国际奥林匹克物理竞赛题分析.ppt

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1、国际奥林匹克物理竞赛题的分析提纲1。三年6届题型分析2。三个不同层次难度理论题3。典型实验题一、三年6届题型分析奥林匹克物理竞赛中亚洲赛和国际赛大纲基本相同，出现形式相同，难度也基本相同，因此作为相同样本处理分析。这样三年6届共有18道理论题8道实验题。理论题内容为2004年亚赛：1。飞船中的失重问题2。光纤中光束传播问题3。两种气体系统的压缩和膨胀2004年国际奥赛题1。乒乓电阻2。升空的气球3。原子探针显微镜2005年亚赛题1。气缸里的弹簧活塞与秋千问题2。磁聚焦3。运动平面镜的光反射2005年国际奥赛题1。失足的卫星2。电学量的绝对测量（欧姆的确定，安培的确定）3。重力场中

2、的中子2006年亚赛题1。理论题由四部分构成平板电容器中电场电势问题密封容器中活塞运动过程中热学问题马里亚纳群岛海谷中重力与压力问题光学系统的光焦度2。滑动摩擦下的谐振子与相图3。原子的激光冷却2006年国际竞赛题1。中子干涉仪中的重力2。观察运动的细棒3。有5个部分组成数码相机中的分辩本领煮鸡蛋需要的热量闪电的能量利用毛细管中的血液流动中的力学问题摩天大厦中的压力和温度问题霍耳效应和磁电阻效应（2004亚赛）电学黑盒子（2004亚赛）力学黑匣子（2004奥赛）用反射方法间接测量物体形状（2005亚赛）斜面上的磁刹车问题（2005亚赛）用白炽灯测量普朗克常数（2005奥赛）在45℃

3、—65℃范围内测量铝的比热（2006亚赛）液氮的汽化热的测量（2006亚赛）用微波进行光学实验（测波长，折射率，受限全反射，晶格周期）（2006奥赛）实验题从理论和实验考试内容的构成上看力学占20％电学占23％光学占22％热学占18％近代物理占17％从百分比比看，五科差不多，但由于实验中近代物理实验没有，所以近代物理在理论考试中占近30％。题目来源常规题占40％，如乒乓电阻，电学黑匣子等与日常生活密切相关现象方面40％，如秋千中的能量问题，磁刹车问题。科研成果转化20％，如原子的激光冷却，重力场中的中子。题目的难度通常分三个层次第一层次：一半选手能做，金牌一般是满分。第二层次：一半

4、选手能做50％，金牌一般能得分80％以上第三层次：题型比较新，金牌能完成部分内容大约50％2。三个不同层次难度理论题考虑重力的中子干涉仪基本题－2006年国际奥赛题aaaa2q2qBSBSMMBS–分束板M–反射镜INOUT2OUT1物理描述考虑Collela,OverhauserandWerner著名的中子干涉仪实验,在干涉仪中,我们将假设分束板和反射镜是理想的,实验研究重力场对中子德布罗意波影响.干涉仪中采用与光学类似的符号如图1a.中子从入口IN进入干涉仪,沿图示的两条路径到达两个输出端口，在输出端口OUT1和OUT2检测,两条路经形成一个菱形，其面积一般为数个平方厘米（cm

5、2）。。OUT1INOUT2中子的德布罗意波（波长约为10−10m）产生干涉，当干涉仪水平放置时，所有中子都从输出端口out1输出。但如果将干涉仪以中子入射方向为轴旋转角，则可以观察到依赖于的中子输出量在out1与out2两个端口之间的再分配。几何描述当f=0时，干涉仪的平面是水平的；而当f=90时，该平面是竖直的，且两个输出端口皆在旋转轴的上方。问题1.1(1.0)求两条路径所形成的菱形的面积。1.2(1.0)以旋转轴所在的水平面为基准，求输出端口out1的高度。将与的答案用a,q,f来表示。光程光程Nopt（为一个数）是几何路径长度（距离）与波长的比值。但如果l的值不是常

6、数、而是沿着路径变化，则Nopt可通过求1/l沿着路径的积分得到。1.3(3.0)当干涉仪被旋转了角后，求两条路径之间的光程差Nopt。将答案用以下物理量来表示：a,q,f，中子质量M，入射中子的德布罗意波长l0，重力加速度g，以及普朗克常数h。1.4(1.0)引进体积参数并将Nopt用A，V，l0，f来表示。已知M=1.675×10−27kgg=9.800ms−2，h=6.626×10−34Js，求V的值。1.5(2.0)如果把从强度相长到相消又回到相长作为一个循环，问当f=-90的值由增加到f=90时，输出端口out1共经历了多少个完整的循环？实验数据在一次实验中，干涉

7、仪的参数选为a=3.600cm及q=22.10°，结果观察到19.00个完整的循环。1.6(1.0)问在这次实验中的l0值为多少？1.7(1.0)如果在另一次类似的实验中观察到了30.00个完整的循环，而入射中子的l0=0.2000nm，求A的值为多少？解答1.1从图可知1.2OUT1相对IN的高度菱形的边长为菱形面积为平行线的距离为aaaa2q2qBSBSMMBS–分束板M–反射镜INOUT2OUT11.3根据给定光程的定义两斜边光程相同.OUT1INOUT2由于