40届中学生物理竞赛复赛实验
第40届全国中学生物理竞赛决赛考试试题(实验)含答案
试题一液体粘滞系数（16分）（选择题中有多选题，多选少选不得分）粘滞性是流体内部阻碍各流体层之间相对滑动的特性，又称内摩擦。
液体内部以及液体与容器壁之间均存在粘滞力（又称内摩擦力），粘滞系数是表征流体内摩擦大小的物理量。
在工程机械、石油石化和医药等领域，常常需要对试样的粘滞系数进行准确测量。
对于粘滞系数较大且较透明的液体，常采用落球法测量其粘滞系数。
较深透明容器中盛有密度为ρL的均匀、静止的粘性液体，液面近似为无限宽广（忽略容器壁影响），密度为ρ、半径为r的均质小球以较慢的速度在该液体中下落（无转动），其受到的粘滞阻力F满足斯托克斯公式：F=6πηrν上式中ν为小球的运动速度，η即为该液体的粘滞系数。
1.1（2分）在液面处以静止状态释放小球，小球下落初段为变速运动，最终会趋于收尾速度ν0。
请推导小球下落过程速度ν(t)的表达式（含r，ρL，ρ,η，时间t，和重力加速度g）并给出收尾速度ν0的表达式（含r，ρL，ρ,η和重力加速度g）。
1.2（２分）测量小球沉降的收尾速度ν0，可以计算液体的粘滞系数。
实验中常采用测量小球近似匀速下落一段距离s需要的时间t来估算收尾速度。
常将下落速度达到0.99ν0后的运动认为是近似匀速下落。
若粘性液体密度ρL=0.97×103kg/m3，小球半径r=0.72 mm，小球密度ρ=8.91×103kg/m3，液体粘滞系数η约为0.50 Pa∙s，若小球浸没在液体中释放时L=0, 请估算小球下落速度为0.99ν0时的下落距离L。
1.3（3分）若用落球法测量甘油的粘滞系数时，测得小球的直径为d=(2.00±0.01) mm，小球的密度为ρ=...5×103kg⋅m−3，小球在甘油中近似匀速下落s=20.00cm的时间为t=(20.0±0.1) s，甘油的密度为ρL=1.26 g/mL，重力加速度为g=9..0 m/s²。
2023第40届全国中学生物理竞赛决赛实验标准答案
第40届全国中学生物理竞赛决赛实验考试标准答案得分阅卷复核第_题（16分）--------------------------------1.1（2分）速度V（t）的表达式：知）=2（"**°厂赢）（1分）收尾速度％的表达式：v0=2（p-y（i分）1.2（2分）估算小球下落速度为O.99v o时的下落距离&=0.000086m〜0.00017Im1.3（3分）粘滞系数的计算公式片史誓竺，（0.5分）粘滞系数〃=1.65P q・s。
（1分）粘滞系数7的不确定度计算公式：M="（琴）2+（¥）2或△!；=3-:撰侦.）2+曾（0.5分）粘滞系数"的不确定度计算结果：0.018或者0.02Pa・s。
（1分）。
1.4（1分）需要进行斯托克斯公式的1阶修正。
1.5（1分）会影响实验结果的准确性的选项是O1.6（2分）你从图中总结出的规律是：粘滞系数随温度升高而减小，室温下粘滞系数越大的液体随温度升高减小的更快，三种液体的粘滞系数大小关系始终不变，曲线没有交点。
（1分）微观解释：液体的粘滞力是相邻层间存在速度差时产生的一种内摩擦力。
温度升高时，液体中分子的热运动加剧，分子间的距离增大，分子间的吸引力减小，从而降低了液体内部的摩擦力。
因此，液体的粘滞系数随温度升高而降低，流动性增加。
（1分）1.7（2分）A=（2.0x10-6〜1.5x10-3）ntPa・s;（1分）B=o（1分）1.8（1分）说法正确的是：C,D o1.9（1分）小球的收尾速度"o=（0.16-0.21）m/s o1.10（1分）关于这个实验设计方案的哪些分析是不正确的：A,C得分阅卷复核2.1（2分）水的体膨胀系数的计算公式6=山（警）2.2 （2分）样品在4（FC时的些=（0.23-0.36）邺,（1分）0.19g/°C<碧<0.23g/°C或0.36g/°C<*<0.40g/°C（0.5分）体膨胀系数（4.63X IO"〜7.25 X10-4真」。
全国中学生物理竞赛复赛实验考查
全国中学生物理竞赛复赛实验考查THSS-1型声速测试仪，低频信号发生器（带频率显示），示波器。
三、实验原理： v f λ=1. 驻波法（共振干涉法）测波速当换能器S 1与S 2的表面平行时，由换能器S 1的震动产生的超声波在S 1、S 2两表面之间形成驻波，如图所示。
两相邻波节（或波腹）之间的距离是2λ。
由波动理论知，波腹处声压最大，转换后的电压信号也最强，在示波器上观察到的信号振幅达到极大。
移动S 2可在示波器上看到信号振幅由大到小呈周期性变化。
因此，只要测出两相邻极大值时S 2的位置值，就可测出声波的波长。
即： 12n n L L L λ+∆=-=，2L λ=∆2. 相位比较法测波速声波从声源经过传输媒质到达接收器，在发射波和接收波之间产生相位差，此相位差和角频率ω、传播时间t 、声速υ、距离L 、波长λ之间有下列关系： 22L L t f v πφωπλ∆===，1n n L L L λ+∆=-=，L λ=∆四、实验内容及步骤一、 驻波法（也称共振干涉法）1. 首先将信号源输出端与换能器发射头S 1连接，再将换能器接收头S 2与示波器CH1通道连接。
2. 然后移动S 2，使S 1与S 2的间距大于3cm 。
分别打开示波器和信号源电源开关3. 各仪器都正常工作以后，调整信号频率，对示波器的扫描时基TIME/DIV 进行调节，使在示波器上获得稳定的正弦波。
4. 微微改变S2的位置，使正弦波振幅达最大；调信号源“频率调节”钮，使正弦波振幅达到极大，此频率即是压电换能器的谐振频率。
本系统参考谐振频率在37kHZ左右。
一旦频率选定，实验测量中不再改变。
5. 缓慢移动S2，使其与S1的间距逐渐增大，荧光屏显示正弦波振幅由大到小呈周期性变化。
记录每一次振幅达极大值时S2的位置读数，连续测10个。
二、相位比较法（也称利萨如图形法、行波法）1. 保持驻波法测量状态不变，另将信号源输出端与示波器CH2通道连接，分别调节 CH1、CH2通道偏转因数，使荧光屏上显示幅度相同的两列正弦波。
第40届国际物理奥林匹克竞赛实验试题简介
第40届国际物理奥林匹克竞赛实验试题简介荀坤;王若鹏;陈晓林【摘要】第40届国际物理奥林匹克竞赛实验部分由利用刀片锐边的衍射测量激光波长和测量云母片的双折射量2个光学实验组成.本文较全面地介绍了试题内容和解答,并在必要时作了简短评论.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2010(030)001【总页数】8页(P20-27)【关键词】国际物理奥林匹克竞赛;激光波长;衍射;双折射;偏振【作者】荀坤;王若鹏;陈晓林【作者单位】北京大学,物理学院,北京,100871;北京大学,物理学院,北京,100871;北京大学,物理学院,北京,100871【正文语种】中文【中图分类】G632.4791 引言第40届国际物理奥林匹克竞赛于2009年7月12日至7月19日在墨西哥的梅里达市(Merida)举行.代表中国参赛的5名中学生全部都获得了金牌,其中,史寒朵同学还成为了国际物理奥林匹克竞赛史上第一个获得总分第一的女生,此外,她还获得了本届比赛的实验第一名奖和女生第一名奖.本届竞赛的实验部分由2道光学题组成,分别是利用刀片锐边的衍射测量激光波长和测量云母片的双折射量.2个实验使用了相同的激光光源和光学平台,学生可以自己选择做题的顺序.赛会统一提供计算器、透明胶带、粘贴纸、剪刀、三角尺、笔、纸和绘图纸等.试题有20多页,本文不得不对其中的知识介绍部分作较多删节,但会尽量完整地保留考试内容.由于篇幅限制,试题解答尽量采用赛会提供的标准答案.最后,简单分析中国考生的答题情况.2 试题概要2.1 实验装置除木制光学平台外,2个实验试题还要共用1台二极管激光器(包括激光器支架和电源)及1面可调节反射镜,它们的安装方式见图1.实验中用到的其他实验器材见图2. 实验A需用到的器材有:1)固定在方柱上的短焦会聚透镜(C);图1 激光器A和反射镜B的放置方式(矩形框表示木制光学平台,黑色圆斑表示定位孔)图2 实验器材2)安放在硬纸框内的刀片(D1),滑动导轨(D2),带滑槽的有机玻璃支架(D1,已装在D2上);3)带有游标尺(1/20 mm)的观察屏(E);4)放大镜(F);5)30 cm的直尺(G);6)游标卡尺(H);7)钢卷尺(I).实验B用到的器材有:1)2片装在幻灯片框内的偏振片,每个偏振片还配有1个有机玻璃座(J);2)装在塑料圆筒内的云母薄片(K);3)光探测装置,包括装在塑料盒中的光探测器、连接用导线、用于固定光探测器的泡沫套及1台用于测量光探测器输出电压的万用表(L).2.2 实验内容2.2.1 实验A内容按图1的指示,让激光束(A)经反射镜(B)反射后,再通过焦距为几cm的透镜(C).可将该透镜的后焦点看成点光源,从该点光源发出直接到达的球面波与经刀片锐边散射后再到达的柱面波会相互干涉,在屏上形成如图3所示的衍射图像.图3 观察屏上看到的典型衍射图按透镜后焦点与刀片的位置关系,可以有2种光路配置,分别见图4和图5.图4 配置Ⅰ,刀片在透镜的焦点之前图5 配置Ⅱ,刀片在透镜的焦点之后1)任务A 1 光路设计(1.0分)设计一套光路,以获得图3所示的干涉图像.要保证从焦点到屏的距离L0远大于焦距.a.在所给的光学平台图上绘出实验装置的草图,即在光学平台图上标出不同设备的“标记符”,还可以在此基础上加画一些简单内容以使设计更清楚.b.可以用1张白卡片来跟踪光束的路线,以帮助调节激光束的方向.c.在实验装置草图上示意绘出激光束的传播路线,给出测得的激光束相对光学平台的高度 h.请熟悉上述实验装置.在屏上应该能看到10来条竖直的线状条纹,请读出暗纹的位置(可以用放大镜更清楚地看到条纹的位置).观察条纹最好的位置是在被照射的屏(E)的背面.所以,屏上的标尺应该面向光学平台外侧.如果光路正确,只需简单滑动导轨(D2)使刀片(D1)前后移动,即可分别观察到配置Ⅰ和配置Ⅱ对应的2种衍射条纹花样.由前述图4和图5知,有5个基本长度.L0为从焦点到屏的距离;L b为从刀片到屏的距离(配置Ⅰ);L a为从刀片到屏的距离(配置Ⅱ);L R(n)为 n级暗纹的位置,配置Ⅰ;L L(n)为 n级暗纹的位置,配置Ⅱ.无论是配置 I还是配置Ⅱ,第一个暗纹都是最宽的,对应 n=0.实验装置必须满足:对配置Ⅰ,L R(n)≪L0,L b;对配置Ⅱ,L L(n)≪L0,L a.光波的干涉现象是由于同一点发出的光波的光程差造成的.根据相位差的不同,波可以相消(相消干涉)形成暗纹;波也可以相长(相长干涉)形成亮纹.详细分析这些波的干涉,可给出如下产生暗纹的条件.对配置Ⅰ:对配置Ⅱ:这里λ是激光束的波长,对配置Ⅰ和配置Ⅱ,光程差ΔⅠ和ΔⅡ分别为2)任务A 2 光程差的表达式(0.5分)假设式(3)和式(4)分别满足:L R(n)≪L0,L b和L L(n)≪L0,L a(需要确认装置是否确实满足这些条件),求出ΔⅠ(n)和ΔⅡ(n)的近似表达式,用 L0,L b,L a,L R(n)和 L L(n)表示.当 x≪1时,可以用(1+x)r≈1+rx这一近似公式.使用上述公式的实验困难是 L0,L R(n)和L L(n)不能精确测量.L0测不准的原因是不容易找到透镜焦点的位置;后2个量测不准的原因是它们的零点位置难以确定.为解决L R(n)和 L L(n)的测量困难,可以选择观察屏(标记符为 E)标尺的零点(0)作为测量所有条纹位置的参考零点.令 l0R和 l0L分别为定义L R(n)和L L(n)时所用的零点位置,此时,它们实际上是未知的.再令l R(n)和l L(n)为条纹到所选取的原点的距离.因此,应有:3)任务A 3 测量暗条纹的位置和刀片的位置(3.25分)a.对配置Ⅰ和配置Ⅱ,分别测量不同条纹编号 n下暗条纹的位置l R(n)和l L(n).将测量结果记入表1中.对每种配置,测量的条纹位置数要尽可能达到或超过8.b.报告测得的刀片位置L b和L a,并注明所用测量仪器.c.为分析简单和结果精确起见,不要由L b和L a计算得到 d=L b-L a,而是要直接测量,并要标明所用的测量仪器.4)任务A 4 数据分析处理(3.25分)完成前面测量后应该就已经可以得出 l0R和l0L,当然也包括波长λ的值.a.设计一个方案来得到这些值,并写出所需的表达式或方程.b.结果要包括误差分析.可以用表1,也可以用自己的表来给出结果,但要确保表中各栏名称能清楚反映其内容.c.用所给图纸选适当变量画图得到所需量.d.分别写出带不确定度的l0R和 l0L的值.5)任务A 5 计算λ(2分)写出λ值的计算结果,包括不确定度和得到它的过程.在计算λ时,凡出现 L b-L a之处,均可以用 d代替,并使用 d的测量值来作计算.2.2.2 实验B内容如云母一类的双折射晶体,其折射率与电场的方向也即光的偏振方向有关.对于传播方向与云母片表面垂直的光,云母薄片有2个相互垂直的特殊轴向,称之为轴1和轴2,见图6.图6 云母薄片的2个特殊轴向当入射光偏振方向与轴1或轴2平行时,云母分别相当于折射率为 n1或 n2的介质,经过云母片前后,光的偏振方向均不会发生改变.当入射光偏振方向与轴1夹角为θ时,可以将入射光视为沿轴1和轴2两个方向偏振的光的叠加.经过云母后的透射光可看作是2个分别沿轴1和轴2方向偏振但两者相位不同的偏振光的叠加.一般说来,透射光的偏振状态和入射光的偏振状态不再一样,还存在垂直于入射光偏振方向的偏振成分,见图7.图7 轴1与入射光偏振方向有夹角θ将偏振方向与入射光偏振方向平行和垂直的光强分别记作 I P和 I O.这2个光强的大小与夹角θ、波长λ、云母片厚度L及折射率差|n1-n2|有关.折射率差|n1-n2|被称为介质的双折射量,是本实验要测量的内容.需指出的是,光探测器测量的是照射到探测器上的光强,与光的偏振态无关.由于还与其他因素(如云母对光波的吸收)有关,I P(θ)和I O(θ)与夹角θ的关系复杂,可定义归一化光强:(θ)和(θ)与夹角θ有简单的近似关系 :这里相位差Δφ由下式给出,其中,L是云母片的厚度,λ是入射光的波长,|n1-n2|为双折射量.1)任务B1 设计一个测量 I P和 I O与夹角θ关系的装置.θ可以是与轴1和轴2中任意一个的夹角.用(+)标记起偏器的透振方向,分别用(+)和(-)来标记检偏器透振方向与起偏器平行和垂直.测量 I P和 I O的装置分别占0.5分.调整激光束,使其与光学平台平行,并通过装有云母片的圆筒的中心.可以用白色厚纸片来确定激光束的径迹,还可以通过调节反射镜来改变光束的走向.当有光照射到光探测器上时,会有电压输出,此电压与光强成正比,可以用万用表测量.虽然在没有激光入射到光探测器上的情况下,会有输出电压小于1 m V的背景光强,但在进行光强测量时不要作背景光强修正.2)任务B2 角度刻度的标定装载云母片的圆筒外壁标有等角度的分刻线.写出2条相邻刻线之间的角度间隔(用度表示).(0.25分)找到夹角θ等于0时的刻度位置对数据分析是十分重要的.最好先确定云母的一个光轴(轴1)与入射光偏振方向平行时的刻度位置(这一般不与任何刻线重合).选择最接近此位置的刻线作为夹角测量的临时原点,将相对于临时原点测得的角度记为¯θ,稍后,再用¯θ零点值来修正.3)任务B3 测量 I P和 I O对于你认为必要的若干¯θ取值,测量光强I P和I O.将测量结果填入表2中.应在同一云母片位置(即相同的取值)分别测量光强 I P和 I O.(3.0分)4)任务B4 确定的正确位置θ角的零点由轴1的位置定义.可采用作图的方法或数值计算的方法来确定.在极大值或极小值附近,光强曲线可用抛物线来近似:抛物线的极大值或极小值点由下式给出:由此可以确定.表2中的¯θ值需加上偏移量得到正确的θ值:θ=+写出偏移量的值,结果用度表达.(1.0分)5)任务B5 选择适当的变量选择(θ)或(θ)进行分析 ,以求得相位差Δφ的值,要求说明你所选择的变量.(0.5分) 6)任务B6 数据分析与相位差将数据分析所用变量的值填入表3中,要采用修正后的角度θ值并包含不确定量.在坐标纸上画出数据点.(1.0分)a.以获得相位差Δφ为目的,对上面的数据作统计分析,给出结果及结果的不确定度,并写出分析中所用到的方程或公式.将此处统计分析得到的结果,以直线的形式画在(已标有数据点的)坐标纸上.(1.75分)b.计算相位差Δφ及其不确定度的值,结果用弧度表示.在区间[0,π]确定相位差的值.(0.5分)7)任务B7 计算双折射量|n1-n2|注意到在相位差Δφ上增加2π的整数倍或改变Δφ的符号,都不会改变光强的大小,但双折射量|n1-n2|却会改变.所以在采用任务B6中得到的Δφ来计算双折射量|n1-n2|时须作如下处理:或这里L是云母片的厚度,其值可在装云母片的小圆筒上找到,单位为μm.L的不确定度可以取为1×10-6 m.这里的波长可采用试题A中测得的值,也可用红光区间620×10-9～750×10-9 m的平均值.写出L,λ和|n1-n2|的值及不确定度,并写出用于不确定度计算的公式.(1.0分)3 试题解答3.1 试题A解答1)按图8配置光路.调节反射镜倾角和透镜高度,保证激光光束始终与光学平台平行.短焦透镜C与观察屏间距离尽可能远,并能通过滑动导轨分别得到配置I和配置Ⅱ对应的2种衍射条纹花样.测量激光束距光学平台的高度,其值为h±Δh=(5.0±0.05)×10-2 m.图8 实验A的光路示意图2)对配置Ⅰ,有:由,有类似地,对配置Ⅱ,有:3)适当调节刀片位置,以使能在配置Ⅰ和配置Ⅱ情况下在屏上分别观察到相应的衍射图.测量暗纹的位置并记录于表1中.表中 x R=表1 衍射图样暗条纹的位置n (l R(n)±0.1)/(10-3m)(l L(n)±0.1)/(10-3m) x R x L 0 -7.5 1.1 0.791 0.9351 -10.1 3.7 1.275 1.369 2 -12.4 6.4 1.620 1.696 3 -14.0 8.2 1.903 1.968 4 -15.6 10.0 .151 2.208 5 -1 1.372 2.424 6 -1.574 2.622 7 -1 2.761 8 -2 2.937 9 -22.0 3.102 10 -23.0 3.260测量得到刀片位置:L b±ΔL b=(653±1)×10-3 m(用卷尺测);L a±ΔL a=(628±1)×10-3 m(用卷尺测);d=L b-L a=(24.6±0.1)×10-3 m(用游标卡尺测).4)用表1数据分别画出 l R-x R和 l L-x L关系图,并作线性拟合,如图9所示.图9 l R-x R和l L-x L关系图及线性拟合赛会提供的计算器并不具有线性拟合功能,试题还要求选手写出线性拟合以及各拟合量的误差分析公式,因篇幅所限,这里不再列出,读者可以从任何一本大学实验教材上查到.线性拟合得到的结果为:m R=(-6.35±0.07)mm,l0R=(-2.1±0.2)mm;mL=(6.8±0.2)mm,l0L=(-5.3±0.4)mm.5)对比式(1)和式(15)及式(2)和式(16)有:和注意到L0实际上是未知的,将其消去,可以得到:将各测量值代入式(19)得:λ的不确定度为注意到,根号内前3项远小于后2项,m2R≈m2L,且Δm L≈3Δm R,近似有 :3.2 试题B解答1)图10(a)和(b)分别为测量 I P和 I O的光路示意图,(a)与(b)的唯一差别是检偏器的透振方向分别与起偏器的透振方向平行和垂直.2)安放云母片的圆筒外壁上共有100条分刻线,故2条相邻刻线间的角度间隔为θint=3.6°.安放云母片的圆筒被嵌入密合的外套座内,转动圆筒就可以改变云母片光轴的取向.外套座上有一刻线,用于指示圆筒的相对角位置.按图10(b)安置光路,转动安有云母片的圆筒(K)使探测器(L)检测到的光强最弱.此时,云母片的一个光轴即与起偏器的透振方向一致.将此时最靠近外套座上刻线的圆筒上的刻度线作为临时角度零点,将圆筒相对此零点转过的角度记为¯θ.图10 测量 I P和 I O的光路示意图3)由式(8)和(9)知,只需在90°范围测量 I P和I O.因此,¯θ的取值范围-3.6°～93.6°,可以每3.6°取一点.在同一¯θ位置,改变检偏器的取向分别测量光强 I P和 I O,得到的结果记入表2中.表2 I P和 I O测量结果¯θ/(°)(I P±1)/(10-3 V)(I O±1)/(10-3 V)¯θ/(°)(IP±1)/(10-3 V)(I O±1)/(10-3 V)-3.6 46.4 1.1 50.4 4.5 38.7 0.0 48.1 0.2 54.06.9 36.6 3.6 47.0 0.6 57.6 10.3 33.6 7.2 46.0 2.0 61.2 14.7 29.4 10.8 42.3 4.9 64.8 20.1 24.7 14.4 38.29.0 68.4 25.4 19.7 18.0 33.9 12.5 72.0 30.5 14.7 21.6 27.7 17.9 75.6 36.6 10.2 25.2 23.4 22.0 79.2 40.7 6.1 28.8 17.8 27.0 82.8 44.3 3.2 32.4 12.5 31.7 86.4 46.9 1.0 36.0 8.8 34.8 90.0 47.8 0.2 39.6 5.2 38.0 93.6 47.0 0.4 43.2 3.6 39.4 97.2 45.7 2.0 46.8 3.2 39.64)¯θ零点的位置可以由表2中前3个数据点作数值求解的方法得到(用作图的方法也可以).光强曲线可用抛物线I)≈a++c来近似.将前3个数据点的值(x1,y1)=(-3.6,1.1),(x2,y2)=(0,0.2),(x3,y3)=(3.6,0.6)代入,可解得:a=0.05,b=-0.069.于是得到由知5)可选进行分析,以求得相位差Δφ的值.当然,这样的选择并不是唯一的,选¯I P(θ)也同样可以.由式(9)可知 ,若取与x间有直线关系:y=m x+b,且cosΔφ),由此可以求得Δφ.6)注意到θ从0到45°时,x=sin2(2θ)即可从0到1,可以只选表2中的12组数据来作分析,结果见表3.表3 y= ¯I O 与x=sin2(2θ)的关系θ/(°) x y 2.9 0.010 0.013 6.5 0.051 0.042 10.1 0.119 0.104 13.7 0.212 0.191 17.3 0.322 0.269 20.9 0.444 0.392 24.5 0.569 0.484 28.1 0.690 0.603 31.7 0.799 0.717 35.3 0.890 0.798 38.9 0.955 0.880 42.5 0.992 0.916首先,将表3中数据点画在图11中.然后,对 y=与x=sin2(2θ)作线性拟合,并将拟合得到的结果m±Δm=0.91±0.01和b±Δb=-0.010±0.008以直线形式表示在图11中.图11 y= ¯I O 与x=sin2(2θ)的关系由)可以解出:其中,计算Δ(Δφ)时用到即7)从安放云母片的圆筒的标签上读得云母片的厚度为:L±ΔL=(100±1)×10-6 m,由实验A测得的激光波长λ±Δλ=(646±39)×10-9 m.据此,求得云母片的双折射量为:估计|n1_-n2|的误差时用到了公式:和显然,λ对|n1-n2|误差的贡献远大于其他量,因此,在估计误差时可以仅仅考虑此项.4 分析总起来说,本次实验考试内容比较平常,没有超出学生的知识范围,也不需要独特的构思,但对学生实验素质的要求也还是较高和全面,考察了光路设计、光路调节、公式推导、测量读数和数据处理几方面的能力.和历次实验竞赛一样,所有同学都反映时间非常紧张.只有具有清晰的物理图像、良好的实验操作素养和扎实的实验数据处理基本功的同学才可能取得令人满意的成绩.由于针对近年来国际物理奥林匹克竞赛的特点,加强了基础,特别是误差分析方面的训练,中国队取得了很好的成绩.实验A 有2人得了满分,史寒朵同学更是以19.9分(满分为20分)的高分名列实验第一.但是,同学们的答卷也暴露了一些问题.在实验A中,有一位平时实验非常好的同学,在处理数据时被卡住了,丢了5.5分,还有一位同学没有考虑到L0实际上是测不到的(因为不知道透镜的焦距),也丢了一些分.在实验B中,由于时间紧,有一位同学没有做完,其他同学也只是勉强完成.当然,按这类竞赛的性质,本来就不应该有人能完满完成全部考试内容.参考文献:【相关文献】[1] 吕斯骅,段家忯.新编基础物理实验[M].北京:高等教育出版社,2006.[2] 马秀芳,沈元华.第八届亚洲物理奥林匹克竞赛中实验考题的分析[J].物理实验,2007,27(12):29-33.。
物理竞赛40届复赛普物
物理竞赛40届复赛普物一、引言。
物理竞赛可是一个充满挑战又超级有趣的领域。
今天咱们就一起来深入了解一下第40届物理竞赛复赛中的普通物理部分。
普通物理涉及的知识点那可不少，咱得好好梳理梳理，才能在竞赛中更有底气。
二、力学部分。
（一）运动学。
运动学主要就是研究物体怎么运动的。
比如说，一个小球从高处自由下落，它的速度会越来越快，这就是一种常见的运动情况。
在竞赛中，可能会让你计算小球在某个时刻的速度、下落的距离等等。
举个例子：一个小球从10米高的地方自由下落，不计空气阻力，求它落到地面时的速度。
根据自由落体运动的公式v^2=2gh（这里g是重力加速度，取10m/s^2，h是下落的高度），把数字带进去，v^2=2×10×10，算出v = 10√(2)m/s。
这就是利用运动学公式解决问题的一个简单案例。
（二）动力学。
动力学呢，就是研究物体运动和力的关系。
比如说，你推一个箱子，箱子就会动起来，这就是力让物体产生了运动。
在竞赛中，可能会有复杂的受力分析问题。
一个斜面上放着一个木块，斜面有一定的倾角。
这时候就要分析木块受到哪些力，有重力、斜面的支持力，可能还有摩擦力。
通过对这些力进行分析，再根据牛顿第二定律F = ma（F是合力，m是物体质量，a是加速度），就能求出木块的运动情况啦。
三、热学部分。
（一）温度与热量。
温度就是表示物体冷热程度的物理量，热量呢，就是在热传递过程中传递的内能。
比如说，冬天你用热水袋取暖，就是因为热水袋的温度比你的手高，热量从热水袋传递到了你的手上。
举个例子：把一杯热水和一杯冷水混合，热水会把热量传递给冷水，最后它们会达到一个相同的温度，这个过程中热量的传递遵循热平衡方程Q_吸=Q_放（Q_吸是吸收的热量，Q_放是放出的热量）。
（二）理想气体状态方程。
理想气体状态方程pV = nRT（p是气体压强，V是气体体积，n是物质的量，R是普适气体常量，T是热力学温度）在热学中可是很重要的哦。
全国中学生物理竞赛复赛实验考查
For personal use only in study and research; not forcommercial use全国中学生物理竞赛复赛实验考查实验三：测定金属的杨氏模量一、实验目的1. 掌握用拉伸法测定金属丝的杨氏模量；2. 学会用光杠杆测量长度的微小变化；3. 学会用逐差法处理数据。
二、实验仪器杨氏模量测量仪、光杠杆、镜尺组、钢卷尺、螺旋测微计、钢直尺、砝码 三、实验原理胡克定律指出，在弹性限度内，弹性体的应力和应变成正比。
设有一根长为L ，横截面积为S 的钢丝，在外力F 作用下伸长了L ∆，则LL E S F ∆= ；式中的比例系数E 称为杨氏模量，单位为N·m －2。
设实验中所用钢丝直径为d ，则241d s π=，将此公式代入上式整理以后得Ld FLE ∆=24π如上图所示：tan tan 2L nb D θθ∆∆==， ，因为0θ→，所以tan tan22θθθθ≈≈，即：2L n b D ∆∆=，所以：2b n L D ∆∆= 补充：统计误差（精度）；系统误差（准度）：测量值与真实值距离实验六：测量空气中的声速一、实验目的：1、了解超声压电换能器的结构和原理，进一步掌握信号源和示波器的使用；2、加深对驻波及波的振动合成理论的理解；3、学习用驻波法和相位比较法测试超声波在空气中的传播速度。
二、实验仪器：THSS-1型声速测试仪，低频信号发生器（带频率显示），示波器。
三、实验原理： v f λ=1. 驻波法（共振干涉法）测波速当换能器S 1与S 2的表面平行时，由换能器S 1的震动产生的超声波在S 1、S 2两表面之间形成驻波，如图所示。
两相邻波节（或波腹）之间的距离是2λ。
由波动理论知，波腹处声压最大，转换后的电压信号也最强，在示波器上观察到的信号振幅达到极大。
移动S 2可在示波器上看到信号振幅由大到小呈周期性变化。
因此，只要测出两相邻极大值时S 2的位置值，就可测出声波的波长。
第40届物理竞赛复赛题目
第40届物理竞赛复赛题目在第40届物理竞赛的复赛中，选手们面临了一系列有趣而具有挑战性的题目。
本文将就其中几道题目进行讨论，帮助读者理解解题思路和方法。
题目一：弹球碰撞题目描述：一个质量为m的小球以v0的速度竖直向上抛出，经过时间T后达到最高点，然后自由落体下落，下落过程中碰撞到一个与地面平行的刚性平板，平板的质量为M。
小球碰撞后以v的速度反弹回升，最后再次落到地面。
求小球在整个过程中与平板之间的冲量。
解题思路：首先，根据机械能守恒定律，小球在抛出和落地时的总机械能应该相等。
考虑到平板的质量M，我们需要将平板的质量也考虑进去。
小球在上升过程中，机械能由动能转化为势能，再在下落过程中由势能转化为动能。
由于弹性碰撞，小球与平板之间的冲量会改变小球的速度，所以需要计算出小球与平板碰撞后的速度v。
根据动量守恒定律，小球与平板碰撞前后的总动量守恒。
由于平板的质量较大，碰撞后的平板速度可忽略不计。
因此，小球碰撞后的速度v可以通过以下公式计算：v = (m * v0 + 2 * M * v0) / (m + M)冲量可以通过动量变化的大小计算。
由于小球碰撞前和碰撞后的速度方向相反，冲量的大小可以通过以下公式计算：I = m * (v - v0)其中，v为小球碰撞后的速度，v0为小球抛出时的速度。
题目二：光的偏振题目描述：一束经过偏振片的光线，其电场矢量的方向与光的传播方向垂直。
该光线经过一个偏振片后，光线的振动方向与光的传播方向之间的夹角为45°，经过第二个偏振片后，光线的振动方向与光的传播方向之间的夹角为30°。
求两个偏振片的光轴之间的夹角。
解题思路：光的偏振是指光的振动方向相对于光的传播方向的角度。
在该题中，假设光的传播方向为x轴方向，光线经过第一个偏振片后，光线的振动方向与光的传播方向之间的夹角为45°。
假设此时光线的振动方向与y轴正方向之间的夹角为θ1。
根据光的偏振特性，偏振片只能通过与其光轴方向垂直的光，即光的振动方向与偏振片的光轴方向之间的夹角应为90°的整数倍。
40届物理竞赛预赛讲解
40届物理竞赛预赛讲解《40届物理竞赛预赛讲解》篇一嘿，各位物理小天才或者正在努力成为物理小天才的小伙伴们！今天咱们就来唠唠这40届物理竞赛预赛。
我跟你们说啊，这物理竞赛预赛就像是一场神秘的探险之旅。
你站在起点的时候，看着那满纸的物理题，就感觉像是面对着一片未知的丛林，里面啥奇奇怪怪的“野兽”（难题）都可能冒出来。
我记得我第一次参加类似的物理竞赛预赛的时候，那心里就像揣了只小兔子，蹦跶个不停。
预赛的题啊，那真是五花八门。
就像一个大杂烩，力学、电学、热学啥都有。
比如说那力学题，有时候就像一个狡猾的小狐狸，看似简单，等你一伸手去抓它，就发现它还有好多隐藏的陷阱。
我曾经就遇到一道力学题，看起来就是一个普通的物体受力分析，我还暗自窃喜呢，觉得这题肯定手到擒来。
结果做到一半，发现自己掉进了一个大坑，原来是忽略了一个摩擦力的方向，就这么一个小细节，差点让我全军覆没。
这就好比你爬山，都快到山顶了，突然发现脚下一滑，又得重新开始往上爬。
那电学题呢，又像是一团乱麻。
各种电路元件，电阻、电容、电感啥的，就像一群调皮的小鬼，在电路里窜来窜去。
你得像个超级侦探一样，把它们之间的关系都理清楚。
有时候可能还得用到一些“神奇的魔法”（特殊的解题技巧），比如说等效电路的画法。
我有个同学，他在做电学题的时候就特别厉害。
他说他每次看到那些复杂的电路，就想象自己是个电路魔法师，挥一挥魔法棒，就能把电路变得简单明了。
不过我觉得这可能有点夸张啦，但不得不说，这种独特的解题思路还是很厉害的。
热学题呢，有时候感觉就像一个慢腾腾的乌龟。
它没有力学题那么刺激，也没有电学题那么复杂，但要是你小瞧它，它也会给你个下马威。
热学题经常会涉及到一些很细致的概念，像什么热传递的方式啦，理想气体状态方程的各种变形啦。
就像你要照顾一个很娇弱的小宠物，得小心翼翼的。
在预赛里，时间就像是一个无情的监工。
你在那拼命地解题，它却在旁边滴答滴答地走着，一点都不等人。
我经常是做到后面，就感觉时间不够用了，那时候就像热锅上的蚂蚁，急得团团转。
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40届中学生物理竞赛复赛实验
本文介绍了40届中学生物理竞赛复赛实验的内容和结果。
该实验旨在考察学生对物理知识的理解和实验操作的能力。
实验要求学生使用给定的实验装置和材料，进行一系列物理量的测量。
这些物理量包括：质量、长度、时间、电压等。
实验装置包括天平、尺子、秒表、电压表等。
学生需要根据给定的实验步骤，准确地操作这些装置，进行测量并记录数据。
在测量过程中，学生需要注意实验环境的影响，如温度、湿度等。
他们需要通过合理的控制变量的方法，减小这些因素对实验结果的影响，确保实验结果的准确性和可靠性。
实验的目的是通过测量和实验数据的分析，验证一些物理定律和规律。
例如，测量物体的质量可以用来验证质量守恒定律；测量物体的长度可以用来验证线性规律；测量电压可以用来验证欧姆定律等。
实验结果的处理和分析是实验的重要部分。
学生需要使用适当的统计方法，对实验数据进行处理和分析，得出结论。
他们还需要根据实验结果，对实验过程中可能存在的误差进行分析和讨论，提出改进措施。
在实验报告中，学生需要清晰地描述实验过程和结果。
他们可以使用恰当的段落和标题，使文章结构清晰，易于阅读。
实验报告的格
式应规范整洁，包括标题、摘要、引言、实验步骤、实验结果、结论等部分。
实验的复赛要求学生在实验的基础上，提出自己的问题或改进方案，并进行实验验证。
这要求学生具备创新思维和实验设计的能力。
他们需要针对实验结果中存在的问题或不足，提出合理的解决方案，并进行实验验证。
实验验证的结果将作为评判学生实验能力的重要依据。
40届中学生物理竞赛复赛实验是一个综合性的实验，要求学生具备物理知识的理解和实验操作的能力。
通过实验的设计和实施，学生不仅可以加深对物理知识的理解，还可以培养实验操作、数据处理和问题解决的能力。
该实验对学生的物理素养和科学素养的培养具有重要意义。