第3届泛珠三角物理竞赛试题(综合)答案
2018年泛珠三角及中华名校物理奥林匹克邀请赛试题及答案 test 2_solution

A3
1 points 1分
Fig. 1: The vertical displacements of a thin layer of gas particles caused by the propagation of a pressure wave. Note the change in the thickness of the layer. 图 1:由压力波传播引起薄层气体粒子的垂直位移。 请注意层厚度的变化。
ER F EH R
3 points 3分
Let ������ be the cross-section area of a column of the atmosphere. ������ ������ ������������������ ������(������) ������(������)
becomes a factor of ������ NO of the original density. Derive the expression of ������. 大气的标度高度������是密度为起始密度������ NO 倍的高度。求������的表达式。 The solution of the differential equation is ������(������) = ������(0) exp − Hence
;< 89 : ;< 89 :
1分
������ .
������ = 1 Þ ������ =
89 : ;<
.
When a pressure wave propagates vertically in the atmosphere, the particles will experience small vertical displacements. Let ������(������, ������) denote the vertical displacement of the gas particles at time ������ whose undisturbed position is ������ . 当压力波在大气中垂直传播时,粒子将经历细小的垂直位移。设������(������, ������)为气体粒子在 時間������時的垂直位移,������ 为其不受干扰时的位置。 As shown in the Fig. 1, there is a change in thickness of the thin layer. Express the change in thickness in terms containing the gradient ������������/������������ . (Remark: For ������ being a function of both ������ and ������, ������������/������������ is called the partial derivative of ������ with respect to ������ with ������ taken to be constant.) 如图 1 所示,薄层的厚度有变化。试以梯度������������/������������ 表示厚度变化。 (备注:������作为������ 和������二者的函数,������������/������������ 被称为������相对于������ 的偏导数,其中 ������在求导过程中视为常数。) x x + dx x x x + dx + u(x + dx, t) x + u(x, t)
2016年泛珠三角物理竞赛综合试卷一答

Pan Pearl River Delta Physics Olympiad 20162016 年泛珠三角及中华名校物理奥林匹克邀请赛Sponsored by Institute for Advanced Study, HKUST香港科技大学高等研究院赞助Simplified Chinese Part-1 (Total 5 Problems) 简体版卷-1(共5题)(9:00 am – 12:00 pm, 18 February, 2016)1. Electrostatic Force (4 marks) 静电力(4分)Consider a 2017-side regular polygon. There are 2016 point charges, each with charge q and located at a vertex of the polygon. Another point charge Q is located at the center of the polygon. The distance from the center of the regular polygon to its vertices is a. Find the force experienced by Q.考虑一2017-边正多边形。
其中2016个角上各有一点电荷q。
另有一个点电荷Q位于多边形的中心。
中心到每一个角的距离为a。
求Q所受的力。
Consider the polygon with a charge q at each vertex. In other words, there are 2017 charges. The system has a discrete rotational symmetry and hence the force acting on Q must be zero. Now our system is equivalent to the above system but with a charge –q added to one vertex. Hence theforce isF=Qq4πε0a2âwhere â is a unit vector pointing from the center to the empty vertex.2.Capacitors (13 marks)电容器(13分)(a-c) Consider two clusters of electric charges. Cluster A consists of N charges q1, q2, …, q N, located at positions r⃑1,r⃑2,…,r⃑N respectively. Cluster B consists of M charges q1′,q2′,…,q M′, located at positions r⃑1′,r⃑2′,…,r⃑M′ respectively.(a-c) 考虑两组电荷。
2006年泛珠三角物理竞赛综合试答案

Fc = mω 2 r ⇒ ∆Wc = mω 2 r∆r
where m = 2πrhr∆r ()
⇒ (2πrhr∆r )ω 2 r∆r = rgh(2πr∆r∆h)
dh ∆h ω 2 ⇒ ≈ = r dr ∆r g
where C is a constant. ( ) 2g Step-2 Determine C (2 points) Consider the Volume during rotation,
1 TL (t ) = nRTR (0)(1 − e −κt ) + TL (0)(nL + nR e −κt ) nR + nL
(
)
(1 point)
and VL ( R ) =
nL ( R )TL ( R ) (t ) (nLTL (t ) + nRTR (t ))
V.
(1 point)
Q5 (12 points) (a) The E-fields in medium-1 and -2 are E1 = E I + E R , E 2 = ET (1 point) ωB = k × E , with k = ky 0 k (1 point) B1 = ( E0 − E r ) z 0 e i ( k1 y −ωt )
(1 point).
(c) Use (a) and find the phase of r with the given n1 and n2. r = Phase shift = 45° (1 point). Q6 (13 points) Part-A PV=nRT so the pressure goes to zero. (2 points)
2023年泛珠三角及中华名校物理奥林匹克邀请赛试题解答

2023年泛珠三角及中华名校物理奥林匹克邀请赛试题解答2023年泛珠三角及中华名校物理奥林匹克邀请赛是一项备受瞩目的学术竞赛活动,吸引了来自各地的优秀学生参与。
本文将为大家提供对该竞赛试题的详细解答,帮助参赛学生更好地理解和掌握物理知识。
试题一:一辆质量为m的火车以初速度v0水平匀速行驶,经过一段路程之后,以相同的初速度v0垂直向上爬升到一定高度h,再以同样的初速度自由下落回到原来的轨道。
假设忽略空气阻力和能量损耗,求火车所行驶的路程和时间。
解答:首先,我们可以根据爬升高度h计算火车的势能变化。
在上升过程中,火车所受的重力做正功,而势能增加的大小为mgh。
由于火车以相同的初速度下落,所以下落过程中的势能变化为-mgh。
因此,火车在整个过程中势能的变化为0。
根据机械能守恒定律,火车的动能在整个过程中保持不变。
在水平行驶的过程中,火车的动能为(1/2)mv0^2;在垂直上升和下降的过程中,火车的动能也分别为(1/2)mv0^2。
由此可知,火车在水平行驶的过程中动能没有变化,所以没有受到任何外力的做功。
因此,火车所行驶的路程和时间只与水平行驶的过程相关,而与爬升和下降的过程无关。
所以,火车所行驶的路程为火车在水平行驶的过程中所经过的路程,即为v0乘以时间t,记为S。
火车的行驶时间t可以通过已知的路程和初速度计算得出,即t = S/v0。
综上所述,火车所行驶的路程和时间分别为S和t,其中S为火车在水平行驶的过程中所经过的路程,t为火车行驶的时间,且S = v0 * t。
试题二:一根长为L的均质杆,两端分别有一个质量为m的小球,杆的质量可以忽略不计。
当小球在竖直方向以角速度ω0作匀速圆周运动时,杆的中点O所受到的支持力的大小是多少?解答:根据动力学的知识,小球在竖直方向以角速度ω0作匀速圆周运动时,它所受的向心力Fc由向心加速度ac产生。
向心力Fc与向心加速度ac的关系为Fc = mac,其中m为小球的质量,ac为向心加速度。
2023泛珠三角物理竞赛力学基础试

主题:2023泛珠三角物理竞赛力学基础试一、比赛背景1.1 2023泛珠三角物理竞赛的意义泛珠三角地区一直以来是我国经济最活跃、科技最发达的地区之一,举办物理竞赛旨在通过竞赛活动激发青少年学生对物理学科的兴趣,提高学生的物理学科综合素质,培养学生的创新能力和实践能力,促进学科交流与发展。
二、比赛内容2.1 竞赛试题类型力学基础试题是2023泛珠三角物理竞赛的主要题目之一。
比赛试题设置涵盖了力学的基本概念、原理和问题解答。
2.2 竞赛试题范围(1) 力学基础概念(2) 牛顿运动定律(3) 等速直线运动(4) 运动方程(5) 力的合成分解(6) 物体平衡条件(7) 动量定理(8) 质点系的力学问题(9) 弹性碰撞(10) 万有引力(11) 静力学、动力学基本问题等三、参赛要求3.1 参赛对象本次比赛针对泛珠三角地区的中学生,参赛者需为在校学生,并具备一定的物理学基础知识和解题能力。
3.2 报名方式参赛学校可通过线上报名及线下确认报名资格的方式报名,具体报名流程将在冠方全球信息站上公布。
3.3 参赛规则(1) 比赛时间:具体比赛时间将在规定报名截止日期后公布;(2) 参赛方式:笔试形式,试卷采用闭卷考试;(3) 参赛人数:每所学校每类别不限参赛人数;(4) 参赛资格:确保报名学校和学生信息真实准确,如有不实信息,组委会将取消其参赛资格。
四、比赛奖项4.1 奖项设立本次比赛将评选设立一、二、三等奖,以及优秀奖和参与奖等奖项。
4.2 奖项评选标准(1) 参赛成绩:参赛者在比赛中的得分情况及成绩排名;(2) 解题能力:参赛者对试题的解答方法和思路的清晰程度及逻辑性;(3) 作弊情况:参赛者是否存在违规作弊行为。
五、比赛宗旨5.1 提高学科素质通过比赛活动,提高参赛学生的物理学科综合素质,增强其应对问题的能力和行动能力。
5.2 促进交流与联谊通过比赛活动,促进泛珠三角地区学校之间的学术交流和友谊,增进师生之间的交流合作。
泛珠三角及中华名校物理奥林匹克邀请赛综合试试题

Pan Pearl River Delta Physics Olympiad 20142014 年泛珠三角及中华名校物理奥林匹克邀请赛Sponsored by Institute for Advanced Study, HKUST香港科技大学高等研究院赞助Part-1 (Total 6 Problems) 卷-1(共6 题)(9:00 am – 12:00 pm, 6 February, 2014)1. Sunset Twice a Day (6 points) 一天两观日落 (6分)Presently the tallest tower in the world is Burj Khalifa in Dubai. Its height is 828 m. An Internet news article reported that one can watch sunset twice in one day with this tower.杜拜的哈利法塔是现时世界上最高的建筑,高度为828米。
互联网上有新闻文章报导,可以利用这塔在一天内两次观看到日落。
(a) What is the time range of sunset between the bottom and the top of the tower? Give youranswer in minutes. Parameters: Earth’s radius = 6400 km. Distance between Sun and Earth =1.5 ⨯ 1011 m. (3 points)试求塔底和塔顶之间日落时间的范围。
答案请以分钟为单位。
参数:地球半径 = 6400公里。
太阳和地球之间的距离 = 1.5 ⨯ 1011米。
(3分)(b) Burj Khalifa also has the world’s third fastest elevator (lift) with a speed of v = 10 m/s.Immediately before the elevator starts moving upwards at the speed v from the bottom of the tower, a tourist in the elevator views the sunset. When he reaches the observatory at the height of 452 m, he found that the Sun has risen. Calculate the inclination angle of the Sun above the horizon. Give your answer in degrees. (3 points)哈里发塔还拥有世界第三快的电梯,速度可达v = 10 m/s 。
第3届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答汇总

第3届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答(1969年于捷克斯洛伐克的布尔诺)【题1】右图的力学系统由三辆车组成,质量分别为mA=0.3kg,mB=0.2kg,mC=1.5kg。
(a)沿水平方向作用于C车的力F很大。
使A、B两车相对C车保持静止。
求力F及绳子的张力。
(b)C车静止,求A、B两车的加速度及绳子的张力。
(忽略阻力和摩擦力,忽略滑轮和车轮的转动惯量)解:(a)A、B两车相对C车保持静止,A车在竖直方向没有加速度,因此它对绳的拉力为mAg。
这个力使B车得到加速度aB=mAg。
又三车系统以相同的加速度运动,则: mBF=(mA+mB+mC)mAg mB2由给定的数值得:aB=aC=aA=1.5g=14.7m/s绳中的张力为:T=mAg=2.94N水平推力为:F=29.4N(b)如果C车静止,则力mAg使质量mA+mB加速,加速度为:aAB=mAg=0.6g=5.88N mA+mB/绳中的张力为:T=mAg-mA×0.6g=1.176N【题2】在质量为m1的铜量热器中装有质量为m2的水,共同的温度为t12;一块质量为m3、温度为t3的冰投入量热器中(如右图所示)。
试求出在各种可m3c3t3能情形下的最终温度。
计算中t3取负值。
铜的比热c1=000.1kcal/kg·C,水的比热c2=1kcal/kg·C,冰的比热c3=00.5kcal/kg·C,冰的熔解热L=80kcal/kg。
解:可能存在三种不同的终态:(a)只有冰;(b)冰水共存;(c)只有水。
(a)冰温度升高,但没有熔化,达到某一(负)温度ta;放出的热量和吸收的热量相等:c3 m3(ta-t3)=(c1 m1+c2 m2)(t12-ta)+m2L 得出最终的温度为ta=(m1c1+m2c2)t12+m3c3t3+m2L (1) m1c1+m2c3+m3c30情况(a)的条件是ta<0(注:指0C),如果上式的分子为负值,我们得到下列条件:(c1 m1+c2 m2)t12<―c3 m3t3―m2L (2)(c)现在让我们讨论冰块全部熔化的情况。
物理竞赛-第三届泛珠三角物理奥林匹克竞赛

electromagnetic wave. (1 point)
(iv)
An electromagnetic wave
r E
=
E0 (xr0eik1z
+
yr0eik2z )e−iωt
is propagating
along the z-axis displacement is
irn D
a=nεa0nEiso0t(rεopx xirc0emike1dzi+umε.
mbyeDdriu=mε
0tεheEr
relatiron betrween the electric , so D and E are always pointing
in
the
same direction. Find the torque per volume on the medium exerted by the
in the slab.
一个厚度为 d,介电常数为ε 的大平板以速度 v 沿 X-方向运动。它的表面与 Y-轴垂 直。Z-方向加有磁场 B。求平板两表面上的束缚电荷密度,以及平板中的电场。
Q.5 (10 points) 题 5(10 分)
The space between two concentric conductor spherical shells of radii R1 and R3 is filled with two types of media. The dielectric constant and the conductivity of medium-1 and medium-2 are ε1, σ1 and ε2, σ2, respectively. The voltage difference between the two shells is V0.
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Answers Part IQ1. The plane should follow the parabola 飞机须沿抛物线运动。
2001cos , sin 2x t y v t gt νθθ==- (3 points)Q2 (6 points)I T ω=The center of the rod will not move in the horizontal direction 杆中心在水平方向不动。
22272()12212ml l I m ml =+= (2 points)There are two ways to find the torque.Method-1方法-1The forces acting upon the rod are shown. The torque to the center of the rod is 由如图力的分析,可得3(2) 22l lT mg mg mg θθ=-+=-. (2 points)Method-2方法-2Given a small angle deviation θ from equilibrium, the potential energy is 给定一个角度的小位移θ ,势能为233(1cos )24l lU mg mg θθ=-.3 2U l T mg θθ∂=-=-∂ (2 points)Finally , 最后得273122ml mgl θθω=⇒= (2 points)Q3 (6 points)(a) The bound current density on the disk edge is 盘边的束缚电流密度为K M n M =-⨯=-, (1 point)The bound current is 束缚电流I Jd Md ⇒==-, (1 point) The B-field is 磁场为220033222222()2()2()R IR MdB z h R h R h μμ===-++ (1 point)(b) The bound current density is K M n M =-⨯=-, which is on the side wall of the cylinder. (1 point)柱侧面上的束缚电流密度为K M n M =-⨯=-The problem is then the same as a long solenoid. Take a small Ampere loop we get 00B K M μμ== inside;为求一长线圈的磁场,取一小闭合路径,得介质内00B K M μμ== (1 point) Outside 介质外 B = 0 (1 point)Q4 (5 points)Each unit charge in the slab experiences the Lorentz force 0 vB y -. (1 point) The problem is then the same as a dielectric slab placed between two parallel conductor plates that carry surface charge density 0, and vB σσε±=. In such case, the electric displacement is D σ=. 001()DP D E D vB εεεεε-=-=-=. (2 point)介质内单位电荷受力0 vB y -。
问题变成两电荷面密度为0, and vB σσε±=的导电板间充满介质。
因此D σ=. 001()DP D E D vB εεεεε-=-=-=. Finally, the bound surface charge is 01()b P vB εσεε-==. The upper surface carries positive bound charge, and the lower surface carries negative charge. (1 point)最后得束缚电荷密度01()b P vB εσεε-==,上表面带正电,下表面带负电。
The electric field is 0001()b E y vB y σεεε-==, which is along the y-direction (opposite to the Lorentz force). (1 point) 电场为0001()b E y vB y σεεε-==,与Lorentz 力方向相反。
Q5. (10 points)(a) Because of the spherical symmetry, the E-field and the current density Jare all along the radial direction. In steady condition, the electric current I through any spherical interfaces must be equal. Since the area of the sphere isproportional to r 2, J must be proportional to 1/r 2. So let rrK J ˆ2= , where Kis a constant to be determined, and the expression holds in both media. (1 point)由对称性可知,电场和电流密度J须沿半径方向。
稳态时,流过每个包住球心的球面的电流相等,因此J 与1/r 2成正比。
设在两介质里rrK J ˆ2= ,K 为待定常数。
In medium-1介质-1,121111KE J r σσ==, and the voltage drop from R 1 to R 2 is 1112111()V K R R σ=- (1 point) 介质-1,121111KE J rσσ==,从R 1 到 R 2 的电压为1112111()V K R R σ=- Likewise, in medium-2,2221KE r σ=, and the voltage drop from R 2 to R 3 is 2223111()V K R R σ=-. (1 point) 同样,在介质-2, 2221KE rσ=,从R 2 到 R 3 的电压为2223111()V K R R σ=-The total voltage drop between R 1 and R 3 is 总电压 V = V 1 + V 2.So 得11222311111111()()K V R R R R σσ⎡⎤=-+-⎢⎥⎣⎦The current is 电流为2114()4I R J R K ππ==. (1 point)The electric displacement in media are 1,21,21,2D J εσ=, so the charge on the inner, outer, and boundary shells are 114K επσ,224K επσ-, and 21214K εεπσσ⎛⎫- ⎪⎝⎭, respectively.介质-1里电位移1,21,21,2D J εσ=, 因此在各面上的电荷为114K επσ,224K επσ-,21214K εεπσσ⎛⎫- ⎪⎝⎭。
(b) Due to symmetry, the electric field is of the form 2ˆK E r r=, so 1311V K R R ⎛⎫=- ⎪⎝⎭, and 3113R R K V R R -=⋅. (2 point)由对称性可知,电场为2ˆK E r r =,因此电压为1311V K R R ⎛⎫=- ⎪⎝⎭,得3113R R K V R R -=⋅。
The current densities in the two hemispheres are 11J E σ= and 22J E σ=. Thetotal current is 22111121122()2()2()I R J R R J R K πππσσ=⋅+⋅=+. (2 point)上下半部的电流密度为11J E σ=,22J E σ=。
总电流为22111121122()2()2()I R J R R J R K πππσσ=⋅+⋅=+.The total free charge is 2101111012()2Q R E R K πεεπεε=⋅= on the upper halfand 2022Q K πεε= on the lower half of the inner shell. On the outer shell the charges are negative of the corresponding ones of the inner shell. (1 point)内球面上半部总自由电荷为2101111012()2Q R E R K πεεπεε=⋅=,下半部总自由电荷为2022Q K πεε=。
外球面的电呵与内球面相反。
Q6. (12 points)a) h h d h dPP P gdh g dhρρ+-=⇒=- (1 point) 775055775Constant (),()P PPV P C where C C ρρρ=⇒=⇒== (1 point)Combine these two equations, 合并两式得2700075)721()(P gh P P g C P dh dP ρ-=⇒-= (2 point)502002(1)7gh P ρρρ=-, and 0002(1)7gh T T P ρ=-. (2 point)b) 2525C o n s t a n t ,C o n s t a nt TTV ρ== (1 point) The density at 40︒C is2255521.183131.18()313293293ρρ=⇒=⨯ (1 point) 40︒C 的空气密度为2255521.183131.18()313293293ρρ=⇒=⨯ The fraction of water vapor at 40︒C at sea level 40︒C 的水蒸汽分压为,155.3590%760η=⨯ (1 point) The fraction of water at 5︒C at high altitude 5︒C 的水蒸汽分压为,272)313278(7605.6=η (1 point)Rain 下雨量= 52127255.356.5313()(90%) 1.18()0.07760293278760()313V kg ηηρ-⨯⨯=⨯-⨯⨯= (1 point)高度:52 1.189.8278313(1)35007 1.0310hh m ⨯⨯⨯=-⇒=⨯⨯ (1 point)Q7. (8 points)i) E p⨯ (1 point)ii) E P⨯ (1 point)iii) 00(1) 0D E P P E P E εεε=+⇒=-⇒⨯= (1 point) iv) 0000[(1)(1)]XX Y Y P D E E X E Y εεεε=-=-+- (1 point) **200111Re()Re()()cos()222X Y T P E D E E kz εεε=⨯=⨯=-∆, (1 point)Where其中k cω∆≡. (1 point)v) 220000011()cos()()sin()22d X Y X Y T E kz dz E kd k εεεεεε=-∆=-∆⎰∆. (1 point) Maximum occurs when 最大值在22kd d kππ∆=⇒=∆. (1 point)Part IIQ1. (6 points)a) ,.......3,2,1,==⇒=n a n k n a k x x ππ (1 point) b) 22,1,2,3,......y x mk b m k m bππ=⇒== (3 points) c)1210W =⇔= 1212101239123910102102m b nm b ππ--⇒<⇒>⨯≈⨯ (2 points)Q2. (22 points)i) 22123m I m l l =+(2 points) 222120()()3m I F t l m l l kl ωθθω=⋅⇔+=-⇒= (2 points)ii) 1211()c o s ()3m lm l x F t l xkl ω+=- (2 points)111212111111111c o s()()c o s ()c o s ()c o s ()3x A t m m A t Ft A t k ωφωωφωωφ=+⇒-++=-+11121210,()3F A mk m φω⇒==-+ (2 points)iii) 121122()c o s ()c o s ()3m m x F t F t xk ωω+=+- (2 points) 1122121222112122cos cos ,()()33x A t A t F F A A mmk m k m ωωωω=+⇒==-+-+ (2 points)iv) c o s nn n x A t ω=∑ 212()3nn n F A mk m ω⇒=-+ (2 points)v) t i ti ti o u t e V CiR C L C L C iR eV iL R Ci iL R eV V ωωωωωωωωωω0220011+--=+++==222220222()()||(1)()outR C L C V V L C R C ωωωω+=-+ (1 point)To make the denominator minimum, we should have 使分母最小22101ωωC L LC =⇒=- (1 point) (vi) For a given L , only the signalwith n ω=in the answer of (iv) can pass through the filter, (1 point) and the output is proportional to A n . (1 point) By varying L one selects different n ω, and the output is proportional to the selected A n . (1 point)From (iv), the maximum A n is the one when 212()3n m k m ω=+. (1 point) So as L is varied, one finds a particular L max at which the signal peaks, and 12max ()3mk m CL =+.(1 point)给定 L ,则只有频率为n ω=, (1 point) 其大小正比于 A n . (1 point) L 的变化等于选择不同的n ω的信号. (1 point) 由(iv)知,212()3n m k m ω=+时A n 最大. (1 point) 因此可得使输出信号最大的电感L max ,并有12max ()3mk m CL =+.Correct sketch is a flat line with a peak at L max 正确的简图是一平线,在L max 有一尖峰 (1 point)Q3. (22 points) i) Only the charge 33r q Ze R= that is inside the sphere r will have a non-zero netforce on the nucleus. (2 points)只有33r q Ze R=这么多的负电荷对原子核的合力不为零。