Candidate Topics候选课题
物理奖赛道 · 候选课题 40 则
Physics — 40 scoped research proposals for the 2027 season.
40
Candidate topics候选课题
65
Past winners studied历届获奖论文对照
2
Sub-families分族
52
Weeks planned周倒排时间表
Download PDF下载完整 PDF 共用附录：时间表与红线清单
本方案面向 2027 赛季（2026 赛季提交截止为 2026 年 9 月 15 日，从零启动已来不及）。倒排时间表以 2026 年 9 月为第 0 周、2027 年 9 月 15 日提交为终点，共约 52 周。
学生画像与资源假设：普通重点高中生，有一定编程与数学基础；计算资源为个人笔记本、纯 CPU、无 GPU 无集群；实验资源不超过中学常规实验室；全部使用公开数据；由中学教师即可指导。凡超出这一假设的路线，都在标签里标明了资源门槛。
四条必须先知道的赛制事实（取自官方公告，2020–2026 全部公示文章）：指导老师不得来自培训机构或任何谋利机构，违者取消资格；总决赛全程英文（研究报告、PPT、答辩）；入围总决赛的研究报告会在 11 月全网公示；提交材料含论文查重报告与实验视频。规则每年会改，报名开放后须重新核对当年《参赛规则》与本学科《参赛指南》。
这个赛道的评委在奖励什么
统计 2020–2025 共 65 项物理奖获奖论文，结论非常干脆：这是六个赛道里唯一一个由桌面实验主导的赛道。
"厨房物理"是这个赛道的正统。 历届金奖依次是：绳子自发打结的物理机制、葡萄等离子体（燃烧还是放电）、软物质弹性模量的改进测量法、听声辨球数（声学特征 + 机器学习）、旋转诱导的自发对称破缺与滞回环。银铜奖里是黏性液滴变形、环在碗中的混沌运动、意大利面为什么断成三截、纸张交错堆叠的摩擦放大、液体晃荡的非线性动力学。共同特征：现象来自日常生活，装置自制，但分析深度做到了量纲分析 + 标度律 + 理论模型 + 实验验证的完整闭环。
流体与软物质是最大的单一门类，约占三分之一：液滴撞击、水跃、射流、沉降、渗流、毛细。声学与振动其次（管道共鸣、声悬浮、音乐盒、金属板啸叫）。这两族的器材成本最低，恰好匹配普通高中生的资源条件。
天体物理与数据分析类存在，但天花板明显偏低。 TESS 假阳性识别管线、M82 星系中心物理条件、暗扇区相互作用解哈勃张力、系外行星大气反演——全部止步于铜奖或优胜奖，六年里没有一篇进入金银。这不代表不该做，而是意味着：如果走数据分析路线，必须自建独立管线并做出可被检验的物理判断，不能只是"用公开数据跑了一遍现成方法"。2025 的银奖是自研物端棱镜光谱仪 + 配套 AI 分类模型——注意它赢在自己造了仪器。
反复获奖的学校：重庆育才、南京外国语、人大附、北师大实验、北京十一学校。这些学校有稳定的物理实验传统与器材积累。普通学校要竞争，最可行的路径是选一个器材极简、但现象本身尚未被系统定量的日常现象。本方案 P11–P20 全部按"总预算 ≤ 3000 元、无高校仪器依赖"设计。
本赛道 20 条路线的分族逻辑
- P01–P10 计算、理论与公开观测数据族：适合动手条件差、但编程与数学更强的学生。结构性优势是没有器材风险与实验重复性风险；结构性劣势是要在评委的口味逆风里靠分析深度取胜，因此每条路线都强制要求自建管线并做方法学校验。
- P11–P20 桌面实验与低成本测量族：正面迎合这个赛道的传统。核心竞争力不是现象多新奇，而是测量不确定度控制得多好——每条路线都写死了误差源、重复次数与标度拟合的稳健方法。丘奖要求提交实验视频，这一族的记录规范也写进了方法路径。
两族独立排序：P01/P11 最稳，P10/P20 风险与上限最高。
All topics课题索引
第一批 · 20 则
按可行性排序，编号越小越稳。点开任一则可看完整的八块方案：研究问题、可检验假设、量化验收标准、数据与工具、方法路径、新颖性边界与 go/no-go 决策门槛。
P01
TESS 扩展任务新扇区对热木星 WASP-12b 类轨道周期衰减的自建凌星计时管线独立检验
用自建的 lightkurve + batman + emcee 凌星计时管线，从 TESS 扩展任务（Extended Mission）2023–2026 年新扇区光变曲线中重建 WASP-12b 等热木星的中凌时刻（…
P02
二维稀释伊辛模型临界行为的 Wolff 集团蒙特卡洛检验
位稀释（site-diluted）二维伊辛模型的表观临界指数随稀释度漂移，应解读为"弱普适性"（ν 连续变化、γ/ν 不变）还是"纯伊辛指数 + 对数修正"？在笔记本可达的系统尺寸 L ≤ 256 上，有限尺寸标度（fi…
P03
Gaia DR3 疏散星团成员的自建聚类判定管线与质量分层–年龄关系的统一口径独立检验
用自建的五维天测（位置 + 自行 + 视差）HDBSCAN/GMM 聚类管线对约 20 个疏散星团（open cluster）重建成员表后，在统一的质量分层指标 Λ_MSR 口径下，"动力学年龄越老分层越强"的已发表趋势…
P04
格点高分子自回避行走的 pivot 算法自建实现
自建的 pivot + 局部移动混合蒙特卡洛能否在二维/三维格点上把自回避行走（self-avoiding walk, SAW）的 Flory 指数 ν 复现到 1% 以内，并进一步在相互作用自回避行走（ISAW）上独立…
P05
地表气温长程相关性 DFA 标度指数的新时间窗独立检验与"站点 vs ERA5 再分析"同点偏置量化
用 1991–2025 年新 35 年时间窗与自选全球站网重新估计日气温距平的去趋势涨落分析（detrended fluctuation analysis, DFA）标度指数 α，"内陆站 α ≈ 0.65、海岸/岛屿更…
P06
α-FPUT 非线性晶格能量均分时间随能量密度的标度指数
用自建辛积分器测量 α-FPUT（Fermi–Pasta–Ulam–Tsingou）链的能量均分时间 T_eq 随能量密度 ε 的标度指数，在 N = 32–256、笔记本可达的 ε 区间内，测得的指数与近期文献报告的普…
P07
GWOSC 公开应变数据上双黑洞并合的自建匹配滤波重探测与数据条件化选择的参数偏置量化
自建的 PyCBC 匹配滤波（matched filtering）管线能否重现 GWTC-3 星表中 ≥ 10 个双黑洞事件的信噪比与啁啾质量（chirp mass）？功率谱密度（PSD）估计方式（Welch 段长、窗函…
P08
TESS 20 秒短节奏 M 矮星耀斑的自建检测 + 注入-恢复管线与耀斑频率分布幂律指数的稳健独立拟合
自建的耀斑检测与注入-恢复管线在 TESS 20 秒短节奏（20-s cadence）光变曲线上，对约 30 颗活跃 M 矮星测得的耀斑频率分布（flare frequency distribution, FFD）幂律指…
P09
ZTF 类星体光变阻尼随机游走参数的高斯过程重估与基线长度偏置的仿真定量检验
用 celerite 类高斯过程（Gaussian process）对数百条 ZTF 类星体光变拟合阻尼随机游走（damped random walk, DRW）参数后，以 ZTF 真实采样模式做的注入仿真能否定量重现 …
P10
Gaia DR3 宽双星低加速度区速度差统计的自建重建
用自建的 Gaia DR3 宽双星（wide binary）筛选与相对速度统计管线重建样本后，Chae (2023–2025) 报告的低加速度（~10⁻¹⁰ m/s²）引力增强信号与 Banik et al. (2024…
P11
电涡流阻尼下落的终端速度测量
钕磁铁在非铁金属管中下落的终端速度（terminal velocity）vt，是否在薄壁极限下严格满足 vt ∝ ρe/(w)（ρe…
P12
纸条毛细渗吸的 Washburn √t 定律与蒸发限长
竖直纸条中水的爬升距离 L(t) 在早期是否严格满足 Lucas–Washburn 定律（Lucas–Washburn equation）L=√(Dt)（指数 0.50），其最终停在远低于 Jurin 高度的稳态限长 L…
P13
颗粒孔口流的 Beverloo 标度与堵塞统计
自制竖直料仓中颗粒经圆孔的稳态流量 Q 是否满足 Beverloo 定律（Beverloo law）Q = Cρ√g (D-kd)5/2，拟合指数的 95% CI 是否含 2.5？进一步：当孔径比 …
P14
多米诺倒塌波速的摩擦依赖
多米诺倒塌波的稳态波速 v 在无量纲化 v/√(gh)（h 为骨牌高）后，是否只依赖间距比 s/h 与两类摩擦系数（牌–牌 μd、牌–地 μs）？进一步：改变牌–地摩擦能否按 …
P15
瓶子排空的"咕咚"振荡
倒置瓶经底孔排水时的"咕咚"（glug-glug）振荡周期 T 与总排空时间 Te，是否满足 Clanet & Searby（J. Fluid Mech. 510, 2004）的标度 Te…
P16
橡胶气球的非单调压强–体积曲线与双气球失稳
乳胶气球的压强–体积曲线 P(V) 的非单调形状（先峰后谷再上翘）经过多少次充放气循环（Mullins 预处理，Mullins effect）后收敛到稳定曲线——逐循环峰值压强的衰减是否呈指数收敛，特征循环数是多少？进一…
P17
热巧克力效应的定量检验
搅动含气液体后敲击杯底所闻音调随时间爬升（热巧克力效应，hot chocolate effect），其瞬时共振频率 f(t) 能否用独立测得的气泡体积分数（void fraction）φ(t) 代入 Wood 方程（Wo…
P18
盐水密度振荡器的周期标度与双振子同步
盐水密度振荡器（density/saline oscillator：装盐水的杯底小孔浸入淡水，盐水下流与淡水上流交替）的振荡周期 T 随孔径 d 与密度差 Δρ 的标度关系是什么？进一步：共享同一外槽的两只振子，其同步模…
P19
链条喷泉的高度标度与"基底推力"机制判别
珠链从高处容器自发跃出形成的链条喷泉（chain fountain / Mould effect）高度 hf 是否随落差 h 线性增长（hf=α h），比例系数 α 对链型如何…
P20
倾斜管中 Kelvin–Helmholtz 失稳的起始时间与波长
密封长直管内两层不同密度液体在管子突然倾斜后产生加速剪切流，界面上 Kelvin–Helmholtz 失稳（Kelvin–Helmholtz instability, KHI）的起始时间 tc 与初…
本赛道的后 20 则出自独立撰写的第二批方案，与前 20 则同样遵循八块结构、方法学校验硬门槛与 go/no-go 要求，选题角度则明显不同——可以当作互补的第二组视角来读。
但有一处差别必须先说清楚：第二批在撰写时未做英文文献检索。它的新颖性边界依据的是历届获奖图谱与既有知识，而不是当轮查新。这意味着"这个想法是否已被发表"这一关尚未过。每则的正文里都重复标注了这一点。若选中第二批的某一则，第一件事是补做英文检索协议（把想法写成一句英文摘要，抽 4–6 个关键词组合检索，并专门搜"最显而易见的那个做法"），再决定是否启动。
P21
「热巧克力效应」中气泡液体声速的时变规律
搅拌后含气泡的热液体中，敲击杯底音调随时间恢复的频率曲线 f(t)，能否由 Wood 方程(气泡液体声速公式)加上单一气泡消除时间常数的模型定量预测？液体温度与气泡引入方式如何改变该时间常数？
P22
揉皱纸张的声发射「雪崩」
揉皱纸张时的声发射脉冲能量是否服从幂律分布？其指数在不同材料(打印纸/牛皮纸/铝箔)与不同压缩速率下是否在置信区间内不变？
P23
颗粒物料孔口流量的 Beverloo 标度
平底容器孔口直径 D 变化时，颗粒质量流量 W 是否服从 Beverloo 律 W = C ρ√g (D − kd)^(5/2)？指数 5/2 与截止参数 k 在从近球形(小米)到强非球形(大米、红扁豆)的颗粒形状序列上…
P24
磁体在非铁磁金属管中的涡流制动
钕磁体在铝、铜、黄铜管中下落的终端速度 v∞，是否与磁偶极-薄壁管模型预言的 v∞ ∝ 1/(σw)(σ 电导率、w 壁厚)成反比标度一致？几何因子对磁体长径比的依赖能否被同一模型捕捉？
P25
Leidenfrost 液滴寿命曲线与临界温度
水滴在加热金属板上的总蒸发寿命曲线 τ(T) 的峰值(Leidenfrost 点)位于何温度、随液滴体积与表面粗糙度如何移动？膜沸腾平台区的寿命对液滴半径的依赖是否符合蒸汽膜润滑模型的幂律预期？
P26
竖直肥皂膜的排液动力学
竖直肥皂膜固定高度处的厚度 h(t) 是否服从重力排液模型预期的幂律衰减？表面活性剂浓度与甘油添加量如何改变衰减指数与黑膜(厚度 < 可见光四分之一波长)出现时间？
P27
第 25 太阳活动周耀斑等待时间分布的独立检验
第 25 太阳周(2020–2026)GOES 软 X 射线耀斑目录的等待时间分布，其幂律尾指数与已发表的早期周期结果(Wheatland 2000 等报告的约 −2.1 至 −2.4 区间，精确值需核实)是否在 95%…
P28
基于 SDO/HMI SHARP 磁场参数的耀斑预报模型在第 25 周新样本上的独立检验
用 Bobra & Couvidat(2015)的 SHARP 磁场特征集与同型线性分类器，在其训练年代(第 24 周)之外的第 25 周(2020–2026)数据上重新训练与测试，预报 M 级以上耀斑的技能(TSS、P…
P29
用 Gaia DR3 自行与视差测量疏散星团的质量分层程度及其随动力学年龄的变化
对 ≥ 10 个邻近疏散星团，用最小生成树质量分层比 Λ_MSR 在同一管线下量化的质量分层程度，是否随动力学年龄(星团年龄/弛豫时间)单调增强？
P30
系外行星半径谷位置随轨道周期的标度
在 NASA 系外行星档案的最新确认行星样本(较原发现样本扩充数倍)中,1.5–2 R⊕ 半径谷中心位置随轨道周期的幂律指数 d log R_valley / d log P，与已发表值(Van Eylen et al.…
P31
用 LIGO 开放数据重建双黑洞并合信噪比，并检验 O3 事件啁啾质量分布的幂律描述
用 GWOSC 公开应变数据与开源匹配滤波管线重现 GW150914 的信噪比(文献值 SNR ≈ 24)之后,GWTC-3 目录中双黑洞事件的啁啾质量分布用单幂律描述的最优指数是多少？不做选择效应修正的"朴素"指数与已…
P32
低轨卫星轨道衰减速率与太阳活动指数 F10.7 的相关性
由公开 TLE(两行轨道根数)序列导出的低轨卫星半长轴衰减速率，与太阳 10.7 cm 射电流量指数 F10.7 的相关性有多强、滞后多少天？第 25 周极大期(2024 前后)衰减率相对静期的增幅，能否用标准热层密度模…
P33
二维 Ising 模型临界指数的有限尺寸标度
Metropolis、Wolff 团簇与热浴三种蒙特卡洛算法，在 L = 16–128 的二维 Ising 模型上给出的临界温度与指数比 β/ν、γ/ν 是否在各自误差棒内一致并符合 Onsager 精确解？三者的自关联…
P34
格子 Boltzmann 方法模拟圆柱绕流
自研二维 D2Q9 格子 Boltzmann(LBM)求解器模拟的圆柱绕流，在 Re = 60–180 区间给出的涡脱落 Strouhal 数 St(Re) 与已发表实验关联式(Roshko 1954 及后续，需核实拟合…
P35
紧密三行星系统失稳时间随轨道间距的标度
等质量三行星系统的失稳时间对数 log₁₀(t_inst/P₁) 随以互 Hill 半径为单位的轨道间距 Δ 的近线性增长关系(Chambers et al. 1996 建立;Obertas et al. 2017 在五…
P36
物理信息神经网络(PINN)求解一维 Burgers 方程
在纯 CPU 笔记本上,PINN 求解一维粘性 Burgers 方程到给定 L2 误差(相对解析参考解)所需的墙钟时间与自由参数量，相比 Chebyshev 谱方法与二阶有限差分各差多少倍？误差-成本曲线是否存在交叉点(…
P37
链条喷泉(Mould 效应)的高度标度
珠链从容器中被拉出下落时形成的喷泉拱高度 h 与下落高度 H 之比是否如 Biggins & Warner(2014)的"堆推力"模型预言近似恒定，且该比值随链的离散结构(珠径/珠间距比)按其模型预测的方向变化？
P38
落球撞击颗粒床的成坑直径-能量标度
小球低速撞击松散颗粒床形成的坑径 Dc 是否服从已发表的能量 1/4 幂律 Dc ∝ E^(1/4)(Uehara et al. 2003)？该指数在弹体密度(钢/玻璃/木)与…
P39
用 SPARC 公开旋转曲线独立重建径向加速度关系(RAR)并检验其内禀散度
用 SPARC 数据库(~175 个盘星系，准确数需核实)的旋转曲线与光度轮廓重建的径向加速度关系(RAR：观测加速度 g_obs 对重子预期加速度 g_bar 的关系)，其特征加速度尺度 g† 与 McGaugh, L…
P40
含噪模拟下变分量子本征求解器(VQE)求横场 Ising 链基态
在 Qiskit Aer 含噪模拟器(纯 CPU)中,VQE 求 N ≤ 10 自旋横场 Ising 链基态能量的相对误差，随变分线路深度 p 与去极化噪声率 λ 如何标度？给定 λ 下是否存在最优深度 p*(λ)(表达…