阅读下面的文字，完成6-8题。“水立方”与肥皂泡理论张昌芳刘家福2008年奥运会标志场馆之一――国家游...

习题库
关注：1.06W次

问题详情：

阅读下面的文字，完成6-8题。

“水立方”与肥皂泡理论

张昌芳刘家福

2008年*奥运会标志*场馆之一――国家游泳中心，又名“水立方”，它已成为世界建筑史上的标志*建筑，也是理论物理学的杰作。

“水立方”的建筑灵感源于对肥皂泡的形学和力学特*的研究成果。

肥皂泡总是试图最小化它们的表面积，以使它们的表面能量最小化。对于一个孤立的肥皂泡，最佳的表面就是一个球面。但当两个或多个肥皂泡聚集在一起，它们的球状结构又会如何呢？1840年，比利时物理学家普拉托在一系列实验之后指出，当肥皂泡沫聚集到一起时，它们以三个侧面成120°连接在一起，一次聚集4个肥皂泡，在每一个角点上有4条边交汇，它们形成的四面角大约为109.47°。这即是著名的普拉托规则。

那么，具有相同体积的许多泡泡聚集在一起应该又具有什么样的完美结构呢？也就是说如果将三维空间细分为若干个小部分，保*接触面积最小，这些细小的部分应该是什么形状？这个问题被称为开尔文问题。1877年英国科学家开尔文将既能填满整个空间、同时又能满足普拉托规则的那些具有最小表面积的相同尺寸的泡泡，称为开尔文单元，其结构为14面体。开尔文用截去顶端的八面体去填充整个空间，然而他发现，只有把八面体的每个面进行轻微的弯曲，才能获取具有较小表面积的泡沫结构，开尔文泡沫结构具有完美的对称*。

然而，由于开尔文结构缺乏严谨的数学*和实验论*。1993年，爱尔兰科学家威尔和弗兰借助于Surface Evolver软件（这是一种基于最小能量原理和有限元数值分析方法，针对表面成形演变过程分析的一般问题，用C语言编写的通用型软件）进行实验分析，提出了开尔文泡沫结构的新型气泡结构模型，即人们所称的威尔―弗兰气泡。威尔―弗兰气泡模型中包含12面体单元和14面体单元两种多面体单元，两者共有三种表面形状，即一种六边形和两种五边形，其棱边有四种边长，角点形式则有三种。6个14面体和2个12面体可组成基本单元组合，基本单元组合可以沿三个互相正交的方向阵列填充三维空间。到目前为止，威尔-弗兰多面体组合仍被认为是开尔文问题的最理想的解答。

关于肥皂泡的结构和力学特征，科学家们更多的是给出理论分析。泡沫理论真正成为科学实践则是在“水立方”的建造中。

“水立方”的新型多面体空间钢架结构采用了威尔-弗兰气泡模型。威尔-弗兰的气泡理论和开尔文理论相比，多了些复杂*，少了些对称美，在某种程度上，那些坚信最好的结构应该具有最美的对称*的科学家对威尔-弗兰的气泡理论多少有点不安。但是，“水立方”的新型多面体空间钢架结构采用75%的14面体和25%的12面体的理想组合，大大减少了需要的钢材数量，整个钢结构仅用6700多吨钢，所用钢材料最少。威尔-弗兰气泡的接触表面面积比开尔文气泡小0.3％。（选自《科学》2008年5期）

6．下列对“普拉托规则” “开尔文问题”及“威尔-弗兰的气泡理论”理解，不正确的一项是

A．“普拉托规则”适用于对体积不规则的聚集在一起的泡泡结构进行形学和力学特*分析。

B．“开尔文问题”是力学问题，也是美学问题。既要求三维空间细分的若干个小部分的接触面积最小，又要让这个整体结构具有对称美。

C．“威尔-弗兰的气泡理论”是对普拉托及开尔文的气泡科学理论的丰富与发展。

D．“威尔―弗兰气泡”中的基本单元，与“开尔文气泡”中的基本单元一致。

7．下列对“‘水立方’，是理论物理学的杰作”这句话的理解，不符合原文意思的一项是

A．“水立方”的建筑设计的灵感，源于肥皂泡的形学和力学特*的研究成果。

B．*的“水立方”建造，使物理学意义上的泡沫理论真正变成了建筑史上的伟大科学实践。

C．采用“威尔-弗兰的气泡理论”进行设计，使得“水立方”的钢材料使用量达到了最小值。

D．世界上所有的科学家都认同根据“威尔-弗兰的气泡理论”设计的“水立方”，达到了力与美*统一的极致。

8．根据原文提供的信息，下列推断不正确的一项是

A．单个肥皂泡的表面之所以是球面而不是方形，是因为只有球面体的泡泡不容易破灭。