全国中学生物理竞赛及实验课件.ppt

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1、阅读谁动了我的奶酪有感阅读谁动了我的奶酪有感600字字书犹药也书犹药也,善读之可以医愚。以下是善读之可以医愚。以下是XX为大家精心整理的为大家精心整理的,欢迎大家阅读欢迎大家阅读,供您参考。供您参考。前几天前几天,我得到了一本红色封面的图画书我得到了一本红色封面的图画书:谁动了我的奶酪图片中有两只穿着谁动了我的奶酪图片中有两只穿着运动鞋的小老鼠运动鞋的小老鼠,它们的衬衫分别是不同的颜色它们的衬衫分别是不同的颜色,两只大眼睛让读者们一下就认识了两只大眼睛让读者们一下就认识了这两位敏捷的小老鼠这两位敏捷的小老鼠,它们是这本书的主人公之一它们是这本书的主人公之一:嗅嗅和匆匆。嗅嗅是一只小灰嗅嗅和匆匆

2、。嗅嗅是一只小灰鼠鼠,身穿紫色衬衫。它的尖鼻可以敏捷地嗅出奶酪的味道从而帮助大家找到路线身穿紫色衬衫。它的尖鼻可以敏捷地嗅出奶酪的味道从而帮助大家找到路线,它它自己还可以用鼻子发现奶酪的变化自己还可以用鼻子发现奶酪的变化,比如奶酪变质等等。还有一位是匆匆比如奶酪变质等等。还有一位是匆匆,它能迅速它能迅速开始行动开始行动,而且它是一只橙色的小老鼠而且它是一只橙色的小老鼠,身穿紫色衬衫身穿紫色衬衫,有一双黑色运动鞋。有一双黑色运动鞋。另外另外,还有两位主人公还有两位主人公,他们都是小矮人他们都是小矮人,而且体形同老鼠一模一样而且体形同老鼠一模一样,他们是他们是:哼哼和唧哼哼和唧唧。哼哼经常头上戴着

3、一顶高高的睡帽。穿着深绿色的衬衫唧。哼哼经常头上戴着一顶高高的睡帽。穿着深绿色的衬衫,他因为害怕变化而否他因为害怕变化而否认和拒绝变化认和拒绝变化,从而使事情变得很糟糕。还有唧唧从而使事情变得很糟糕。还有唧唧,当他认识到变化可以让事情变得当他认识到变化可以让事情变得更美好的时候更美好的时候,就可以及时调整心态去适应状态。就可以及时调整心态去适应状态。虽然他们性格都不一样虽然他们性格都不一样,但他们都有一个共同的目标但他们都有一个共同的目标:在迷宫中找到我们自己的路在迷宫中找到我们自己的路,在变化的时代获得成功。这本精彩的寓言书是由美国的斯宾塞在变化的时代获得成功。这本精彩的寓言书是由美国的斯宾

4、塞约翰逊教授笔下写约翰逊教授笔下写出。翻出。翻译者则是吴立俊和罗琳。译者则是吴立俊和罗琳。知知 识、兴识、兴 趣趣 与与 竞竞 赛赛 南京大学物理系南京大学物理系 周进周进漫漫 谈谈 中中 学学 生生 物物 理理 竞竞 赛和实验赛和实验 1.1.全国高中数学联赛全国高中数学联赛2.2.全国中学生物理竞赛全国中学生物理竞赛3.3.中国化学奥林匹克中国化学奥林匹克4.4.全国青少年信息学奥林匹克联赛全国青少年信息学奥林匹克联赛5.5.全国中学生生物学联赛全国中学生生物学联赛 国际数学奥林匹克竞赛 1956年 罗马尼亚国际物理奥林匹克竞赛 1967年 波兰国际化学奥林匹克竞赛 1968年 捷克斯洛伐

5、克国际信息学奥林匹克竞赛 1989年 保加利亚，国际生物奥林匹克竞赛 1989年 捷克斯洛伐克江苏省五大学科竞赛江苏省五大学科竞赛 主办单位分别是：1.江苏省数学会：数学竞赛。2.江苏省物理学会：物理学竞赛。3.江苏省化学化工学会：化学竞赛。4.江苏省青少年科技中心：信息学竞赛。5.江苏省青少年科技中心：生物学竞赛 南京大学生命科学学院：1.1.全国中学生物理竞赛基本情况和要求全国中学生物理竞赛基本情况和要求2.2.竞赛试题特点竞赛试题特点3.3.实验的基本要求和案例实验的基本要求和案例4.4.江苏省中学生物理学术创新竞赛JSYPT介绍19841984年中国举办第一届物理竞赛，命名为：年中国举

6、办第一届物理竞赛，命名为：“全国中学生物理竞赛全国中学生物理竞赛”，对外称中国物理奥林匹克，对外称中国物理奥林匹克 主管：主管：中国科学技术协会中国科学技术协会 主办：主办：中国物理学会中国物理学会 批准：批准：国家教育部国家教育部1.全国中学生物理竞赛基本情况和要求全国中学生物理竞赛基本情况和要求全国决赛设奖：全国决赛设奖：一等奖一等奖100100名名(决赛人数的决赛人数的1 16 6)（全国前（全国前5050名保送无需高考名保送无需高考 ）二等奖二等奖140140名名(决赛人数的决赛人数的1 13 3)（一般前（一般前7070名左右清华北大一本线）名左右清华北大一本线）三等奖三等奖1401

7、40名名特别奖：特别奖：总分第一总分第一、理论成绩第一、理论成绩第一、实验成绩第实验成绩第 一一、女生第一、女生第一复赛设奖：复赛设奖：省队省队1414名左右名左右 赛区一等奖（国赛区一等奖（国1 1）（原来保送江苏）（原来保送江苏6060名名 左右）左右）20162016年年 8383人人 江苏省赛区一、二、三等奖江苏省赛区一、二、三等奖初赛初赛 入围复赛入围复赛预赛预赛各市教研室和市物理学会组织赛事各市教研室和市物理学会组织赛事预赛时间：预赛时间：9 9月上旬月上旬试卷形式：类似高考试卷试卷形式：类似高考试卷试卷内容：高于高考内容试卷内容：高于高考内容试卷总分：试卷总分：200200分分考

8、试时间：考试时间：3 3小时小时江苏参赛学生数：江苏参赛学生数：逐年增加逐年增加 今年今年 近近1010万人万人复赛复赛(理论考试和实验考试理论考试和实验考试)省物理学会物理竞赛委员会组织赛事省物理学会物理竞赛委员会组织赛事复赛时间：复赛时间：9 9月中旬月中旬 地点：南京地点：南京复赛理论考试复赛理论考试试卷形式：试卷形式：7878道题道题，主要是计算题，主要是计算题试卷内容：高于预赛内容试卷内容：高于预赛内容 接近大学物理水平接近大学物理水平试卷总分：试卷总分：320320分分考试时间：考试时间：3 3小时小时江苏复赛人数：预赛学生数的江苏复赛人数：预赛学生数的5%5%左右左右(约约500

9、05000人左右人左右)复赛实验考试复赛实验考试实验分成两类，前实验分成两类，前100100名考试，选省队和国家赛区一名考试，选省队和国家赛区一等奖证书。等奖证书。实验考试内容：通常实验考试内容：通常2 2道实验题道实验题范围：基本是公布的范围：基本是公布的2020个实验个实验实验考试总分：实验考试总分：8080分分实验考试时间：实验考试时间：3 3小时小时复赛实验考核复赛实验考核 获得一等奖必须通过实验考核。获得一等奖必须通过实验考核。考核一个实验考核一个实验 时间时间8080分钟分钟 分通过和不通过。分通过和不通过。决赛决赛全国中学生物理竞赛委员会组织赛事全国中学生物理竞赛委员会组织赛事决

10、赛时间：决赛时间：1010月底、月底、1111月初月初理论试卷形式：理论试卷形式：7878道题，主要是计算题道题，主要是计算题试卷内容：高于复赛内容试卷内容：高于复赛内容试卷总分：试卷总分：280280分分考试时间：考试时间：3 3小时小时实验考试：通常做实验考试：通常做2 2个实验个实验 3 3小时小时 没有范围没有范围试卷总分：试卷总分：120120分分江苏参赛人数：江苏参赛人数：1313人左右人左右(2 0162 016年：全国参赛人数年：全国参赛人数380380名）名）大纲仅起参考作用大纲仅起参考作用,实际出题往往超纲实际出题往往超纲,复赛与决赛中更为常见复赛与决赛中更为常见竞赛的大纲

11、的变化竞赛的大纲的变化 2013 年已实施(2011 年修订)的大纲.2016 年实施(2015 年修订)的新大纲2.竞赛试题特点竞赛试题特点新大纲的基本特征:(i)新增了几个专题新增了几个专题(模块模块)如刚体力学,麦克斯韦速率分布,熵的数学表示与熵增原理,电介质,衍射等;(ii)概念概念,原理和定律的深度原理和定律的深度,广度和应用得到加强广度和应用得到加强 如自然坐标系,质心参考系以及相关运动定理,变质量体系 的运动,麦克斯韦速率分布,多方过程及应用,高斯定理及其在对称带电体系中的应用等;(iii)新增了一些处理问题的方法新增了一些处理问题的方法 如虚功原理,静电镜像法,交流电的矢量和复

12、数表述等.1.扩大了出题的范围、类型扩大了出题的范围、类型,为增强题目的深度、广度、灵活为增强题目的深度、广度、灵活应用性和综合性等提供了依据和条件应用性和综合性等提供了依据和条件.2.新大纲中对知识的完整性和系统性的理解、掌握和应用要新大纲中对知识的完整性和系统性的理解、掌握和应用要求更高求更高,不是仅仅学习相关知识点即可不是仅仅学习相关知识点即可.3.根据新大纲以及近几年出题的实际情况分析根据新大纲以及近几年出题的实际情况分析,试题所涉内容试题所涉内容已覆盖大学基础物理并涉及部分理论物理基本内容已覆盖大学基础物理并涉及部分理论物理基本内容(如虚功原如虚功原理和镜像法理和镜像法).4.新大纲

13、中对复赛和决赛中定量计算能力的考查均有更高要新大纲中对复赛和决赛中定量计算能力的考查均有更高要求求.知识面宽、难度大，综合性强；知识面宽、难度大，综合性强；对数学知识要求高；对数学知识要求高；涉及的物理过程复杂，涉及的物理过程复杂，涉及现代科学技术知识；涉及现代科学技术知识；要求良好的物理实验能力。要求良好的物理实验能力。题型：题型：选择题、填充题、计算题选择题、填充题、计算题物理包含力学 电学 光学 热学和近代物理2014年：力学 35%电学 30%光学13%热学10%近代物理12%2012年：力学 40%电学 40%光学10%热学10%近代物理12%2008年：力学 30%电学 30%光学

14、13%热学13%近代物理13%2002年：力学 29%电学 35%光学12%热学12%近代物理12%复赛中考试的分值点（参考）：理论满分：160分 省队 理论分大约在130分左右 80%国 1 理论分大约在90分左右 60%省 1 理论分大约在 50分左右 40%省 2 理论分大约在 30分左右 20%实验考试：40分 省队 35分左右 国1 25分左右 我国曾派一个教育访问团去美国考察初等教育：上世纪70年代末一次考察 学生无论品德优劣，能力高低，无不趾高气扬，踌躇满学生无论品德优劣，能力高低，无不趾高气扬，踌躇满志，大有志，大有“我因我之为我而不同凡响我因我之为我而不同凡响”的意味。小学二

15、年极的意味。小学二年极的学生，大字不识一斗，加减乘除还得掰手指头，就整天奢的学生，大字不识一斗，加减乘除还得掰手指头，就整天奢谈发明创造，在他们手里，把地球调个头，好像都易如反掌谈发明创造，在他们手里，把地球调个头，好像都易如反掌似的。重音体美，轻数理化。无论是公立还是私立学校，音似的。重音体美，轻数理化。无论是公立还是私立学校，音体美活动无不如火如荼，而数理化则乏人问津。体美活动无不如火如荼，而数理化则乏人问津。结论是美国的基础教育巳病入膏肓。可以预言，再过结论是美国的基础教育巳病入膏肓。可以预言，再过20年，中年，中国的科技和文化必将赶上并超过这个所谓的国的科技和文化必将赶上并超过这个所谓

16、的“超级大国超级大国”。18 同一年，作为互访，美国也派出了教育考察团，他们也写了一份报告，中国的孩子是世界上最勤奋的，是起的最早睡得最晚的。学习成绩和世界上任何一个国家同年纪的学生相比都是最好的。可以预测，再用20年的时间，中国在科技和文化方面，必将把美国远远的甩在后面。然而，几十多年过去了，美国的共培育了几十位诺贝尔奖获得者和几百位位知识型亿万富翁。而我们却没有预想的那么好。在这份考察报告中双方都看到是 科学知识、基础 忽视是 兴趣、想象和能力 这些是创新中至关重要的因素这些是创新中至关重要的因素。爱因斯坦说：爱因斯坦说：“想象力比知识更重要，因想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象

17、力概括着世界的为知识是有限的，而想象力概括着世界的一切，推动着进步，并且是知识进化的源一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。泉。”Imagination is more important than knowledge.-Albert Einstein20物理学中实验与理论物理学中实验与理论 理论依赖于实验，再好的理论没有实验证明都是无效的。理论依赖于实验，再好的理论没有实验证明都是无效的。理理论论永永远远推推翻翻不不了了实实验验，但但实实验验可可以以推推翻翻理理论论。当当实实验验把把理理论论推推翻翻了了之之后后，可可以以寻寻找找新新的的理理论论。任任何何物物理理理理论论总总是是临临时时性的

18、：你永远不可能证明它。性的：你永远不可能证明它。不不管管多多少少回回实实验验的的结结果果和和某某一一理理论论相相一一致致，你你永永远远不不可可能能断断定定下下一一次次结结果果不不会会和和它它矛矛盾盾。另另一一方方面面，哪哪怕怕你你只只要要找找到到一一个和理论预言不一致的观测事实，即可证伪之。个和理论预言不一致的观测事实，即可证伪之。理理论论是是认认识识事事物物的的依依据据，实实验验是是事事实实。所所以以实实验验在在物物理理研研究中具有突出地位。究中具有突出地位。21 近近3030年年的的诺诺奖奖中中。理理论论占占30%30%，实实验验70%70%，理理论论家家占占28%28%，实验家占，实验家

19、占72%72%。但但物物理理学学的的理理论论只只有有在在实实验验上上得得到到验验证证的的才才能能真真正正成为真理。成为真理。历历史史上上许许多多理理论论消消声声匿匿迹迹了了，因因为为得得不不到到实实验验的的证证明或违背实验。（如以太假论）明或违背实验。（如以太假论）22 19561956年年，李李政政道道和和杨杨振振宁宁提提出出弱弱作作用用中中宇宇称称可可能能不不守守恒恒。大大多数人是不相信。多数人是不相信。PauliPauli曾说：曾说：“上帝不是弱的左撇子上帝不是弱的左撇子”。吴吴健健雄雄认认为为宇宇称称守守恒恒即即使使不不被被推推翻翻，也也应应被被测测试试。她她和和美美国国国国家家标标准

20、准局局的的学学者者合合作作，经经过过约约半半年年的的努努力力，19571957年年1 1月月9 9日凌晨日凌晨2 2点吴健雄向公众宣告宇称守恒定律被推翻。点吴健雄向公众宣告宇称守恒定律被推翻。19571957年杨李获得诺贝尔奖年杨李获得诺贝尔奖23霍金关于黑洞的理论霍金关于黑洞的理论上上个个世世纪纪7070年年代代初初，霍霍金金提提出出了了一一个个理理论论，即即黑黑洞洞能能够够发发出出放放射射物物。这这一一理理论论在在当当时时引引起起极极大大的的争争议议，多多数数科科学学家家认认为为黑黑洞洞拥拥有有非非常常强强大大的的引引力力场场以以致致没没有有东东西西能能够够逃逃离离它它们们。其其后后，Ha

21、wkinHawkin的假说赢得了广泛认同，但未能证实。的假说赢得了广泛认同，但未能证实。而诺贝尔物理学奖只有实验证明一种新现象的前提下才会授予。而诺贝尔物理学奖只有实验证明一种新现象的前提下才会授予。CERN的大型强子对撞机（的大型强子对撞机（LHC）可能会证实）可能会证实Hawkin的预的预言。剑桥大学的言。剑桥大学的Ben Allanach博士说：博士说：“如果如果LHC证实了霍证实了霍金辐射的存在，获得诺贝尔奖就不是什么难事了。金辐射的存在，获得诺贝尔奖就不是什么难事了。”24物理实验培养学生物理实验培养学生4 4个能力：个能力：独立实验的能力独立实验的能力 分析与研究的能力分析与研究的

22、能力 理论联系实际的能力理论联系实际的能力 创新能力创新能力 除实验能力的培养还能激发除实验能力的培养还能激发好奇心、好奇心、想象力和质想象力和质精神。精神。物理学是一门实验科学。0.0.实验误差实验误差1.1.单摆测量重力加速度单摆测量重力加速度 2.2.杨氏模量杨氏模量3.3.表面张力系数表面张力系数 4.4.测定液体比热测定液体比热 5.5.冰的溶解热冰的溶解热 6 6物体冷却规律研究物体冷却规律研究 7.7.霍耳效应的研究霍耳效应的研究8.8.测量空气中的声速测量空气中的声速 9.9.二极管的伏安特性二极管的伏安特性1010直流电桥。直流电桥。11.11.电表的改装电表的改装12.12

23、.示波器示波器 13.13.电学黑盒子电学黑盒子14.14.测量地磁场测量地磁场 15.15.分光计测三棱镜折射率分光计测三棱镜折射率16.16.牛顿环牛顿环17.17.基点的测量基点的测量18.18.光电效应光电效应19.19.测量凹透镜的曲率半径测量凹透镜的曲率半径20.20.单逢衍射单逢衍射考试和考核的实验项目考试和考核的实验项目案例案例1 1 实验用单摆测量本地重力加速度实验用单摆测量本地重力加速度一、实验器材带游标高度可变的支架（乔里氏秤支架）、细线、摆锥、秒表、直角坐标纸、胶带、剪刀等。二、实验要求1写出实验原理及相应公式;2简述主要实验步骤;3.记录数据，用作图法求出本地重力加速

24、度；物理实验考核和考试案例T=4(L0+x)/g)221.拉开单摆摆锥 摆动角度小于5度 每次测量20个周期时间t，测量3次取平均t。2.假设开始时绳长为L0，每次增加X,取5个不同的单摆长度，进行测量。X(cm)0.08.016.024.032.0t20TT2小磁针可以绕悬线C自由摆动，当它与B夹角为时，受到的磁力矩 Bsin，B，因为力矩等于转动惯量乘以角加速度。有（2）即 考试案例：考试案例：磁针摆动周期与磁场关系 ,B地eBeki 式中M是磁针的磁矩，I是转动惯量。是磁针所在处磁场的水平分量。通过电流i 的亥姆霍兹线圈磁场为 .其中线圈半径R=10.0cm,匝数N=650，m0=4*1

25、0-7 H/m.实验仪器与元件：亥姆霍兹线圈（未连接），小磁针，直流电源，电流表，换向开关，滑线变阻器，秒表，导线若干，坐标纸要求：1画出实验线路图 2写出实验中关键步骤 3如何判定亥姆霍兹两线圈正确连接 4测量磁针所在处局域磁场水平方向分量2写出实验中关键步骤调节待测磁场与线圈轴线方向确定两线圈的连接方向正确确定电流的正负 1画出实验线路图3测量电流与周期的关系4作图（考虑实验的线性性和交点准确）1/T=a(B地 ki)计算结果i0=5.30mA5B/=3.20*10-5T2i(mA)+3.00+2.00+1.000.00-1.00-2.00(s)0.4750.5050.5350.6030.

26、6820.7661/T2(s-2)4.433.923.512.752.151.70i(mA)-3.00-4.00-7.00-8.00-9.00-10.00(s)0.9321.300.9160.7610.6700.6041/T2(s-2)1.150.5901.191.732.232.74 测普朗克常数h典型物理实验题欣赏2005年国际奥赛题年国际奥赛题 普朗克于普朗克于19001900年提出光是以能量量子年提出光是以能量量子hv hv 的形式从物体的形式从物体中放出的假设。在中放出的假设。在19051905年，爱因斯坦发展了这个假说，认年，爱因斯坦发展了这个假说，认为能量量子一旦被放出，就会变成

27、一颗不变的光量子为能量量子一旦被放出，就会变成一颗不变的光量子(后来后来这量子被称作光子这量子被称作光子)。常见的光就是由大量的光子聚在波前处形成的。虽常见的光就是由大量的光子聚在波前处形成的。虽然它们如物体中的原子般隐藏在光波中，但普朗克常数然它们如物体中的原子般隐藏在光波中，但普朗克常数 h h 揭露了它们的存在。揭露了它们的存在。物体会在发出辐射的同时，吸收外界的辐射。黑体就是能完全吸收所有波长辐射的物体，同时它也是完全的辐射体。对电磁波来说，黑体是完全吸收，没有反射，完全辐射的物体。真实物体不是“全黑”的；一个物体与相同温度的黑体的辐射功率比就是该物体的发射率 ，通常 与波长有关。普朗

28、克发现在绝对温度为T的物体辐射的波长为 的电磁波的功率密度为热辐射与波长的关系热辐射与波长的关系 :发射率(=1黑体)C1,C2:常数常数 考虑考虑 值小时，即在图左方离极大值很远的位置，可以值小时，即在图左方离极大值很远的位置，可以忽略忽略(1)式分母的式分母的-1 项，方程（项，方程（1）可简化成）可简化成本题要求从实验确定本题要求从实验确定c2，它正比于普朗克常数，它正比于普朗克常数 h。(1)实验装置PlatformPotentiometerBatteryLampAVLDRCoverRulerSolution filterHolderGrey filterVoltmeterAmmete

29、rOhmeter仪器：仪器：平台平台光敏电阻、试管光敏电阻、试管及及12V 12V 电灯泡电灯泡保护罩保护罩电位器电位器(Pm)(Pm)12V 12V 电池电池万用表万用表滤光液体的试管滤光液体的试管试管架试管架灰度滤光片灰度滤光片灯丝的光谱是连续的灯丝的光谱是连续的uwavelength,本实验辐射物体为白炽灯本实验辐射物体为白炽灯A的钨丝，有很宽的钨丝，有很宽的辐射光谱，而且发光度可调。的辐射光谱，而且发光度可调。试管B装有滤光液体，该液体只容许在可见谱中 0 值附近一非常窄的范围的光通过。F-2ABCu 0F-3滤光器的光学性质滤光器的光学性质 滤光器的透射率(透射光强与入射光强之比)与

30、波长关系注意：注意：0是透射率最大时对应的波长，是透射率最大时对应的波长，2 是指透是指透射率降到极大值射率降到极大值1/2时的所对应的波长宽度。时的所对应的波长宽度。2 =620 565;=28 nm 0=590 nm uwavelength,Liquid filter0经过滤光液体以后,只留下可见光区内一个很窄的带,假设它近似为单色的 光敏电阻（光敏电阻（LDR）Liquid filter0uwavelength,光敏电阻光敏电阻(LDR)的响应的响应 光敏电阻（LDR）的电阻 R 与其所受光照 E 有关，而 E 则与钨丝的功率密度成正比 式中无量纲参数 为LDR的特征之一，需由本实验中求

31、得。从上面可得出LDR的电阻 R 与钨丝温度 T 的关系 (3)此式将 应用到。这个公式中c3 是一个未知比例常数。本实验的目的是通过测量不同温度T 对应的电阻R，从而得到c2。由公式由公式:对于足够小的对于足够小的 光敏电阻的阻值光敏电阻的阻值R 与受到的辐射的关系与受到的辐射的关系光敏电阻接受的辐射能光敏电阻接受的辐射能 E 正比于正比于白炽灯的辐射出射度白炽灯的辐射出射度 b:常数 :参数取对数取对数,得得作图作图lnRldr1/T实验设计思路实验设计思路线路图 实验装置实验装置:VoltmeterLampAmmeterPotentiometerBatterySolution filte

32、rLDROhmeter VA 灯丝温度的测量灯丝温度的测量导电灯丝的电阻RB满足以下公式：式中是导体的电阻率,l 是长度,S是灯丝的横截面积。金属电阻率随温度的升高而增加。在300K3655K之间，钨满足以下经验关系（SI单位制）热膨胀造成灯丝长度和截面的改变。本实验这个效应的影响很小，可以忽略不计。忽略热膨胀可以得到 为了得到T 首先要确定a。它可以通过测量环境温度T0下的灯丝电阻RB,0而确定。a)用万用表测量环境温度T0。b)直接用万用表来测量 T0下的灯丝电阻RB,0 是不可取的，因为测量时产生的电流会产生提高灯丝温度。这里，为了测量RB,0，将电池与电位器相连接。需要有足够多的电流读

33、数，测量范围在可以调节到的最小电压至1V之间。（100mV以下至少测量15个点。）最后，将电位器置于起始位置，断开电位器与电池之间的导线。每一对V和I的值，求出相应的电阻值RB。注明实验能够达到的最小电压。以RB作为纵轴，作图表示RB与I的关系。问题2 a)t0=24 CT0=297 KT0=1 Kb)V/mVI/mARB/21.930.534.937.040.143.047.651.155.358.361.365.567.573.080.985.689.095.1111.9130.2181.82203074475907308609601.872.582.953.123.373.603.974

34、.244.564.795.025.335.475.886.426.736.967.368.389.3711.6713.0415.2917.6819.821.523.224.411.7111.8211.8311.8611.9011.9411.9912.0512.1312.1712.2112.2912.3412.4112.6012.7212.7912.9213.3513.8915.6316.8720.0825.2829.8033.9537.0739.34Vmin=9.2 mV c)V/mVI/mARB/21.9 0.130.5 0.134.9 0.137.0 0.140.1 0.143.0 0.1

35、47.6 0.151.1 0.155.3 0.158.3 0.11.87 0.012.58 0.012.95 0.013.12 0.013.37 0.013.60 0.013.97 0.014.24 0.014.56 0.014.79 0.0111.71 0.0811.82 0.0611.83 0.0511.86 0.0511.90 0.0511.94 0.0411.99 0.0412.05 0.0412.13 0.0312.17 0.03c)观察b)得到的图，选择适当的数值范围，线性拟合外推到原点，可以得到R B，0。将所选择的所有数据填在答卷纸的表中。求RB,0及RB0。d)用（6）式求a

36、 和 a的值，RB,0 用，T0 用K 作单位。RB 的误差1d)误差计算方法1 a=39.4 a=0.34 LDR4 LDR的性质的性质 LDR的材料在黑暗中是不导电的。当光照射时,产生载流子,可以有电流通过。LDR的电阻满足以下公式 这里b是常数,它仅与LDR的成分和几何结构有关。是一个无量纲的参数，给出了电阻的变化随E关系。理论上，理想的LDR的 =1，然而，基于许多因素的作用，在实际情况下 1。的测量是必需的。测量R和E的关系。在光源和试管之间插入透射率为51.2%灰度板F（减光板），通过它产生为E=0.512E的光强,测量这时的LDR的电阻R,有F-7F得到 (8)R=5.07 k

37、R=8.11 透光率透光率 t =51.2%RVA数据的测量数据的测量VIRRB=V/IT=aRB0.83RB-0.83lnRRB-0.83lnRV1I1R1RB1T1RB1-0.83lnR1V2I2R2RB2T2RB2-0.83lnR2V3I3R3RB3T3RB3-0.83lnR3VnInRnRBnTnRBn-0.83lnRnV/VI/mARB/T/KRB-0.83 (S.I.)R/kln R9.48 0.0185.5 0.1110.9 0.21962 18(2.008 0.004)10-2 8.77 0.012.171 0.0019.73 0.0186.8 0.1112.1 0.21980

38、 18(1.990 0.004)10-28.11 0.012.093 0.0019.83 0.0187.3 0.1112.6 0.21987 18(1.983 0.004)10-27.90 0.012.067 0.00110.01 0.0188.2 0.1113.5 0.22000 18(1.970 0.004)10-27.49 0.012.014 0.00110.25 0.0189.4 0.1114.7 0.22018 18(1.952 0.003)10-27.00 0.011.946 0.00110.41 0.0190.2 0.1115.4 0.22028 18(1.943 0.003)1

39、0-26.67 0.011.894 0.00210.61 0.0191.2 0.1116.3 0.22041 18(1.930 0.003)10-26.35 0.011.849 0.00210.72 0.0191.8 0.1116.8 0.22049 19(1.923 0.003)10-26.16 0.011.818 0.00210.82 0.0192.2 0.1117.4 0.22057 19(1.915 0.003)10-26.01 0.011.793 0.00210.97 0.0193.0 0.1118.0 0.22066 19(1.907 0.003)10-25.77 0.011.75

40、3 0.00211.03 0.0193.3 0.1118.2 0.22069 19(1.904 0.003)10-25.69 0.011.739 0.00211.27 0.0194.5 0.1119.3 0.22085 19(1.890 0.003)10-25.35 0.011.677 0.00211.42 0.0195.1 0.1120.1 0.22096 19(1.880 0.003)10-25.15 0.011.639 0.00211.50 0.0195.5 0.1120.4 0.22101 19(1.875 0.003)10-25.07 0.011.623 0.002unnecessa

41、rye)We plot ln R versus RB-0.83.and then Because of h h =6.4 =6.4 10 10-34-34 J s J s h h=0.3 =0.3 10 10-34-34 J s J s光速,c=2.998 108 m s-1;波耳兹曼常数,k=1.38110-23 J K-1 第一届2013年7月8-9在南京外国语学校举行。常州高级中学、丹阳高级中学、海州高级中学、淮阴中学、常州高级中学、丹阳高级中学、海州高级中学、淮阴中学、南通第一中学、启东中学、前黄高级中学、如皋中学、苏州南通第一中学、启东中学、前黄高级中学、如皋中学、苏州十中、天一中学

42、、新海高级中学、盱眙中学、扬州中学、宜十中、天一中学、新海高级中学、盱眙中学、扬州中学、宜兴中学、镇江中学、南师附中、附中江宁分校、金陵中学、兴中学、镇江中学、南师附中、附中江宁分校、金陵中学、无锡市第一中学、徐州市第一中学无锡市第一中学、徐州市第一中学22所中学。所中学。2017年年7月月17-19日为第五届。日为第五届。今年又增加了南京大学今年又增加了南京大学NYPT,有7个省市学校参加，发展成全国性中学生活动 内容和形式采纳国际青年物理学家锦标赛（International Young Physicists Tournament，简称IYPT）的模式。采取团队辩论方式，就解决给定物理问题

43、的基本知识、理论分析、实验方案、结果讨论等进行辩论，IYPT给出的问题是开放的，同学在实验过程中会遇到各种各样的新问题，因此这实际上是一个综合性能力培养的过程，既要同学有一定的知识储备，也需要一些创新思维和一些具体的设计方案、动手和操作能力，也包含协作、表达等。64Page 71Design and make a device,using one sheet of A4 80 gram per m2 paper that will take the longest possible time to fall to the ground through a vertical distance o

44、f 2.5m.A small amount of glue may be used.Investigate the influence of the relevant parameters.用密度为80克每平方米的一张A4纸设计并制作一个装置，使得该装置从2.5米的垂直距离下落到地面的时间尽可能长。制作时可以使用少量胶水。试探究影响落地时间的相关参量。实验次数实验次数下落时间下落时间/s/s实验次数实验次数下落时间下落时间/s/s12.31112.5822.31122.5532.5132.6342.4142.5852.56152.5762.59162.4672.39172.5482.55182

45、.4492.51192.56102.52202.47平均时间：2.50 s平均转速：50.2 rad/s72实验次数实验次数下落时间下落时间/s/s实验次数实验次数下落时间下落时间/s/s12.72163.0622.85172.8332.9182.8543.03192.8252.91202.8362.72212.8172.94222.8182.78232.8992.77243.06102.89253.01112.88262.95122.86272.84133282.86142.93292.8152.94302.88平均时间：2.88 s平均转速：18.5 rad/s73实验次数下落时间/s实验

46、次数下落时间/s13.211224.1123.533134.143.5144.253155.262.8163.972.5175.582.918295.1193.9103.7202.4h=10.5 cmd=4.4 cmL=49.1 cm平均时间：3.5 s74空气阻力在只考虑重力与竖直向上空气阻力的情况下，A4纸将竖直下落。显然，在重力与下落高度一定的前提下，空气阻力的大小决定了下落时间的长短。下落速度不大时，空气阻力 表达式可写为 ，因此可定性 地看出直接影响下落时间的因素之一 即为A4纸的面积与形状，表面积 （迎风面积）越大，下落时间越长。75表面摩擦我们从有关文献1中查找到有关下落物体形状

47、对空气阻力与空气表面摩擦力的影响，列出如右表。为了增大摩擦表面积必须“牺牲”迎风面积，空气阻力与表面摩擦不可兼得。而在速度较小的情况下，空气摩擦对下落速度的影响与空气阻力相比几乎可以忽略不计，因此在建立的模型中，忽略表面摩擦的影响。76水平平动与旋转在简单地对下落过程进行受力分析后，再从能量角度对下落过程进行分析：下落过程中，重力与空气阻力的合力对物体做的功转化为物体下落的动能，在总动能不变的情况下，若能尽可能地将动能转化转动动能与水平方向的平动动能，减小竖直方向动能，则能够减小竖直方向下落速度，延长下落时间。因此，用A4纸制作下落装置时，也应综合考虑能量因素，尽量使装置在下落中水平平动与旋转

48、。77随机扰动在用A4纸下落的实验过程中，我们发现下落过程可能由于A4纸自身形变扰动了周围气流而产生不稳定的飘、摆、翻、转等现象，这类“随机扰动”实际上是有可能按照下一页图所示的固定轨迹进行的，而这种扰动对下落时间的影响究竟是怎样的，下面将在理论推导部分展开讨论。78随机扰动的模式79假设只存在重力与大小为 的空气阻力，则可得到物体运动方程：解微分方程，得：代入 t=0，v=0，得到 v 的表达式：80利用 改写上式，得：代入初始条件：t=0,h=0,得到最终得到下落时间 t 与装置表面积S的关系式：81为了验证这一关系，我们将 A4 纸折起四边，做成“方盒形”保证装置在下落过程中不出现形变与

49、随机摆动。通过控制折起不同的长度，改变装置表面积，可得到多组表面积 S 与下落时间 t 的关系：Page 82实验中随机扰动对下落时间的影响用二次多项式对数据点进行拟合，可得到表面积关于下落时间的关系图，拟合系数 等于 0.9883；此外，在实验过程中我们发现，随着方盒表面积的增加，下落过程中的飘摆等不稳定运动越加明显，所以为了作出前面推导的 的图象，取表面积最小的那一组来确定阻力系数 k，计算出 k0.73。83在 Mathematica 中将数据拟合出的曲线（红线）与理论推导出的曲线（黑线）进行比较发现：随着面积的增大，实际下落时间增幅大于理论下落时间。原因是：理论模型中将纸视为刚体，而实

50、验中随着方盒表面积增大，四边折起的高度变小，刚度减小，出现随机扰动的可能性增大。84假设装置质心速度竖直向下，无其他方向平动，绕定轴旋转的转动惯量为 ，末角速度为 ，原下降末速度为 ，则有：在不裁剪 A4 纸的情况下，其中 a 为 A4 纸某边边长。85取 a21.00 cm，v0=1.0 m/s，=10 rad/s，代入上式，得 v=0.63 m/s，即在质量和表面积相同的情况下，若能让装置在下落过程中旋转 45 圈，则可以使其下落速度减缓 30 以上。86理论推导部分得出了随机扰动增加下落时间的结论，但实际设计中很难操作，因此没有对随机扰动进行深入的讨论。以突出随机扰动这个特性来设计一种模