The Periodic in Iodine Clock

先双手献上我的作品,请可可爱爱的专家老师看一看这视频呀~

https://www.bilibili.com/video/BV1dZ4y1W79u

作品简介

第二学期数学项目。主题用一个实际问题来讲述周期性和三角函数。热爱化学的我没加思索就选定了一个化学中比较冷门的试验——碘钟实验来制作。因为碘钟实验的现象是一个烧杯中的液体从蓝紫色逐渐变为琥珀色,然后经过一段时间变回蓝紫色。这一个循环称作一个周期,这个反应会持续50-300个周期不等,每一个周期的时间是几乎相同的。而我要探究的就是每个周期的相似处和不同,以及用函数图像将这个反应的周期性体现出来。

经过前期的思考,我准备从头到尾自己做实验并采集数据,因为我希望这里的数值是我自己测量的,能使误差最小化。

函数图像周期性

整个项目从采购药品、做实验、采集数据、计算到剪辑视频,耗费将近一个月的时间。这是没日没夜的一个月,也是沉浸在化学和数学喜悦中的一个月。

我的新发现

变通-自创单位解难题

从前化学课上提到“碘钟实验”最多就是研究到实验的颜色变化。我要在一个从未有人探索过的领域找到答案,无疑是一件难事。其中最难的是数据处理的部分。

在化学中,有一个单位叫吸光度。它的含义是溶液吸走了多少光,和溶液的颜色与透明度相关。我的试验数据正好需要这个单位,因为碘钟实验研究的就是颜色变化。但是这个数值需要用专业仪器测量,也就是分光光度计。这个仪器最便宜的也需要上万元,实在不符合我这个穷酸学生的标准啊。我想到了另一种办法来解决。

试验录制现场

我将实验全程录像,是使用固定机位和固定灯光的摄影方法。最后把原本录下来的彩色视频变为黑白。每一个颜色都有自己的编码,这个编码的数值代表在这种颜色中,红绿蓝三种颜色的数量。于是我就利用这个数值来判定某一时刻溶液的“吸光度”。因为这个数据只能在一次实验内有效做对比用,所以我给它起名为“溶液灰度”。这也算是用比较巧妙地方法解决了一个棘手的难题。

碘钟实验中的“大、小”周期
坚持-不懈计算见真功

“溶液灰度”看似简单,实际复杂得很!简单说就是在视频里截图看看数值大小,其实步骤远远没有想象中的那么简单哦。

首先,为了数据的精确,我需要在每0.25秒截一次屏,并记录颜色代码。这就意味着3分钟的试验视频需要我测量二百四十次数据,两次数据需要提取整理一分多钟,这个步骤我耗费将近三小时。你以为到这就结束了?其实还没完,这个颜色代码是以十六进制的形式展现的,为了最后把数据放进平面直角坐标系中我需要把每一个测量完的数据从十六进制转换为十进制,这是一个更加浩大的工程。每一个数值都要被带进一个二元二次方程手动计算。这个环节我连续熬了三个晚上才结束。这个环节需要格外认真,因为一个数值的细微差别就会导致后期绘图以及分析时和现实有很大差距,这也就是人们常说的“一步错,步步错”。

十六进制的测量结果

可见,完成一个完整的理科课题需要足够的耐心,细心。

项目详情

about 8-Self Regulation

有关这个项目,抛开化学数学知识和创新性思维,剩下可以说明的就是自我调节了。

首先,我在项目开始前就给自己立下了一个极具挑战的目标,也就是通过周期性函数发现一个以前从来没有人研究的课题,并用通俗易懂的方式让观看视频的人理解它。这就是我为自己设立的目标。经过我的努力,我也完成了它。因为从前从未有人尝试用周期型函数来表示碘钟实验。

前期,我也想到过这个项目会比同样题目的其他人耗费更多的时间,所以我为自己设立了几个项目内DDL。这其中也加入了其他课程、作业的时间,经过推算,只有每天的晚7点到12点有大块时间做这个项目。我为自己设定的计划是在三天内完成一次成功的试验并录像,十天内进行初步数据处理,十二天内函数模型建立完毕,十五天内写好文案并录制背景音,二十一天剪辑视频并上传Bilibili。最终提前两天按时完成了项目。

起初我也想到了如果每一天晚上都要面对一个项目持续四个多小时,这期间压力一定会大大增加。所以计划中在这四个小时中分散加入了近半小时的休息时间。但经过两天的工作后,我发现一旦一个人面对他爱做的事情,即便时间很长,身体很容易疲惫,内心也不会感到枯燥,有压力,反而是对生活中其他压力的释放。我在做理科项目的时候永远都是怀着享受的态度在工作的。也许这就是热爱的力量吧。

END