2014年IYPT CUPT题目(原文+中文翻译+配图)
中国大学生物理学术竞赛
历届冠军
历届冠军(11张) 注：年份斜体表示夺冠时为东道主。
组织构成
1
顾问委员会
2
指导委员会
3
全国组委会
4
地方组委会
5
裁判委员会
杨国桢（中国科学院院士，中国科学院物理研究所） 葛墨林（中国科学院院士，南开大学陈省身数学研究所） 赵光达（中国科学院院士，北京大学理论物理研究所） 朱邦芬（中国科学院院士，清华大学高等研究院） 邢定钰（中国科学院院士，南京大学物理学院） 张杰 （中国科学院院士，中国科学院大学物理科学学院）
裁判
裁判组成 裁判主席
裁判员 投诉及处理
1、竞赛裁判由各高校教师担任，原则上每个参赛高校最多可派 3名裁判，同时竞赛组委会可以邀请非参赛 高校教师作为独立裁判。
2、每场竞赛由 5-7名裁判组成的裁判组评判，裁判由教师担任，并回避该校队伍参赛的竞赛，同时每个裁 判尽量避免多次裁判同一支队伍。
为了保证竞赛公平公正地进行，组委会制定了如下规则。每位裁判小组的主席都要尽可能严格执行本规则。 竞赛前: 1、主席自我介绍，然后让评委做自我介绍，最后让参赛队伍的队长介绍他们的队伍成员。 2、提醒所有的参赛队员遵守基本的礼节和正确的科学讨论原则。 竞赛中： 1、在每个比赛阶段开始时，介绍每个参赛队的角色。 2、题目确定后，各方的报告人将姓名写在黑板上，或者在报告的PPT中显示出报告人姓名。 3、比赛过程中，只允许各队在本队队员陈述的阶段进行录像和录音。 4、由裁判主席宣布某一环节结束。准备环节结束后，下一环节的计时立即开始。在陈述阶段结束后，裁判主 席可以允许让发言者做最后的陈述，但时长不超过15秒。 5、在报告的准备环节，如果出现意外的技术问题，裁判主席可以决定延长这一环节的时间。
2014年第31届全国中学生物理竞赛复赛试题与答案ppt
z
y
C
Q
B
M0
O
A x
（31 届复赛）四、（24 分）如图所示，半径为 R、质量为 m0 的光滑均匀圆环，套在光 滑竖直细轴 OO上，可沿 OO轴滑动或绕 OO轴旋转．圆环上串着两个质量均为 m 的小球. 开 始时让圆环以某一角速度绕 OO轴转动，两小球自圆环顶端同时从静止开始释放．
（1）设开始时圆环绕 OO轴转动的角速度为 0，在两小球从环顶下滑过程中，应满足 什么条件，圆环才有可能沿 OO轴上滑？
（1）若平衡时平板与竖直方向成的角度为 ，求拉力 Q 以及铰链支点对三角形板的作 用力 NA 和 NB；
（2）若在三角形平板上缓慢改变拉力 Q 的作用点 M 的位置，使平衡时平板与竖直方 向成的角度仍保持为 ，则改变的作用点 M 形成的轨迹满足什么条件时，可使铰链支点 A 或 B 对板作用力的垂直平板的分量在 M 变动中保持不变？
(Cmax
Cmin
)
1 2
(Cmax
Cmin
)cos 2
式中，Cmax 可由第（1）问的结果估算，而 Cmin 是因边缘效应计入的，它与 Cmax 的比值
（2）当电容器电容接近最大时，与电动势为 E 的电源接通充电（充电过程中保持可旋 转金属板的转角不变），稳定后断开电源，求此时电容器极板所带电荷量和驱动可旋转金属
板的力矩；
（3）假设 0
2
，考虑边缘效应后，第（1）问中的 C( )
可视为在其最大值和最小值
之间光滑变化的函数
C( )
1 2
2
0
）；固定金属板和可旋转的金属板相间排列，两相
邻金属板之间距离均为 s．此电容器的电容 C 值与可旋转金属板的转角 有关．已知静电力
CUPT题目翻译
CUPT题⽬翻译CUPT题⽬1. Gaussian cannon ⾼斯炮A sequence of identical steel balls includes a strong magnet and lies in nonmagnetic channel. Another steel ball is rolled towards them and collides with the end ball .the ball at the opposite end of the sequence is ejected at a surprisingly high velocity .optimize the magnet’s position for the greatest effect.⼀列相同的钢球含有⼀个强磁铁并置于⽆磁通道中。
另有⼀个钢球向他们滚动并碰撞序列末尾的球。
在另⼀端末尾的球被迫以极⾼的速度离开。
请优化磁铁的位置使碰撞产⽣最佳效果。
2. Cutting the air切割空⽓When a piece of thread (e.g. nylon) is whirled around with a small mass attached to its free end, a distinct noise is emitted.study the origin of this noise and the relevant parameters.⼀段线（例如尼龙）的⾃由端系上⼀个重物，当线被旋转时会形成明显的噪声。
研究这种噪声的产⽣原因及相关参数。
3. String of beads串珠A long string of beads is released from a breaker by pulling a sufficiently long part of the chain over the edge of the breaker. Due to gravity the speed of the string increases. At a certain moment the sting no longer touches the edge of the breaker (see picture). Investigate andexplain the phenomenon.⼀长串珠⼦从烧杯⾥释放，具体释放⽅式是将⾜够长的珠链拉出烧杯的边缘，这样由于重⼒作⽤串珠的速度增⼤。
2014年全国普通高等学校招生统一考试理科综合能力测试物理(新课标Ⅱ带解析)
A．电子与正电子的偏转方向一定不同 B．电子和正电子在磁场中的运动轨迹一定相同 C．仅依据粒子的运动轨迹无法判断此粒子是质子还是正电子 D．粒子的动能越大，它在磁场中运动轨迹的半径越小
难度：0.65 组卷：2513 题型：多选题 更新：2014/6/20
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8 . 如图，一理想变压器原，副线圈的匝数分别为n1，n2.原线圈通过一理想电流表 接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻 串联后接到副线圈的两端．假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，用交流电压表测得a，b端和c，d端的电压分别为Uab和U cd，则( )
P6 12.01 15.41 60 28.8 0.0347
（2）以n为横坐标，为纵坐标，在答题卷给出的坐标纸上画出1/k－n图像． （3）题（2）图中画出的直线可近似认为通过原点．若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关 系的表达式为k＝_____N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0（单位为m）的关系的表达式为k＝_____N/m．
难度：0.4 组卷：4953 题型：实验题 更新：2020/3/8
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11 . 奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳乘气球升至约39km的高空后跳下，经过4分20秒到达距地面约1.5km的高度处，打开降落伞并 成功落地，打破了跳伞运动的多项世界纪录．取重力加速度的大小g＝10m/s2．
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17 . 在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是 个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）。
（填正确答案标号，选对1
A．密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值 B．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核 C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭（Ra）两种新元素 D．卢瑟福通过а粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子 E.汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷
CUPT题目(IYPT翻译和插图)
201届国际青年物理学家竞赛赛IYPIYPT T 20133年第26届国际青年物理学家竞参考翻译))题目((参考翻译题目1.自己创造如果一张纸被“手风琴式”折叠或者被卷成筒，那么它将更加难以弯曲。
使用一张单一的A4纸和少量胶水，如果需要的话，构建一座跨越280毫米间隙的桥梁。
介绍相关参数，用以描述该桥梁的强度，并优化其中的部分参数或全部参数。
2．弹性空间大球在水平拉伸膜上滚动的动态效果和它们之间明显的相互作用通常用于说明引力场。
进一步探究该系统。
在这样一个“引力场世界”确定和测量明显的“引力常数”是否可能？如果你站在地面上拿着乒乓球，并释放它，它会反弹。
如果乒乓球内含有液体，碰撞的性质会发生变化。
探究碰撞的性质如何取决于球内液体的含量和其他相关参数。
4．孤子沿水平轴等距离安装一链相似的摆，相邻的摆用轻绳相连接。
每一个摆可以绕轴旋转，但不能侧向移动（见图）。
探究沿着这样一条链的一种旋转的传播。
当各摆都经历360º旋转时，孤立波的速度是多少？一个轻球（如乒乓球），可以被向上的气流所支撑。
气流的方向可以倾斜，然而它仍然可以支撑球。
探究气流倾斜的影响，并优化该系统，得出在保持球处于稳定状态的情况下，气流倾斜的最大角度。
6．彩色塑料在明亮光线的照射下，一个透明的塑料物体（如一张空白的CD外壳）有时可以呈现各种不同的颜色（见图）。
研究和解释这种现象。
确定一下，当使用各种不同颜色的光源时，是否也可以看到这些颜色。
7．聆听光的声音将一个罐子内表面的一半涂一层锅灰，并在它的盖子上钻一个孔（见图）。
当连接交流电的灯泡发出的光线射到罐子的黑墙（锅灰层）时，可以听到明显的声音。
解释和探究这种现象。
8．喷射和薄膜喷射的细液体流对肥皂薄膜的作用（见图）。
喷射的液体流可以渗透通过薄膜或者与薄膜合并，产生有趣的形状，这取决于相关参数。
解释和探究这种相互作用，以及由此产生的形状。
9．碳麦克风一个麦克风的设计已经涉及碳颗粒的使用很多年了。
2014年普通高等学校招生全国统一考试(正文)
2014年普通高等学校招生全国统一考试(课标全国卷Ⅰ)理综物理第Ⅰ卷二、选择题:本题共8小题,每小题6分。
在每小题给出的四个选项中,第14~18题只有一项符合题目要求,第19~21题有多项符合题目要求。
全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
14.在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是()A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化15.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是()A.安培力的方向可以不垂直于直导线B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半16.如图,MN为铝质薄平板,铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场(未画出)。
一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出,从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O,已知粒子穿越铝板时,其动能损失一半,速度方向和电荷量不变,不计重力。
铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为()A.2B.√2C.1D.√2217.如图,用橡皮筋将一小球悬挂在小车的架子上,系统处于平衡状态。
现使小车从静止开始向左加速,加速度从零开始逐渐增大到某一值,然后保持此值,小球稳定地偏离竖直方向某一角度(橡皮筋在弹性限度内),与稳定在竖直位置时相比,小球的高度()A.一定升高B.一定降低C.保持不变D.升高或降低由橡皮筋的劲度系数决定18.如图(a),线圈ab、cd绕在同一软铁芯上。
在ab线圈中通以变化的电流。
用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示。
2014年IYPT题目(中文翻译)
注意：题目不能只看翻译，必须充分参考原题。
1.自己创造据了解，一些电路表现出混沌行为。
构建一个具有这种属性的简单电路，并研究其行为。
2.全息照片有人认为，在一块透明塑料上划出图案可以手工制作出一张全息照片。
制作一张字母“IYPT ”的全息图并研究它是如何工作的。
3.扭曲的绳握住绳子扭它的一端。
在绳索上的某一点将形成螺旋线或圆环。
调查解释这样的现象。
4.球的声音当两个硬钢球或类似的东西被轻轻带到接触到对方，一个不寻常的“鸣叫声”。
调查解释的声音的性质。
5.载物的环在一个环的里面固定一个小重物，给环一个初始推力使其运动。
研究环的运动。
6.泡泡晶体大量非常小的相似的气泡浮在肥皂水的表面上。
气泡会自动按照一个规律的类似晶格的模式排列。
提出一种获得大小一致的的气泡的方法，并探究这种泡泡晶体的形成。
7.“罐中罐”冰箱这一个依据蒸发冷却的原理让食物保鲜的装置。
它包括一个大容器、里面的小容器。
它们之间的空间内用湿的多孔材料填充，例如沙子。
问怎么能达到最佳的散热效果？8.冻结水滴将水滴放置在冷却到-20°C左右的板上。
结冰后液滴可能会成为有锋利的顶部的圆锥状。
调查这种现象。
9.水弹有些学生不会用灌水的气球打仗，他们的水弹反弹后仍不爆裂。
调查这里的运动，变形和充满液体的气球的反弹。
在什么情况下水弹会爆裂？10.扩散系数利用显微镜按微米大小的顺序观察微粒的布朗运动。
研究扩散系数是如何取决于微粒的大小和形状的。
11.蜡烛发电厂设计一将蜡烛的火焰的热量转化成电能的装置。
调查装置的不同方面如何影响其效率。
12.冷气球由于空气逃离橡胶气球，其表面触感变得冷。
研究影响降温的参量。
作为一个函数的相关参数，气球的不同部分温度是什么？13.旋转的鞍一个球被放在旋转的鞍上。
从动力学的角度研究它，解释球不会从鞍上落下来的情形。
14.橡胶电机扭曲的橡皮筋存储着能量，例如可用于驱动飞机模型。
调查这样的能量来源的属性及其功率输出随时间的变化。
2014年TI杯大学生电子设计竞赛赛题-C题锁定放大器
2014年TI 杯大学生电子设计竞赛题C 题：锁定放大器的设计1．任务设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器（LIA）。
锁定放大器基本组成框图见图1。
2．要求（1）外接信号源提供频率为1kHz 的正弦波信号，幅度自定，输入至参考信号R (t )端。
R (t )通过自制电阻分压网络降压接至被测信号S (t )端，S (t )幅度有效值为 10μV ~1mV。
（5分）（2）参考通道的输出r (t )为方波信号，r (t )的相位相对参考信号R (t )可连续或步进移相180度，步进间距小于10度。
（20分）（3）信号通道的3dB 频带范围为900Hz ~1100Hz。
误差小于20%。
（10分） （4）在锁定放大器输出端，设计一个能测量显示被测信号S (t )幅度有效值的电路。
测量显示值与S (t )有效值的误差小于10%。
（15分）（5）在锁定放大器信号S (t )输入端增加一个运放构成的加法器电路，实现S (t )与干扰信号n (t )的1:1叠加，如图2所示。
（5分）图2 锁定放大器叠加噪声电路图S (t )n (t )图1 锁定放大器基本组成结构框图信号通道（6）用另一信号源产生一个频率为1050~2100Hz的正弦波信号，作为n(t)叠加在锁定放大器的输入端，信号幅度等于S(t)。
n(t)亦可由与获得S(t)同样结构的电阻分压网络得到。
锁定放大器应尽量降低n(t)对S(t)信号有效值测量的影响，测量误差小于10%。
（20分）（7）增加n(t)幅度，使之等于10S(t)，锁定放大器对S(t)信号有效值的测量误差小于10%。
（20分）（8）其他自主发挥。
（5分）（9）设计报告。
（20分）项 目 主要内容 满分 系统方案 总体方案设计 4理论分析与计算 锁定放大器各部分指标分析与计算 6电路与程序设计 总体电路图,程序设计 4测试方案与测试结果 测试数据完整性,测试结果分析 4设计报告结构及规范性 摘要,设计报告正文的结构、图表的规范性 2总分203．说明（1）各信号输入、输出端子必须预留测量端子，以便于测量。
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注意：题目不能只看翻译，必须充分参考原题。
Problem No. 1 “Invent yourself”It is known that some electrical circuits exhibit chaotic behaviour. Build a simple circuit with such a property, and investigate its behaviour.1.自己创造据了解，一些电路表现出混沌行为。
构建一个具有这种属性的简单电路，并研究其行为。
Problem No. 2 “Hologram”It is argued that a hologram can be hand made by scratching a piece of plastic. Produce such a ‘hologram’ with the letters ‘IYPT’ and investigate how it works.2.全息照片有人认为，在一块透明塑料上划出图案可以手工制作出一张全息照片。
制作一张字母“IYPT ”的全息图并研究它是如何工作的。
Problem No. 3 “Twisted rope”Hold a rope and twist one end of it. At some point the rope will form a helix or a loop. Investigate and explain the phenomenon.3.扭曲的绳握住绳子扭它的一端。
在绳索上的某一点将形成螺旋线或圆环。
调查解释这样的现象。
Problem No. 4 “Ball sound”When two hard steel balls, or similar, are brought gently into contact with each other,an unusual ‘chirping’ sound may be produced. Investigate and explain the nature of the sound.4.球的声音当两个硬钢球或类似的东西被轻轻带到接触到对方，一个不寻常的“鸣叫声”。
调查解释的声音的性质。
Problem No. 5 “Loaded hoop”Fasten a small weight to the inside of a hoop and set the hoop in motion by giving it an initial push. Investigate the hoop’s motion.5.载物的环在一个环的里面固定一个小重物，给环一个初始推力使其运动。
研究环的运动。
Problem No. 6 “Bubble crystal”A large number of very small, similar air bubbles float on the surface of a soapy liquid.The bubbles will arrange themselves into a regular pattern similar to a crystalline lattice. Propose a method to obtain bubbles of a consistent size, and investigate the formation of such a bubble crystal.6.泡泡晶体大量非常小的相似的气泡浮在肥皂水的表面上。
气泡会自动按照一个规律的类似晶格的模式排列。
提出一种获得大小一致的的气泡的方法，并探究这种泡泡晶体的形成。
Problem No. 7 “Pot-in-pot refrigerator”The ‘pot-in-pot refrigerator’ is a device that keeps food cool using the principle of evaporative cooling. It consists of a pot placed inside a bigger pot with the space between them filled with a wet porous material, e.g. sand. How might one achieve the best cooling effect?7.“罐中罐”冰箱这一个依据蒸发冷却的原理让食物保鲜的装置。
它包括一个大容器、里面的小容器。
它们之间的空间内用湿的多孔材料填充，例如沙子。
问怎么能达到最佳的散热效果？Problem No. 8 “Freezing droplets”Place a water droplet on a plate cooled down to around -20 °C. As it freezes, the shape of the droplet may become cone-like with a sharp top. Investigate this effect.8.冻结水滴将水滴放置在冷却到-20°C左右的板上。
结冰后液滴可能会成为有锋利的顶部的圆锥状。
调查这种现象。
Problem No. 9 “Water bombs”Some students are ineffective in water balloon fights as the balloons they throw rebound without bursting. Investigate the motion, deformation, and rebound of aballoon filled with fluid. Under what circumstances does the balloon burst?9.水弹有些学生不会用灌水的气球打仗，他们的水弹反弹后仍不爆裂。
调查这里的运动，变形和充满液体的气球的反弹。
在什么情况下水弹会爆裂？Problem No. 10 “Coefficient of diffusion”Using a microscope, observe the Brownian motion of a particle of the order of micrometre in size. Investigate how the coefficient of diffusion depends on the size and shape of the particle.10.扩散系数利用显微镜按微米大小的顺序观察微粒的布朗运动。
研究扩散系数是如何取决于微粒的大小和形状的。
Problem No. 11 “Candle Power Plant”Design a device that converts the heat of a candle flame into electrical energy. Investigate how different aspects of the device affect its efficiency.11.蜡烛发电厂设计一将蜡烛的火焰的热量转化成电能的装置。
调查装置的不同方面如何影响其效率。
Problem No. 12 “Cold balloon”As air escapes from an inflated rubber balloon, its surface becomes cooler to the touch. Investigate the parameters that affect this cooling. What is the temperature of various parts of the balloon as a function of relevant parameters?12.冷气球由于空气逃离橡胶气球，其表面触感变得冷。
研究影响降温的参量。
作为一个函数的相关参数，气球的不同部分温度是什么？Problem No. 13 “Rotating saddle”A ball is placed in the middle of a rotating saddle. Investigate its dynamics and explain the conditions under which the ball does not fall off the saddle.13.旋转的鞍一个球被放在旋转的鞍上。
从动力学的角度研究它，解释球不会从鞍上落下来的情形。
Problem No. 14 “Rubber motor”A twisted rubber band stores energy and can be used to power a model aircraft for example. Investigate the properties of such an energy source and how its power output changes with time.14.橡胶电机扭曲的橡皮筋存储着能量，例如可用于驱动飞机模型。
调查这样的能量来源的属性及其功率输出随时间的变化。
Problem No. 15 “Oil stars”If a thick layer of a viscous fluid (e.g. silicone oil) is vibrated vertically in a circular reservoir, symmetrical standing waves can be observed. How many lines of symmetry are there in such wave patterns? Investigate and explain the shape and behaviour of the patterns.15.油星星如果一层厚厚的粘性流体（如硅油）在一个圆形的水槽里上下振动，可以观察到对称驻波。
在这样的波图案中有多少条对称的线？研究并解释图案的形状和行为。
Problem No. 16 “Magnetic brakes”When a strong magnet falls down a non-ferromagnetic metal tube, it will experience a retarding force. Investigate the phenomenon.16.磁力刹车当一个强磁铁从非铁磁性金属管内降下来时，它会经历一个阻滞力，研究这个现象。