構，是規則和不規則、簡單和複雜的微妙關係的統一體。

【回答】

6．D  威爾―弗蘭氣泡模型中包含12面體單元和14面體單元兩種多面體單元，開爾文單元，其結構為14面體。

7．D  因為“在某種程度上，那些堅信最好的結構應該具有最美的對稱*的科學家對威爾-弗蘭的氣泡理論多少有點不安”。

8．C  原文只說是“目前最理想的解答”。

知識點：單元測試

題型：未分類