金姆(mu)·克里(li)格《机械不稳定性》高三说明文阅读题及答案

机(ji)械不稳定性通常是工程师尽量(liang)试图避免的(de)(de)一个问(wen)题。这种不稳定性可以迅速导致(zhi)结构损坏(huai)：负重支(zhi)架的(de)(de)坍塌(ta)，钢板平面的(de)(de)变(bian)形，或(huo)金属(shu)外壳(qiao)的(de)(de)扭曲。结构损坏(huai)会(hui)带来灾(zai)难性的(de)(de)后(hou)果，比如美(mei)国在(zai)“二战”中(zhong)制(zhi)造(zao)的(de)(de)万吨货轮(lun)“自由轮(lun)”在(zai)海上(shang)航行时(shi)便(bian)因结构损坏(huai)而解(jie)体。对弯曲结构的(de)(de)数学(xue)分析过于(yu)复杂，该领域研究在(zai)19世纪中(zhong)已经中(zhong)止(zhi)，因为利用当时(shi)的(de)(de)方法根本看不到解(jie)决问(wen)题的(de)(de)希望。

然而(er)，在(zai)过(guo)去五(wu)年左右的时间里，新一(yi)代物理(li)学(xue)家和(he)工程(cheng)师已经开始(shi)接受不稳(wen)定性。这(zhei)些研究(jiu)人(ren)(ren)员受到几(ji)何学(xue)和(he)非线性数学(xue)最新进展的启发，从而(er)取得(de)(de)他(ta)们(men)的前(qian)辈们(men)无(wu)法企及的成(cheng)果。例如，他(ta)们(men)已经提出了一(yi)种理(li)论，来解释白菜叶(ye)和(he)撕裂的塑料(liao)垃圾袋为什么出现波(bo)纹；计算(suan)了织(zhi)物和(he)纸张褶皱的模式；解释了脊(ji)椎动物胚胎中内脏(zang)纹路的生长(zhang)方(fang)式。在(zai)实际应用方(fang)面，柔性聚(ju)合(he)物和(he)有(you)机(ji)硅材(cai)料(liao)的广泛应用也一(yi)直是启发研究(jiu)人(ren)(ren)员灵(ling)感(gan)的源泉，特别是智(zhi)能(neng)手机(ji)柔性而(er)又结实的外壳材(cai)料(liao)。这(zhei)类(lei)材(cai)料(liao)使(shi)得(de)(de)电子(zi)产(chan)品(pin)、机(ji)器人(ren)(ren)、工具、车辆(liang)在(zai)彻底变形后，仍有(you)可能(neng)恢复原貌(mao)。

来(lai)自哈(ha)佛大学的(de)工程(cheng)师贝尔(er)托蒂(di)在(zai)2012年3月美国物理学会（APS)的(de)波士顿会议上，向人们展示了她(ta)在(zai)一家玩具店的(de)发现(xian)：投影在(zai)屏幕(mu)上的(de)“霍伯曼Ｏ形(xing)扭球”，看(kan)起来(lai)就像是一个彩色塑料链(lian)形(xing)成的(de)中(zhong)空足球。然而(er)，只需简单(dan)扭曲这(zhei)(zhei)个球，让塑料链(lian)绞合，就可以(yi)使(shi)其塌陷成一个比原来(lai)小很多的(de)球体，而(er)向相反方向扭曲，又可以(yi)使(shi)它(ta)扩(kuo)张(zhang)回原来(lai)的(de)大小。贝尔(er)托蒂(di)说，在(zai)这(zhei)(zhei)个玩具的(de)启发下，她(ta)的(de)团队创(chuang)造出(chu)一种球形(xing)装(zhuang)置，利用(yong)机械不稳定性(xing)而(er)不是链(lian)的(de)绞合，来(lai)塌陷和扩(kuo)张(zhang)，完成与“霍伯曼Ｏ形(xing)扭球”相似的(de)变(bian)形(xing)过程(cheng)。贝尔(er)托蒂(di)解释(shi)说，困(kun)难(nan)在(zai)于弄(nong)清楚一种结构到底需要(yao)什(shen)么样(yang)的(de)不稳定性(xing)，才能(neng)表现(xian)出(chu)所(suo)期望的(de)行为，为此，必须精心设计球形(xing)装(zhuang)置的(de)“软点”。

阿(a)默斯特大学的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)理(li)学家桑坦格罗表(biao)示，他和(he)他的(de)(de)(de)(de)(de)同事们正致力(li)于(yu)通(tong)过(guo)(guo)对(dui)计算机程(cheng)序的(de)(de)(de)(de)(de)完(wan)(wan)善(shan)来完(wan)(wan)成(cheng)对(dui)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)折(zhe)叠。研究人员预测(ce)，可(ke)(ke)以(yi)(yi)通(tong)过(guo)(guo)一(yi)(yi)个(ge)完(wan)(wan)全(quan)自动化的(de)(de)(de)(de)(de)过(guo)(guo)程(cheng)，按照计算机生成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)不稳定模式(shi)来刻写二维薄片，然后通(tong)过(guo)(guo)一(yi)(yi)个(ge)平稳、协调的(de)(de)(de)(de)(de)操作过(guo)(guo)程(cheng)将(jiang)(jiang)(jiang)其准确(que)折(zhe)叠。麻省理(li)工(gong)学院的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)程(cheng)师、“极端力(li)学运动”带(dai)头人之(zhi)一(yi)(yi)里斯的(de)(de)(de)(de)(de)实验室则(ze)正同贝尔(er)(er)托蒂(di)等(deng)人合作，他们的(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)标之(zhi)一(yi)(yi)是(shi)编译一(yi)(yi)个(ge)模型辞典：在特定刺激下，多(duo)面体(ti)模型将(jiang)(jiang)(jiang)以(yi)(yi)可(ke)(ke)预测(ce)的(de)(de)(de)(de)(de)方式(shi)出现(xian)褶皱、弯(wan)曲(qu)、延(yan)伸(shen)、塌陷、膨胀等(deng)行为(wei)。这些(xie)模型都以(yi)(yi)带(dai)孔(kong)洞(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)球壳为(wei)基础(chu)，孔(kong)洞(dong)(dong)周围(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)连接物(wu)带(dai)有(you)精心设计的(de)(de)(de)(de)(de)软(ruan)点，在受到压力(li)时会褶皱弯(wan)曲(qu)。理(li)论(lun)上，可(ke)(ke)以(yi)(yi)将(jiang)(jiang)(jiang)这些(xie)可(ke)(ke)变(bian)(bian)形的(de)(de)(de)(de)(de)多(duo)面体(ti)制(zhi)成(cheng)各(ge)种尺寸(cun)，小至(zhi)纳米尺寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)给药小球，大至(zhi)田径场可(ke)(ke)伸(shen)缩的(de)(de)(de)(de)(de)屋顶。此外，能挤(ji)压成(cheng)类似章(zhang)鱼(yu)状而(er)通(tong)过(guo)(guo)微小空间的(de)(de)(de)(de)(de)机器人、能扩张成(cheng)帐篷的(de)(de)(de)(de)(de)背包，以(yi)(yi)及能像笔(bi)一(yi)(yi)样卷起来别在耳后的(de)(de)(de)(de)(de)手(shou)机都变(bian)(bian)得可(ke)(ke)以(yi)(yi)想(xiang)象。展望(wang)未来，一(yi)(yi)套能解释柔性固体(ti)扭曲(qu)时所表(biao)现(xian)出行为(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)新规则(ze)已(yi)呼之(zhi)欲出。研究人员看到了一(yi)(yi)个(ge)将(jiang)(jiang)(jiang)损坏转(zhuan)变(bian)(bian)成(cheng)功能的(de)(de)(de)(de)(de)全(quan)新境界。贝尔(er)(er)托蒂(di)和(he)她的(de)(de)(de)(de)(de)热情拥护者(zhe)都相信，极端力(li)学的(de)(de)(de)(de)(de)前(qian)景极为(wei)光明，远不只是(shi)工(gong)程(cheng)师的(de)(de)(de)(de)(de)玩具那(nei)么简单。

（本文(wen)系据《变形材料崛起(qi)》一文(wen)改写而成，原文(wen)载(zai)《环球(qiu)科(ke)学(xue)》2012年(nian)10月号）

1.下列关(guan)于“机械(xie)不(bu)稳定性”的表述，正(zheng)确(que)的一(yi)项是(shi)

A．过去，“机械不稳定性(xing)”势必导致结构的(de)迅(xun)速(su)损坏，甚至带来灾难性(xing)的(de)后果(guo)，因(yin)而(er)工(gong)程师们通常都试图尽量避免它。

B．近年，“机(ji)械不(bu)稳(wen)定性”与过去迥异的新性质随着科学的进展被物(wu)理学家(jia)和工程(cheng)师们发现，因而大家(jia)开始接(jie)受它。

C．利用“机(ji)械不稳(wen)定性”，可以使物体出现(xian)褶皱(zhou)、弯(wan)曲(qu)、延伸、塌(ta)陷、膨胀等改变，科学家们已经掌握了发生改变的新规则。

D．把(ba)握“机械不稳定性”导致物质改变的规律(lv)，需要进行(xing)复杂的数学(xue)分(fen)析，在这(zhei)些方面，今(jin)天已取得了许多新的进展。

2.关于(yu)极(ji)端力(li)学的研究成果，下列表述与原文(wen)吻合的一项是【0．60】

A．发明了(le)“霍伯曼Ｏ形扭(niu)球”，它可(ke)以(yi)经(jing)扭(niu)曲塌陷成一个比原来(lai)(lai)小很多的球体，向相反方向扭(niu)曲，它又可(ke)以(yi)扩张回原来(lai)(lai)的大小。

B．发现了柔性聚合物和有机(ji)硅材(cai)料，这类材(cai)料使得电子产品、机(ji)器(qi)人(ren)、工(gong)具、车辆(liang)在彻底变形后(hou)，仍有可(ke)能(neng)恢复原貌(mao)。

C．发现(xian)了球形装置的“软(ruan)点”这一关(guan)键(jian)，如对其进行精心设计，就可(ke)能使结构表现(xian)出(chu)(chu)人们期望的行为，从而编译(yi)出(chu)(chu)一个(ge)模(mo)型辞典。

D．将损坏转变成功能的全新(xin)境界已经出现，因为已经有(you)了智能手(shou)机柔性而结实(shi)的外壳材料(liao)，还将出现纳米尺寸的给药小球和田径场可(ke)伸缩的屋顶。

3.下面对原文文意的理解与概括，不恰当的一项是

A．美国在“二战(zhan)”中(zhong)制造(zao)的(de)万(wan)吨货轮(lun)(lun)“自(zi)由轮(lun)(lun)”在海上(shang)航行时(shi)解(jie)体，是结构损坏而(er)导致的(de)灾(zai)难性后(hou)果之一，而(er)且当时(shi)无法对其进(jin)行深度(du)解(jie)析。

B．从(cong)白菜(cai)叶和撕裂的(de)塑料垃圾袋出现的(de)波(bo)纹(wen)，到脊椎动(dong)物胚胎中内(nei)脏(zang)纹(wen)路的(de)生长方式，这(zhei)些都(dou)可(ke)以从(cong)不稳定性的(de)理论中得到解释(shi)。

C．通过(guo)对(dui)计算机(ji)程(cheng)序的(de)完善，可以完成材(cai)料折叠的(de)完全自动(dong)化(hua)的(de)过(guo)程(cheng)，但目前(qian)其中的(de)一个遗憾，是计算机(ji)生成的(de)模式仍不稳定。

D．能(neng)(neng)(neng)挤(ji)压成(cheng)类似章鱼状(zhuang)通过微小(xiao)空间的(de)机器人(ren)、能(neng)(neng)(neng)扩张成(cheng)帐篷的(de)背(bei)包，以及能(neng)(neng)(neng)卷起来别(bie)在耳后的(de)手(shou)机，都可能(neng)(neng)(neng)在不久的(de)将来成(cheng)为现实。

参考答案：

1.D

2.C

3.C

解析：

1.试题分析(xi)：A错在“势必(bi)(bi)导致(zhi)”，将实然(ran)判(pan)断改变(bian)为必(bi)(bi)然(ran)判(pan)断，原(yuan)文说(shuo)的(de)是(shi)“可(ke)以(yi)迅速导致(zhi)”；B错在“与过去迥异的(de)新性质”，过去的(de)性质依(yi)(yi)然(ran)存(cun)在且依(yi)(yi)然(ran)起作(zuo)用，只不(bu)过人们对它的(de)研究已(yi)经(jing)(jing)深化(hua)；C错在“已(yi)经(jing)(jing)掌握了发生改变(bian)的(de)新规则”，原(yuan)文为“新规则已(yi)呼之(zhi)欲出”。

2.试题分析：A“霍伯曼Ｏ形(xing)扭球”只是(shi)(shi)(shi)一(yi)款玩(wan)具(ju)，它用塑料链绞合而(er)不(bu)(bu)是(shi)(shi)(shi)利用机械不(bu)(bu)稳定性；B原文说“柔性聚(ju)合物(wu)和有(you)机硅材料的(de)广泛应用也一(yi)直是(shi)(shi)(shi)启发研(yan)究人(ren)员灵感(gan)的(de)源泉”，所(suo)以它同样只是(shi)(shi)(shi)研(yan)究者的(de)借鉴对(dui)象而(er)并非研(yan)究成果；D错在“已经(jing)出现”，原文说的(de)是(shi)(shi)(shi)“看到了”，而(er)并不(bu)(bu)是(shi)(shi)(shi)在事实上已经(jing)做到。

3.试题(ti)分析：原(yuan)文(wen)(wen)没(mei)有(you)关于“计(ji)算(suan)机生成的(de)(de)不稳(wen)定(ding)模(mo)式”是(shi)一(yi)个缺憾的(de)(de)表(biao)述(shu)，原(yuan)文(wen)(wen)所说(shuo)的(de)(de)“不稳(wen)定(ding)模(mo)式”指的(de)(de)是(shi)利用“机械不稳(wen)定(ding)性(xing)”的(de)(de)模(mo)式，并(bing)不是(shi)说(shuo)计(ji)算(suan)机的(de)(de)性(xing)能(neng)不稳(wen)定(ding)，原(yuan)文(wen)(wen)还说(shuo)到可以有(you)“一(yi)个平稳(wen)、协(xie)调的(de)(de)操作过程”。