第二届南京大学青年物理学家锦标赛(NYPT)
GRV 99027火星陨石的岩石学和矿物学特征

RST >>$.4 风化程度很低( P!),无褐铁矿脉发育。冲 击变质程度为 %/( SY--’33 %% !" #$U ,.$$.)。
%&"# ’!"()$)*+&# ,+-+&#" 岩石学报 .$$<,..(.)
!" 引言
#" RST>>$.4 火星陨石的岩石学特征
目前,已发现的 #$,$$$ 多个陨石中,初步确定 ## 个陨 石来自 火 星,其 中 %&’()*++,+’-( 辉 玻 无 球 粒 陨 石 )./ 个, 012&3,+’(- 辉橄无球粒陨石)4 个,5&1--,)6,+’( 纯橄无球粒陨 石)! 个和 7(+&*89(*:’6,+(’ 斜方辉岩无球粒陨样品。 大部分火星陨石来自沙漠地区,少部分来自南极。代表性的 火星陨石 %05 的发现很早( %&’()*++9,!;<= 年 ; 月 .= 日在印 度发现;012&31,!>!! 年 < 月 .; 日于埃及发现;5&1--,)69, !;!= 年 !$ 月 # 日在法国发现;7(+&*89(*:’6,+’,?@A ;/$$!, !>;/ 年于南极 ?3316 A,33- 发现),但直到 !>;# 年,B*)1(C DD 16C E*&6-*6 F(!>;#)在 %&’()*++,+’ GGH? 4>$$! 陨石的冲击 熔融玻璃中发现了捕获的 ?(。?( 和其他稀有气体、0. 、57. 的同位素组成和相对丰度同火星大气丰度明显相匹配,人们 才普遍确 认 这 些 陨 石 的 火 星 成 因。从 而 为 研 究 火 星 陨 石, 进一步研究火星以及行星科学奠定了基础。
大学生学科竞赛种类调研明细

大学生学科竞赛种类调研明细目录:全国大学生数学建模竞赛 5美国大学生数学建模竞赛(MCM/ICM) 6全国大学生数学竞赛 6丘成桐大学生数学竞赛 7国际大学生物理竞赛 7中国大学生物理学术竞赛(CUPT) 8南京大学青年物理学家锦标赛(NYPT) 9国际全局轨道优化竞赛 9全国深空轨道设计竞赛 10全国大学生英语竞赛 10国家大学生创新性实验计划 11挑战杯系列赛事 13大学生学术科技作品展 15基础学科论坛 15学生学科竞赛项目一览表:全国大学生数学建模竞赛主办:教育部高等教育司中国工业与应用数学学会(CSIAM)校管理部门:教务处校承办单位:数学系竞赛时间:每年9月竞赛简介:数模竞赛是由美国工业与应用数学学会在1985年发起的一项大学生竞赛活动。
我国大学生数学建模竞赛是面向全国高等院校的、每年一届的通讯竞赛。
其宗旨是:创新意识、团队精神、重在参与、公平竞争。
1992载在中国创办,自从创办以来,得到了教育部高教司和中国工业与应用数学协会的得力支持和关心,呈现出迅速的发展势头。
竞赛内容一般来源于工程技术和管理科学等方面经过适当简化加工的实际问题,不要求参赛者预先掌握深入的专门知识,只需要学过普通高校的数学课程。
题目有较大的灵活性供参赛者发挥其创造能力。
参赛者应根据题目要求,完成一篇包括模型的假设、建立和求解、计算方法的设计和计算机实现、结果的分析和检验、模型的改进等方面的论文(即答卷)。
竞赛评奖以假设的合理性、建模的创造性、结果的正确性和文字表述的清晰程度为主要标准。
竞赛形式为全国统一竞赛题目,采取通讯竞赛方式,以相对集中的形式进行;竞赛一般在每年9月末的三天内举行。
大学生以队为单位参赛,每队3人,专业不限。
研究生不得参加。
每队可设一名指导教师(或教师组),从事赛前辅导和参赛的组织工作。
美国大学生数学建模竞赛(MCM/ICM)主办:美国数学及其应用联合会竞赛简介:美国大学生数学建模竞赛每年的比赛时间一般定在二月初,需要通过官方网站报名,而且需要有固定的指导教师。
(NYPT-2) 暨第六届江苏省中学生物理学术创新竞赛 ... - 江苏省物理学会

第二届全国中学生物理学术创新邀请赛 (NYPT-2)
暨第六届江苏省中学生物理学术创新竞赛 (JSYPT-6)
竞赛指南
主办单位:江苏省物理学会 承办单位:南京大学物理学院
金陵中学 协办单位:南京大学 NYPT 协会
2018 年 7 月 9-11 日
目录
组织机构 ....................................................................................................... 1 日 程 ............................................................................................................. 2 团体赛对阵图 ............................................................................................... 3 参 赛 队 ....................................................................................................... 4 个人赛名单 ................................................................................................... 6 NYPT-2 及 JSYPT-6 活动规则 .................................................................... 7 团体赛规则 ................................................................................................... 8 裁判主席指南 ............................................................................................. 12 裁判指南 ..................................................................................................... 13 队员守则 ..................................................................................................... 14 2018 年 NYPT-2 及 JSYPT-6 竞赛题目 .................................................... 15 JSYPT 裁判评分表..................................................................................... 17 JSYPT 单项奖推荐表................................................................................. 18 赛场布局图 ................................................................................................. 19 周边地图 ..................................................................................................... 20
人名

光、电磁微波、物理王明新,1957年3月1日数学物理方程刘继军1965-01-19缪国庆. 1945年8月刘南生1946年10江风益1963年10月底赵凯华,祖籍浙江杭州,1930年5月26日刘文江1935-10-16李人厚1935-5-1刘纯亮1959-11-13黄伯云1945.11.24贾瑞皋1948年2季家镕1946年11庄钊文,1958年6俞宽新1946.10赵峥1943年8宋文淼1938年5丁祖荣1944年11陈维桓1940年3马礼敦1935年5耿信笃1941年4朱自强先生(1934-1995),物理学家,1934年10月23日出生于上海朱自强1936年9月1日力学朱自强1930年10月董曾南1932年11章梓雄1944 年11董湘怀1955年11范维澄(1943.1.28-)陈秉乾1937年11月chen bq@王稼军1947-09-12吴有庭1968年11月高锟(Charles Kao 1933-11-4)李新洲1946年3月17何济洲1962年10月31日出生赖珍荃1963-6-19徐旭明1964年9吴思诚1938-01-09陈熙谋1934年8马伯强1962-7-13李定平1965-4-9高春媛1972-3-7邓卫真1963-8-3刘林华,男,1966年1月生,江西省瑞金市人戴锅生男,1939年12月生吕英华男,1944年7月徐善驾1939年7月9日周文斌,1960年10月20陸衛博士,1962年5月10日阮双琛,1963年10陆学善1905年9月21日-1981年5月20日张贤科1944年3(农历2月)张光寅1932年10成平1932年6月17陈懋章1936.2.10胡刚复1892年3月24日-1966年2月19日洪嘉振1944年7朱克勤1946年10刘延柱1936-7-6包光伟59-10-31余其铮1933年10月18日彭惠民1949年6郑春开1936年3赵连城(1938.2.18-)。
2018国际青年物理学家锦标赛题(IYPT)中文版

1.创造你自己真实随机数是一种很有价值而且稀有资源。
请设计、制造并测试一个可以产生随机数的机械设备并分析随机性抵御恶意攻击的能力。
2.滞后的摆一根坚韧的线和重物可构成一个摆。
当摆的,悬挂点在水平面上作圆周运动的时候,在某些情况下重物也可开始做圆周运动,并且半径更小。
研究该运动以及重物的稳定轨迹。
3.声学透镜菲涅耳透镜在光学中很常用,而利用相同的原理可以汇聚声波。
请设计并制造一个声学菲涅耳透镜并研究其性质(例如放大率)作为相关参量的函数。
4.超级球向两个平板间的空隙扔一个弹性很好的球。
球开始弹,在某些情况下甚至可以弹回到你手上。
研究球的轨迹以及影响运动包括平板方向在内的参量。
5.极为不易打湿东西的水把一个装满肥皂水的盘子放在扬声器或者震动台上,当它震动的时候,它有可能会把一小滴液滴留在上面很长时间,解释并研究这一现象。
6.电制蜂巢将一个垂直的金属针放在一个水平的金属盘子上方,在盘子上放一些油,假如你对金属针和盘子施加恒定的高电压,可以产生格状结构。
请解释并研究这一现象。
7.热水喷泉用热水部分装填一个莫尔吸量管。
用你的大拇指盖住其上端并倒置,可观察到从尖部喷出的水喷泉。
请研究决定水喷泉高度的参量,并改变它们以获得喷泉最大的高度。
8.磁力小火车两个扁圆柱形磁铁与一个柱状的电池两端相接,当这个体系放在铜线圈内部且与铜接触的时候,它会开始运动。
解释这个现象并且研究相关参量怎么影响火车的速度和功率。
9.水波用一个竖直振动的水平圆柱来产生水波,当改变激励频率和振幅的时候水波会看起来流向或背离圆柱。
请研究这个现象。
10.光环让一个液体喷向一个平面,当接触点被激光照明的时候,可观测到环绕水柱的光环。
研究这个光环和相关参量对整个系统的影响。
11.在一个光盘(Disc)上旋转假如你把一个轻的旋转着的物体放在一个水平旋转的盘子上,它可以不离开盘子地开始运动。
解释相关参量如何影响各种不同形式的运动。
12.范德堡方法大家都知道材料的导电率可以独立于样品形状地被测量,只要样品没有孔。
大学生学科竞赛种类调研明细

大学生学科竞赛种类调研明细目录:全国大学生数学建模竞赛 .................................................美国大学生数学建模竞赛(MCM/ICM) ......................................全国大学生数学竞赛 .....................................................丘成桐大学生数学竞赛 .....................................................国际大学生物理竞赛 .....................................................8中国大学生物理学术竞赛(CUPT) .........................................9南京大学青年物理学家锦标赛(NYPT) ......................................国际全局轨道优化竞赛 .....................................................全国深空轨道设计竞赛 .....................................................全国大学生英语竞赛 .....................................................国家大学生创新性实验计划 .................................................挑战杯系列赛事 .........................................................大学生学术科技作品展 .....................................................基础学科论坛 .............................................................学生学科竞赛项目一览表: 序号 类别学科竞赛名称学科竞赛主办单位备注(请注明该项赛事举办年度情况)分类说明1数学类 全国大学生数学建模大赛(CUMCM)教育部高教司、中国工业与应用数学学会每年9月 国家级2 美国大学生数学建模竞赛(MCM/ICM)美国数学及其应用联合会每年2月 国际级3 全国大学生数学竞赛The ChineseMathematicsCompetitions(CMC)中国数学会、国防科学技术大学每年10月 国家级4丘成桐大学生数学竞赛丘成桐教授 每年一次 国际级 5 物理类 国际大学物美国物理学每年11月 国际级理竞赛(UPC)会、天文学会6 中国大学生物理学术竞赛(CUPT)教育部中国物理学会/全国高等院校每年8月 国家级7 南京大学青年物理学家锦标赛(NYPT)物理学院 每年 校级8航天类 国际全局轨道优化竞赛(GTOC)1到2年 国际级9全国空间轨道设计竞赛中国力学学会 国家级10 英语类全国大学生英语竞赛 高校外语教学指导委员会每年4月 国家级11科研学术类 国家大学生创新性实验计划教育部 每年 国家级12 挑战杯系列赛事(TheChallenge共青团中央、中国科协、教育部和全国学每个项目每两年一届国家级Cup) 联、地方省级人民政府13 南京大学大学生学术科技作品展校团委、教务处、科技处、社科处、创新创业学院校级14基础学科论坛 南京大学基础学科论坛组委会每年3月 校级全国大学生数学建模竞赛主办:中国工业与应用数学学会(CSIAM)教育部高等教育司校管理部门:教务处校承办单位:数学系竞赛时间:每年9月竞赛简介:数模竞赛是由美国工业与应用数学学会在1985年发起的一项大学生竞赛活动。
科技信息-科学技术处-南京大学

2012 年国家杰出青年科学基金项目评审工作现已 结束。今年我校申请国家杰出青年科学基金项目 49 项,经评审我校共有 4 人获得国家杰出青年基 金科学项目资助。
今年,国家基金委为进一步贯彻落实国家中长期人 才发展规划纲要,加强对创新型青年科技人才的培 养,完善国家自然科学基金人才资助体系,新设了 “优秀青年科学基金项目”。优秀青年科学基金项 目作为人才项目系列中的一个项目类型,与“青年 科学基金项目”和“国家杰出青年科学基金项目” 之间形成有效衔接,主要支持具备 5—10 年科研 经历并取得一定科研成就的青年科学技术人员自主 选择研究方向开展基础研究。在我校申报的 80 个 优秀青年科学基金项目中,有 11 个项目获得资助, 项目资助率为 13.75%。
09 的结构相变和磁有序研究取得进
展 太阳能驱动转化二氧化碳为可再
10
生燃料研究取得新进展
内容提要
我校化学化工学院胡征教授课题组在燃料电池氧还原 电催化领域再获进展,相关研究近日以背封面形式发 表于 Advanced Materials 上。
第 7页
国际热点
11 研究发现迄今最古老超新星
11 科学家揭示 RNA 剪切视图
2012 年 11 月
本期刊内容
我们衷心希望您能喜欢阅读本期杂志。如有任何建 议、感想或投稿,请联系:南京大学科学技术处陈 晓清(电 子邮件地址chenx q@. cn )。请 访问ht tp: // scit .nju. / second/ 006.htm 获 取并阅读最新《科技信息》电子版。
本次会议期间,南京大学光通信工程研究中心还为来宾展示了自主研发的分 布式光纤传感设备,并现场演示了设备对高铁声屏障、基地防护栏、电力线 分布式实时监测技术,设备的先进性和强大功能受到了与会代表的高度评价。
第2届全国大学生物理实验竞赛试题的解答与考试评析

第2届全国大学生物理实验竞赛试题的解答与考试评析张宪锋;陶小平;祝魏;张增明;孙腊珍【摘要】第2届全国大学生物理实验竞赛中的基础性试题为“利用转动定律测量质量及切变模量”和“测量康铜丝的杨氏模量和泊松比”两道题,综合性、研究性试题为“磁光效应的研究”和“磁流体性质的研究”两道题。
本文介绍竞赛试题的实验内容、实验原理及部分答案,并对参赛学生的实验考试结果进行评析。
【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】6页(P40-45)【关键词】全国大学生物理实验竞赛;转动定律;切变模量;杨氏模量;泊松比;磁光效应;磁流体【作者】张宪锋;陶小平;祝魏;张增明;孙腊珍【作者单位】中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥230026;中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥230026;中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥230026;中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥230026;中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥230026【正文语种】中文【中图分类】G642.4231 引言教育部高教司(高教司函[2010]13号)批准的《全国大学生物理实验竞赛》是大学生的学科竞赛,由高等学校国家级实验教学示范中心联席会主办,全国高校实验物理教学研究会协办,中国科学技术大学承办的第2届全国大学生物理实验竞赛于2012年12月22日至12月24日在中国科学技术大学物理学院物理实验教学中心举行. 竞赛旨在培养大学生的创新能力、实践能力和团队协作意识,激发大学生对物理实验的兴趣与潜能,促进大学物理实验教学改革. 来自国家级物理实验示范中心所在院校、国家级基础科学人才培养基地院校及获得国家级物理实验精品课程院校的46个代表队的182名大学生选手参加了本次竞赛. 竞赛命题分为基础性物理实验和综合性、研究性物理实验题2类. 本次实验竞赛既突出物理基础又充分体现大学生的实践能力、动手能力和创新思维. 各代表队由2人分别单独参加4 h的基础性物理实验竞赛;2人合作参加8 h的综合性、研究性物理实验竞赛. 经评审专家组的评审和竞赛组委会审议,评选一等奖12名(其中:基础性试题8名,综合性、研究性试题4名);二等奖31名(其中:基础性试题20名,综合性、研究性试题11名),三等奖46名(其中:基础性试题31名,综合性、研究性试题15名).中国科学技术大学物理实验教学中心承担了本届竞赛的组织、命题、实验仪器装置的研制和实验场地的准备等工作. 本文就第2届全国大学生物理实验竞赛试题的实验内容、考试结果及竞赛中存在的问题做一些分析,希望对促进各高校进一步加强学生实践能力的培养,促进物理实验教学改革提供点有益的借鉴.2 基础性试题的解答与评析基础性实验试题为“利用转动定律测量质量及切变模量”和“测量康铜丝的杨氏模量和泊松比”2道题,均使用自己实验台上的装置独自来完成,每道题时限4 h.2.1 试题1:利用转动定律测量质量及切变模量2.1.1 引言刚体绕固定轴的转动定律是研究刚体运动的基本定律,通过对小角度下刚体定轴转动是简谐振动的特性研究,可以确定待测物体的质量.在弹性限度内,钢丝的切应力τ与切应变γ成正比,即τ=Gγ(其中G为材料的切变模量). 如在钢丝的下端悬挂一圆盘,它可绕中心线往复运动,形成扭摆. 该扭摆扭过的角度φ正比于钢丝所受的扭力矩M,由转动定律可得该扭摆作简谐振动,由此可确定钢丝的切变模量.2.1.2 实验研究的问题本实验研究的问题:1)测量玻璃棒的质量和螺帽的质量;2)测量钢丝的切变模量.2.1.3 实验仪器1)测量玻璃棒的质量和螺帽的质量的器材:长约1 m的木条(过质心附近有一直径约10 mm的小孔,内有套管,套管内径约为6 mm),质量均匀分布的待测玻璃棒1根(长为L、质量为m1),待测螺帽2个(总质量为m2),单摆架1个(上端固定1根直径约4 mm铁杆),质量m为(15.00±0.05) g、半径为r0的小铜柱2个,秒表1块,游标卡尺1把,直尺1把,平衡刀口1个,坐标纸1张,小剪刀1把,铅笔、蓝彩笔、橡皮和胶带.2)测量钢丝切变模量的器材:圆盘1个,待测金属丝1根,单摆架1个,游标卡尺1把,螺旋测微计1个,秒表1块,质量m为(50.0 ± 0.1) g、半径为r0的大铜柱2个.2.1.4 实验要求第1小题:测量玻璃棒的质量和螺帽的质量(60分)1)说明如何操作使转轴通过质心,并完成答题纸上的问题.2)设计实验方案测量玻璃棒的质量和两螺帽(可视为质点)的质量,并给出必要的计算公式. (重力加速度g=9.795 m/s2)(可请求提示设计方案,扣12分)3)记录6组数据,要求时间测量误差在0.5%以内(人用秒表计时的测量误差为0.2 s),并用作图法确定通过木条质心且垂直其表面的转轴的转动惯量IC.4)确定玻璃棒的质量m1和两螺帽的质量m2. (不要求计算不确定度)第2小题:测量钢丝的切变模量(40分)1)完成答题纸上如何确定钢丝长度的问题.2)设计实验方案测量钢丝的切变模量,并给出必要的计算公式,要求钢丝的长度约为60 cm,时间测量误差在0.5%以内(人用秒表计时的测量误差为0.2 s). (可请求提示设计方案,扣12分)3)记录6组实验数据,用最小二乘法拟合计算切变模量. (不要求计算不确定度) 2.1.5 试题特点及解答1)试题特点作为基础性实验试题,在定题过程中,出题者经反复讨论和修改,要求试题既突出物理基础理论又充分考查考生的实践动手能力. 第1小题“测量玻璃棒的质量和螺帽的质量”,考查了考生对刚体模型、质心及转动惯量等物理概念的理解;实验中要求考生利用刚体定轴转动定律设计实验方案,测量玻璃棒的质量和两螺帽(可视为质点)的质量,并给出必要计算公式. 第2小题“测量钢丝的切变模量”,考查了钢丝切变模量的基础概念,要求考生采用常规实验器材设计实验方案测量钢丝的切变模量,并给出必要计算公式.试题难度不大,实验内容及数据的处理量适中,但这2个小题均要求设计实验方案,考生要在4 h内完成实验要求,对考生基础理论的理解程度、基本物理仪器的熟练使用程度以及基本实验技能的储备都是不小的挑战,笔者认为,该试题较全面地考查了考生的基本知识、基本实验技能及数据处理和分析能力,符合基础性实验试题要求.2)试题解答第1小题解答:回答答题纸上关于通过配重,使转轴通过木条质心的问题,设计实验方案确定通过木条质心且垂直其表面的转动惯量,测量玻璃棒的质量和螺帽的质量,并给出相关计算公式:(1)(2)(3)测量并通过作图确定通过木条质心且垂直其表面的转轴的转动惯量(图1),测量出玻璃棒的质量m1和螺帽的质量m2. (详解略)图1 确定通过木条质心且垂直其表面的转轴的转动惯量第2小题解答:确定待测钢丝的长度,利用提供的仪器和设备,设计实验方案并且给出相关的计算公式:(4)(5)(6)通过最小二乘法拟合计算钢丝的切变模量. (详解略)2.1.6 考试结果及评析表1是对46名参赛学生基础性实验试题1的得分所作的统计.表1 统计结果实验最高分(人数)最低分(人数)平均分标准差一 (60分)56(1人)0(7人)14.3014.00二 (40分)40(1人)0(5人)11.5510.57总分 (100分)96(1人)0(2人)25.8519.00为便于专家客观评阅试卷,命题组对实验的评分反复进行讨论并细化,关于实验方案的设计、测量结果的计算和分析,在评分细则中都给出了详尽的得分点. 根据最终的统计结果,参赛学生在该试题的各小题及总分得分情况如图2所示(横坐标表示分数的区间,纵坐标表示学生人数),由图2可以看出,第1小题考生得分普遍很低,有15位考生请求提示设计方案,这部分考生的总分需扣12分,另有部分考生在实验过程中未能正确地设计实验方案,以致实验测量结果和数据处理与参考答案不符,或部分考生因为时间关系没有完成实验,导致得分情况偏离高斯分布. 第2小题得分情况大致符合高斯分布,大部分考生完成了实验,其中有5位考生请求提示设计方案,这部分考生的总分也需扣12分. 值得一提的是,获得一等奖的4位同学无一请求提示设计方案. 总体上看,得分情况大致符合高斯分布,两小题有一定的区分度.(a) 测量玻璃棒质量和螺帽质量得分分布图(b) 测量钢丝切变模量得分分布图(c) 基础性试题1 总分的直方统计图图2 基础性试题各小题及总分的得分情况通过具体的统计分析,我们分析如下:1)第1小题突出了实验的基础理论性,涉及基本物理概念和测量技术. 从监考和阅卷中可以看出,有近1/3的考生拿到题目后无从下手,没有根据实验提供的器材正确地设计实验,得分很少. 有15位考生请求了提示设计方案,这部分考生基本完成了实验,但总分需扣12分. 部分考生对刚体质心的概念、刚体定轴转动定律及简谐振动性质等基本知识理解不够,未能按要求用作图法确定出通过木条质心且垂直其表面的转轴的转动惯量,导致后续实验无法完成. 有些考生缺乏基本的实验技能,不能有效地使用提供的实验器材,导致实验方法错误. 本小题的平均得分为14.30分(满分为60分),得分为0分的有7人. 综合看来,第1小题是对考生的基础理论和实验技术的较全面考察,大约有30%的考生完成了此实验.2)第2小题要求考生先设计实验方案,并给出测量钢丝的切变模量的计算公式. 从监考和阅卷中可以看出,部分考生由于审题不全面或不仔细,没有根据实验提供的器材正确地设计实验. 圆盘和2个大铜柱是本实验提供的主要器材,近30%考生出现测量错误,反映出考生实验技术水平有待提高. 当然,还有相当部分的考生由于缺乏参赛经验,时间分配不够合理而未完成答卷,所有这些导致考生得分普遍很低. 从统计情况看,本小题的平均得分为11.55分(满分为40分),得分为0分的有5人. 综合看来,第2小题是对考生基本实验技能和实验数据处理能力的考察,大约40%的考生基本完成了此实验.3)总之,试题1强调了实验的基础理论和测量技术,对实验的基本技能、实验数据处理和作图等都有较高的要求,参赛考生的最高分96分,最低分0分,平均分25.85分,考试成绩基本符合统计高斯分布.2.2 试题2:测量金属丝的杨氏模量和泊松比2.2.1 引言杨氏模量是材料的重要力学性质,反映了材料抵抗形变能力的大小. 拉力F与丝的原始横截面A之比定义为应力,伸长量ΔL与丝的原始长度L之比定义为纵向线应变. 在弹性范围内,应力与应变满足胡克定律:(7)其中E为材料的杨氏模量. 式(7)中只考虑了材料的微小纵向应变,忽略了横向变化. 横向伸长量Δd与丝的原始横向长度d之比定义为横向线应变. 在实践中,纵向拉伸应变还会导致横向收缩应变. 实验表明,在材料弹性范围内,横向线应变Δd/d与纵向线应变ΔL/L之比为常量:(8)(8)式中的负号表示纵向拉伸导致横向收缩,μ为横向变形系数或称泊松比.非平衡电桥与传感器配合使用,可测量温度、应力、位移等变化量. 图3为非平衡电桥的原理图,其中电阻箱R1,R2,R3为电桥的3个臂,R4+RS构成第4臂,R0为电位器,C是滑动头. 当电桥平衡时:图3 非平衡电桥任意桥臂阻值变化时,电桥将偏离平衡位置. 实验中,金属丝受到拉伸引起电阻变化,当R4+RS的相对阻值变化量小于1%时,桥电压Ug(即DE间电压)与电阻的关系近似满足线性关系:(9)式中,RS是康铜丝的初始阻值.2.2.2 研究的问题1)测量康铜丝的杨氏模量;2)忽略拉伸过程中康铜丝的电阻率变化,利用非平衡电桥测量拉力与康铜丝有关性质的关系,并计算其泊松比.2.2.3 实验仪器所用的实验仪如表2所示.表2 实验仪器序号设备名称数量1康铜丝(已焊接2根导线)12木支架(已装配电位器、开关、滑轮、升降螺栓)13卷尺(最大允差1.2 mm)14千分尺(最大允差0.004 mm)15JCD3型移测显微镜(最大允差0.015 mm)16移测显微镜垫块17ZX17-1型交直流电阻箱(0.2级)38ZX38A/10型交直流电阻箱(0.1级)19KEITHLEY台式万用表(使用方法见附录)110低压钠灯(双线平均波长λ=0.589 3 μm)及电源111钠灯木垫块112甲电池(~1.5 V)113玻璃片214砝码托盘(质量标注于底部)115增砣砝码(100 g)1016数字万用表117LED灯118导线82.2.4 实验要求1)按图3连接电路,建议分压UAC取0.3~0.5 V,康铜丝的工作电流取3~5 mA.2)托盘上放1块砝码作为初始条件,调整仪器两端的塑料螺栓,使康铜丝与桌面平行,距离桌面77 mm左右,以利于移测显微镜的调节.3)测量康铜丝接入电路的长度L,精确到mm.(7分)4)用干涉法测量康铜丝的直径d.(30分)a.简述干涉条纹在整个劈尖区域分布特点并解释;为提高测量精度,应测什么区域的条纹?b.用干涉法测量康铜丝的直径(选一处即可),要求测量相对不确定度小于1.0%,并给出测量依据.5) 分别朝康铜丝上的2个焊接点哈气,并观察桥电压Ug的读数变化.(10分)a.描述哈气时读数的变化;b.上述现象由什么效应产生?6)测量康铜丝的杨氏模量E.(25分)a.设计实验方案,给出相关公式;b.求康铜丝的杨氏模量E(合肥地区重力加速度g=9.795 m/s2).7)确定康铜丝的泊松比μ(28分)a.设计实验方案,给出相关公式,忽略拉力对金属丝电阻率的影响;b.确定康铜丝的泊松比μ.2.2.5 试题特点、解答及评析1)试题特点本题原理部分比较简单,所用实验设备都是常见的设备. 主要考查内容包括:由不确定度分析设计实验方案,用干涉法测量康铜丝的直径,拉伸法测量康铜丝的杨氏模量,非平衡电桥法测量康铜丝的泊松比,此外还要求学生解释实验中2个比较有趣的实验现象. 竞赛组委会的专家在审核命题过程中认为,本实验的几个内容单独看比较简单,很多高校都开设了相关的实验,但将这几个涉及力学、热学、电学、光学等学科的基础实验综合在一起,对学生基本物理理论的理解水平、动手能力、分析问题的能力、数据处理的能力要求较高,能实实在在地检验学生的物理实验水平.2)试题解答第1小题要求学生连接非平衡电桥的电路,第2小题调节康铜丝水平,都是非常基本的操作,难度很小.第3小题要求用卷尺测量接入电路的康铜丝长度L,如图4所示. 由于L大于1.2 m,单个考生直接测量L将导致较大的误差,不能满足精确到mm的要求,只能先测出L1和L2,再求出L. 在实际操作中,只有3人能正确完成本小题,大部分学生直接测量L,说明没有认真审题,动手时对不确定度的大小没有仔细考虑,考试中学生动手不动脑的问题普遍存在.图4 支架上的康铜丝第4小题用劈尖干涉法测量康铜丝的直径. 要求先用移测显微镜观察条纹的分布特点并解释,再用不确定度均分原理设计实验方案,并根据实验方案测量直径d. 由于康铜丝比较粗,移动显微镜时,在劈尖区域有的地方有干涉条纹,有的地方没有条纹,这个现象可用钠黄光具有双线波长来解释. 原理如图5所示. 根据不确定度均分原理,可推导出至少需要测量50个条纹才能满足设计要求.图5 干涉法测细丝直径本小题考查的不确定度均分原理是物理实验的基础知识,干涉法测细丝直径实验在很多高校都有开设. 但从考试结果来看,74%的考生不能正确推导出干涉法测细丝直径的公式,余下的考生中,只有2人能根据不确定度均分原理进行实验方案的设计. 由于本题的实验现象不常见,操作时,80%的考生超过1 h也没有调出干涉条纹,看到条纹的同学均未能用钠黄光双线波长对实验现象进行解释. 这说明部分考生对物理实验的基础知识掌握不够扎实,对劈尖干涉法的理解不够深入. 这部分的成绩统计见图6.图6 第4小题成绩分布第5小题,当考生对着康铜丝的一端焊点哈气时,会发现电桥的平衡示数增大,朝另一端哈气则示数减小,这可用温差效应来解释. 经统计,有28人发现哈气对桥电压的影响,但只有7人正确解释了实验现象.第6和7小题要求先设计实验方案,再测量康铜丝的杨氏模量、泊松比. 根据式(7),测出康铜丝的直径d后,用拉伸法很容易测量杨氏模量. 式(8)中,康铜丝直径的变化Δd很小,本实验不能直接测量,但由于Δd会引起康铜丝电阻的变化,因此可通过非平衡电桥测出其阻值的变化间接测量Δd,从而求得泊松比. 相关实验结果见图7和图8.图7 拉伸法测量康铜丝的杨氏模量图8 非平衡电桥法测康铜丝的泊松比最后两小题对考生分析问题、解决问题的能力要求较高. 其难点在于实验设计部分,大部分考生没有清晰的思路,也没有想到移测显微镜除了用来测细丝直径,还能用于监测康铜丝的伸长量. 因此,考生的成绩基本来自于对杨氏模量、泊松比的公式推导及用非平衡电桥测电阻的变化,而无人正确测出这2个物理量. 这两小题总共53分,得分大于10分的有15人,但只有2人成绩超过25分.46位参赛学生的成绩统计如图9所示,成绩普遍不理想,但基本符合高斯分布. 本实验除了要求灵活使用常见的实验仪器之外,设计性内容较多,还要求学生对实验现象进行分析,并给出相应的理论解释或者测出实验数据. 考试的结果表明大部分考生分析问题、解决问题的能力较弱,这警示在以后的物理实验教学中,应减少教师示范、学生依样画葫芦的教学模式,加强了对学生自主设计性实验的训练,切实提高了他们的实验动手能力.图9 基础第2题考生成绩统计图。
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附件1a:2019年JSYPT-7及NYPT-3竞赛题目从“Problems for the 32th IYPT”中选择第3,4,5,6,7,8,10,12,14,15,16,17题共计12题(以英文原题为准,中文翻译仅供参考)。
1.你来发明构建一个基于电晕放电来推进的简易马达。
探究相关参数是如何影响转子运动的,并优化你的设计,从而获得固定输入电压下的最大速度。
2.气溶胶(喷雾)当水流经小孔时,可能会形成气溶胶(喷雾)。
探究能形成气溶胶(喷雾)而不是水柱的参数等。
气溶胶的特性是什么?3.低音让一个音叉或一个简易的振子靠着轻微接触的纸振动。
产生的声音频率会比音叉的基本频率更低,探究此现象。
4.漏斗与球通过向漏斗中吹气,一个轻质小球(如乒乓球)可以被拾起。
解释此现象并探究相关的参数。
5.填充瓶子当垂直的水柱进入瓶子时,可能会产生声音,并且随着瓶子被填充,声音的特性会改变。
探究此系统的相关参数,如水柱的速度与尺寸,瓶子的大小与形状或水温等对声音的影响。
6.飓风球通过起始时用手旋转,并使用一根管子(如吸管)朝其吹气,连在一起的两个钢球能以极高的频率旋转。
解释并探究这一现象。
7.响亮的声音一个简易的圆锥形或牛角形装置可以优化人声向远处收听者的传递。
探究锥形装置的形状、大小、材质等相关因素对其声学输出的影响。
8.科幻之声敲击螺旋弹簧可以模拟出类似科幻电影中“激光枪”的声音。
探究并解释这一现象。
9.酱油光学以一束激光穿透一层薄的酱油(约200 μm),可以观察到热透镜效应。
探究此现象。
10.悬浮水轮在靠近水柱的边缘小心地朝上放置一个轻质物体,如聚苯乙烯泡沫塑料盘,在一定条件下,物体将在悬浮的同时开始旋转。
探究这一现象以及它对外部扰动的稳定性。
11.自组装平面在平坦的振动板上放置一些完全相同、形状规则的硬质颗粒,根据单位面积上的颗粒数量,他们可能形成或不能形成有序的晶体状结构。
探究此现象。
112.陀螺仪特斯拉计当放置在磁场中时,一个由非铁磁型导电材料制成的旋转的陀螺仪会减速。
探究相关参数对减速的影响。
13.莫尔织物分析镜当紧密排列的非相交线条(其间有透明间隙)组成的图案覆盖在一块织物上时,可以观察到独特的莫尔条纹。
设计一种使你能够测量织物经纬密度的覆盖物。
确定测量简单织物(例如亚麻布)的精确度,并探究此方法是否适用于更复杂的织物(例如牛仔布或牛津布)。
14.循环摆将一重一轻两个负载通过水平杆上的一根绳子相连,并下拉轻负载以吊起重负载。
释放轻负载,它将围着赶扫动,从而阻止重负载落到地面。
探究此现象。
15.牛顿摆牛顿摆的振动会逐渐衰减,直到摆球静止。
探究相关参数,例如摆球的数量、材质和排列方式对牛顿摆衰减速率的影响。
16.下沉气泡当一个盛有液体(例如水)的容器垂直振动时,液体中的气泡可能不会上升,而是向下运动。
探究此现象。
17.雪糕棒连锁反应通过轻微的弯曲,可将木质的雪糕棒连接在一起,以实现在被称作“眼镜蛇式编织”形状的链条中连锁。
当这种连锁的一端被释放时,木棒迅速脱落,且波阵面沿着链条传播。
探究这一现象。
相关赛题的资料参考可参见“IYPT青年物理学家”公众号,可通过扫描二维码关注。
2附件1b:2019年JSYPT-7及NYPT-3竞赛题目从“Problems for the 32th IYPT”中选择第3,4,5,6,7,8,10,12,14,15,16,17题共计12题(以英文原题为准,中文翻译仅供参考)。
1. Invent YourselfBuild a simple motor whose propulsion is based on corona discharge. Investigate how the rotor's motion depends on relevant parameters and optimize your design for maximum speed at a fixed input voltage.2. AerosolWhen water flows through a small aperture, an aerosol may be formed. Investigate the parameters that determine whether an aerosol is formed rather than a jet for example. What are the properties of the aerosol?3. Undertone SoundAllow a tuning fork or another simple oscillator to vibrate against a sheet of paper with a weak contact between them. The frequency of the resulting sound can have a lower frequency than the tuning fork’s fundamental frequency. Investigate this phenomenon.4. Funnel and BallA light ball (e.g. ping-pong ball) can be picked up with a funnel by blowing air through it. Explain the phenomenon and investigate the relevant parameters.5. Filling Up a BottleWhen a vertical water jet enters a bottle, sound may be produced, and, as the bottle is filled up, the properties of the sound may change. Investigate how relevant parameters of the system such as speed and dimensions of the jet, size and shape of the bottle or water temperature affect the sound.6. Hurricane BallsTwo steel balls that are joined together can be spun at incredibly high frequency by first spinning them by hand and then blowing on them through a tube, e.g. a drinking straw. Explain and investigate this phenomenon.7. Loud VoicesA simple cone-shaped or horn-shaped object can be used to optimize the transfer of the human voice to a remote listener. Investigate how the resulting acoustic output depends on relevant parameters such as the shape, size, and material of the cone.8. Sci-Fi SoundTapping a helical spring can make a sound like a “laser shot” in a science-fiction movie. Investigate and explain this phenomenon.9. Soy Sauce Optics3Using a laser beam passing through a thin layer (about 200 μm) of soy sauce the thermal lens effect can be observed. Investigate this phenomenon.10. Suspended Water WheelCarefully place a light object, such as a Styrofoam disk, near the edge of a water jet aiming upwards. Under certain conditions, the object will start to spin while being suspended. Investigate this phenomenon and its stability to external perturbations.11. Flat Self-AssemblyPut a number of identical hard regular-shaped particles in a flat layer on top of a vibrating plate. Depending on the number of particles per unit area, they may or may not form an ordered crystal-like structure. Investigate the phenomenon.12. Gyroscope TeslameterA spinning gyroscope made from a conducting, but nonferromagnetic material slows down when placed in a magnetic field. Investigate how the deceleration depends on relevant parameters.13. Moiré Thread CounterWhen a pattern of closely spaced non-intersecting lines (with transparent gaps in between) is overlaid on a piece of woven fabric, characteristic moiré fringes may be observed. Design an overlay that allows you to measure the thread count of the fabric. Determine the accuracy for simple fabrics (e.g. linen) and investigate if the method is reliable for more complex fabrics(e.g. denim or Oxford cloth).14. Looping PendulumConnect two loads, one heavy and one light, with a string over a horizontal rod and lift up the heavy load by pulling down the light one. Release the light load and it will sweep around the rod, keeping the heavy load from falling to the ground. Investigate this phenomenon.15. Newton’s CradleThe oscillations of a Newton's cradle will gradually decay until the spheres come to rest. Investigate how the rate of decay of a Newton's cradle depends on relevant parameters such as the number, material, and alignment of the spheres.16. Sinking BubblesWhen a container of liquid (e.g. water) oscillates vertically, it is possible that bubbles in the liquid move downwards instead of rising. Investigate this phenomenon.17. Popsicle Chain ReactionWooden popsicle sticks can be joined together by slightly bending each of them so that they interlock in a so-called “cobra weave” chain. When such a chain has one of its e nds released, the sticks rapidly dislodge, and a wave front travels along the chain. Investigate the phenomenon.4附件2:2019年JSYPT-7和NYPT-3竞赛参赛回执注:请将此表将电子版和加盖学校公章的扫描件于4月20日前通过E-mail发送给翁雨燕老师:wengyuyan@5。