2016国际青年物理学家锦标赛题(IYPT)翻译

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译事三难信达雅

译事三难信达雅

国际青年物理锦标赛(IYPT)历届竞赛题(1988-2016)译事三难信达雅翻译,从来都是一件困难的事情。

比如说,International Young Physicists'Tournament(IYPT)似乎应当翻译为“国际青年物理学家锦标赛”,可是,在中国,物理学家是个很大的词儿,甚至物理学工作者这个谦虚得多的词儿,都不太适合,因为这个竞赛面对的是中学生,而physicist不过就是个“做物理的人”,甚至只是个“做物理题的人”。

所以呢,把它称为“国际青年物理锦标赛”,也许更符合中国国情。

当年把IYPT移植到国内的那些人,想必也考虑过这个问题。

IYPT 在中国的对应物是中国大学生物理学术竞赛(CUPT)和中国高中生物理创新竞赛(CYPT):T还是同样的T,同样的Tournament,但已经不强调“锦标主义”了;P还是同样的P,但是英文里的Phyisicist 已经变为Physics了。

或许基于类似的考虑,虽然CUPT和CYPT采用的都是IYPT的问题,但是从来都没有正式的中文译本。

参加竞赛的人,当然能读懂英文试题,但是,我确实看到有些人读错了题意,还有更多的人在学术问答阶段争辩具体问题里的微言大义,我觉得这都是白白浪费了时间。

IYPT的问题不同于普通的习题。

普通的习题,你总可以在五分钟里找到思路;IYPT的问题,也许需要你几天乃至更长的时间。

另外,在我看来,IYPT的题目,只是给你个出发点而已,让你大致了解所谓的科研是怎么回事。

真的把它当成习题来做,就浪费了。

解决这些问题,也不需要从文献入手。

IYPT的作用,更主要的是吸引更多的学生对物理感兴趣,让他们了解从哪里下手解决问题。

很多低年级的大学生面临的问题是,他们其实并不一定相信自己学到的知识:答题的时候,尽可以头头是道;真正要自己分析问题的时候,就懵了。

中学生就更不用说了。

还有一个很严重的问题是:现在其实没有什么真正的问题,要么太难,要么太没有意思。

2015国际青年物理学家锦标赛(IYPT)赛题翻译

2015国际青年物理学家锦标赛(IYPT)赛题翻译

Problems for the 28th IYPT 20151. PackingThe fraction of space occupied by granular particles depends on their shape. Pour non-spherical particles such as rice, matches, or M&M’s candies into a box. How do characteristics like coordination number, orientational order, or the random close packing fraction depend on the relevant parameters?1.堆积(Packing)被颗粒状物体(particles)占据的小部分空间取决于它们的形状。

将例如米、火柴或M&M糖果的非球状物体倾倒进一个盒子里,相关参量如何影响配位数(coordination number)、秩序性排列(orientational order)和随机紧密堆积分数(random close packing fraction)这样的特征?2. Plume of SmokeIf a burning candle is covered by a transparent glass, the flame extinguishes and a steady upward stream of smoke is produced. Investigate the plume of smoke at various magnifications.2.羽状的烟/烟羽(Plume of smoke)如果一支燃烧着的蜡烛被一块透明玻璃板覆盖,火焰会熄灭,并且产生一缕稳定的向上流动的轻烟。

研究在各种放大倍数下的羽状的烟。

2020年IYPT竞赛题目及其中文翻译

2020年IYPT竞赛题目及其中文翻译

2020年IYPT竞赛题目及其中文翻译1. Invent YourselfDesignan instrument formeasuring current using its heating effect. What are theaccuracy, precisionand limits of the method?自己发明设计一种利用热效应测量电流的仪器。

该方法的准确度、精密度和局限性是什么?2.Inconspicuous BottlePuta lit candle behind abottle. If you blow on the bottle from the opposite side,the candle may goout, as if the bottle was not there at all. Explain thephenomenon.不起眼的瓶子将点燃的蜡烛放在瓶子后面。

如果你从蜡烛的对面吹瓶子,蜡烛同样可能熄灭,好像瓶子根本不在那里。

解释这个现象。

3.Swinging Sound TubeASound Tube is a toy,consisting of a corrugated plastic tube, that you can spinaround to producesounds. Study the characteristics of the sounds produced bysuch toys, and howthey are affected by the relevant parameters.摇摆的声管声管是一种玩具,由波纹塑料管组成,你可以旋转声管产生声音。

研究这些玩具发出的声音的特性,以及它们如何受到相关参数的影响。

4.Singing FerriteInserta ferrite rod intoa coil fed from a signal generator. At some frequencies therod begins toproduce a sound. Investigate the phenomenon.“歌神”铁氧体将铁氧体棒插入信号发生器供电的线圈中。

西安交通大学大学生物理学术竞赛-西安交通大学教务处

西安交通大学大学生物理学术竞赛-西安交通大学教务处

附件一:西安交通大学第三届大学生物理学术竞赛介绍为了活跃我校大学学习大学物理及实验的兴趣,激发创新意识,培养和提高学生应用物理学基础知识的能力、数学能力、逻辑能力、创新能力、协作精神和实践能力;借鉴中国大学生物理学术竞赛(简称CUPT,该赛事是教育部支持的全国重要大学生创新竞赛活动之一)和国际青年物理学家竞赛(IYPT)的模式,举办“西安交通大学第三届大学生物理学术竞赛”,该竞赛采用团队答辩竞赛形式,要求学生根据给定的开放性物理问题进行研究并设计实验解决方案。

现将校内赛相关事宜公布如下:一、目的1. 培养创新意识和开放式思维,注重基础知识与实践紧密结合,提高以所学知识解决实际问题的能力和应变能力,为全校同学提供展示物理研究才能的舞台。

2. 通过校内选拔赛,最终决出20名优秀选手参加2017年陕西省大学生物理学术竞赛,并选出8—10名优秀选手组成校队,代表我校参加2017年中国大学生物理学术竞赛。

二、竞赛内容在力、热、光、电等物理分支下,指定17个研究项目(具体题目与要求详见附件),每位参赛同学在其中自由择题,自主设计实验研究方案,独立完成实验研究,用物理学原理解释实验现象。

理学院指定教师进行指导,大学物理实验教学中心将给予实验方面的协助。

三、参赛对象与时间安排选拨赛面向全体1~3年级本科生。

报名时间:2016年10月17日—11月13日1)2016.10.29(周六)19:00赛题分析研讨会。

2)2016.10-2016.11 准备,撰写实验设计方案(题目理解,设计原理、测量方法、实验仪器、测量数据、结果和理论分析)。

3)2016.11.23 提交参赛材料。

4)2016.11.25 公布参赛名单。

5)2016.11.26(周六)学生准备答辩材料,并进行答辩。

(初赛)6)2016.11.27(周日)公布复赛名单,指定相应的指导教师。

7)2016.12.24—2016.12.25 复赛。

8)2016.12.27 公布决赛名单,进行表演对抗赛及比赛说明。

2014年IYPT CUPT题目(原文+中文翻译+配图)

2014年IYPT CUPT题目(原文+中文翻译+配图)

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”。

中国大学生物理学术竞赛(CUPT)简介及比赛规则

中国大学生物理学术竞赛(CUPT)简介及比赛规则
随着CUPT竞赛规模和影响力的不断扩大,参赛队伍急剧增加,给主办方带来 很大压力。为了保证竞赛的有序性和高水准,扩大赛事的参与程度,自2018年开 始增加区域赛。
2. 竞赛管理组织结构
2.1. CUPT指导委员会 构成:委员若干、秘书长1人 产生办法:委员由全国竞委会执委会协商,包含5-6名知名物理教授、关注
2010年,第一届CUPT在南开大学举行,有全国12所高校的17支队伍参赛。 2011年,第二届CUPT在南京大学举行,有23所高校的24支CUPT在北京师范大学举行,有35所高校的36支队伍参赛。2013年,第四 届CUPT在兰州大学举行,有38所高校的39支队伍参赛。2014年,第五届CUPT 在华中科技大学举行,有38所高校的39支队伍参赛,15所高校和3所中学观摩。 2015年,第六届CUPT在国防科学技术大学举行,有48所高校的49支队伍参赛,21 所高校观摩。2016年,第七届CUPT在西安交通大学举行,有64所高校的65支队伍 参赛,17所高校观摩。2017年,第八届CUPT在哈尔滨工业大学举行,有73所高校 的74支队伍参赛,26所高校观摩。
2
荣新,北京大学,华北赛区代表; 贺庆丽,西北大学,西北赛区代表; 王思慧,南京大学,华东赛区代表; 林方,四川大学,西南赛区代表; 何春清,武汉大学,中南赛区代表。 2.3. CUPT全国竞赛委员会 构成:召集人1人,委员若干。 产生办法:召集人为CUPT指导委员会秘书长,委员为当年参赛各校代表(必 须参与当年竞赛,担任领队或裁判),要求每校选派1名代表(当年和一下年度 主办学校可选派2名),代表一经选定一般不做调整。若代表未参加当年全国竞 赛,视同放弃当年全国竞赛中的竞赛委员的各项权利。 职责: 各委员负责本校的CUPT的相关事宜,全国竞赛委员会负责竞赛规则 审议,竞赛规则解释及竞赛题目确定等相关问题的决议。全国竞赛委员会每年召 开一次会议(安排在比赛期间或赛后一天,具体时间由当届地方组委会安排), 商讨并决定比赛赛期间或赛后一天,具体时间由当届地方组委会安排),商讨并 决定比赛的具体事宜。 2.4.地方组委会 构成及产生:委员会的组成由当届CUPT的承办方决定,需在竞赛前至少3 个月公布。 职责:负责组织承办当年CUPT,同时牵头决定以下事宜,确定参赛的注册 费,确定参赛高校、裁判人数以及和观摩人员人数,确定比赛的具体时间;根据 比赛规则做好比赛技术服务。 2.5.裁判委员会 构成:裁判长1人,成员若干。 产生:每年调整一次,由竞赛CUPT指导委员会推荐产生并经全国竞赛委员 会认可,要求至少参与过3届竞赛裁判工作或当年和一下年度主办校裁判代表, 熟悉竞赛规则,评分公平准确。 职责:竞赛期间负责赛前裁判培训,负责竞赛规则解释和争议解决,负责赛 场裁判安排和裁判主席选定;负责受理竞赛投诉、核实及记录工作,负责修订评

IYPT2016题目及中文翻译

IYPT2016题目及中文翻译

IYPT2016题目及中文翻译2016年国际青年物理学家锦标赛(IYPT)题目1.真实的随机数真随机数是一种稀缺而珍贵的资源。

设计并制造、测试一个产生真随机数的装置。

研究在干扰下,多长的随机数产生是安全的。

2.滞后摆摆是由摆和重物组成的,当摆的支点开始绕水平圆周运动,摆开始做一个半径更小的圆周运动,研究在特定情况下的摆的运动和稳定时的轨迹。

3.声透镜菲涅耳透镜是一种具有同心螺纹的透镜,声波也有类似于此的原理,设计并制造声学透镜,研究诸如放大率等相关参数。

4.超级蹦蹦球将一个弹性很好的球向两块平板之间扔出,这个球开始弹来弹去,在某些情况甚至能够回到你的手中,研究球的运动轨迹以及影响运动的参数,包括板的方向。

5.疏水性水滴之谜将一个装有肥皂水的盘子放到扬声器或者震动台上。

当震动的时候,可能会出现一些小水滴长时间的保持在盘子上,解释并研究这一现象。

6.电致蜂巢将一个金属针垂直的放到金属板上,将一些油滴到金属板上,通直流高压时会观察到在液体表面会产生类似于细胞的结构,解释并研究这一现象。

7.沸泉将滴定管中装一部分水,用拇指盖住其上端并且盗跖滴定管,可以观察到有喷泉产生。

研究影响喷泉高度的参量,并且研究在何时喷泉能够达到最大高度。

8.磁力列车用纽扣磁铁把柱状的电池两端相连,将其被放到一个铜线圈中,当其与铜线圈接触时,“磁力列车”开始运动。

解释这个现象并且研究相关参量如何影响火车的速度和功率。

9.水波用一个竖直振动的水平圆筒产生水波,当改变激励振幅或者频率时,水波会表现出远离或者靠近圆筒的样子,研究一下这个现象。

10.光之环将液体喷到一个平面上,将激光照到平面与液体接触处,可以看到环绕在旁边的光环,研究这个光环,并确定其与什么系统参量有关。

11.在disc(光盘)上翻滚!如果将一个轻的滚动的物体(例如环,圆盘,球)放到水平放置的旋转的光盘上,物体可以开始运动而不离开光盘。

解释不同参量是如何影响运动的。

12.范德堡测量法只要一个样品无洞并有边界,那么这个材料的电阻率就可以使用范德堡方法被测量出,与其形状无关。

"IYPT"的发展及其对学生科学探究能力的培养

"IYPT"的发展及其对学生科学探究能力的培养

青年物理学家竞赛 , 也 被称为 ” 物理世 界杯 ” ( Wo r l d p h y s i c s c u p ) , 它和国际物理奥 林 匹克竞赛 、 国际 青 年 学 生 科 学 论 文 竞赛 并称为三 大顶 级 国际 中学 生物理 竞赛 , 是 由前苏 联 于 1 9 8 8年 发 起 , 并从 1 9 9 4年 开 始 逐 步 开 始 在 世 界 范 围 内 推 广 举行 , 至今 已经举行 了 2 3届 。伴 随 着 I Y P T 在 世 界 范 围 内 的推广 , 它 的竞 赛 主 要 语 言 也 由俄 语 转 变 为 英 语 , 并 形 成 了 由 大 学组 织 实施 、 中学 生 参 与 的 举 办 模 式 。作 为 一 项 以 团 队 对抗 为形 式 的物 理 竞 赛 , I Y P T要 求 参 赛 学 生 根 据 给 定 的 开 放性 物理问题进 行 研究 和交 流 , 旨在 培 养 参 赛 者 的 创 新 意 识、 创新能力 、 协作精神和实践能力 。 2 0 0 7年 7月 , 在 南 开 大学 泰 达 应用 物 理 学 院 院长 拉 普 教 授 的 推荐 下 , 中国物理 学会 委派 观察 员到韩 国 首尔对 第 2 O 届 I Y P T进 行 考 察 , 并 提 出第 2 2届 赛 事 的 承 办 申请 , 在 激 烈 的竞 争 中 脱颖 而 出 , 成功取得了承办权。 2 0 0 7年 1 1 月, 经 中 国物 理 学 会 批 准 , 南 开 大 学 和 天津 市 物理 学 会 在 天 津 地 区组 建 中 国 队 。在 历 时 3个 月 的 培 训 后 , 从全市报名 的 3 0 0多 名 学 生 中选 出 了 5 名 学生 , 并 与 南 开 大 学物 理 学 院 的李 川 勇 教 授 等 教 师 共 同组 成 了第 一 支 中 国代 表 队, 于 2 0 0 8年 5月 参 加 了 在 克 罗 地 亚 举 办 的 第 2 1届 I YP T, 并在参赛 的 2 1支 队 伍 中 取 得 了第 八 名 的 优 异 成 绩 ,

IYPT的一些说明

IYPT的一些说明
2016年国际青年物理学家竞赛(IYPT)给出了17个题目,我们主要学 习、探索第5个和第12个题目。由于对于相关知识接触的可能比较少,因此 可以就先从题目后面所给的参考文献入手,了解问题所涉及的背景知识和前 人所做的工作。相关的参考文献已经搜集到了,放在各个问题所在的文件夹 中。 由于这是一个比赛,所以不能仅仅局限于了解前人的工作。我们需要结 合题目中涉及的问题和参考文献,做进一步的研究包括理论性的分析研究和 实验上的分析研究,但这可能比较困难。因此我们的首要工作就是通过参考
文献掌握问题的物理或者电学机制、与其他物理过程的联系。此外在阅读文
献的过程中,可以批判性的提出新的问题,而这些新问题尽可能是和题目本 身的问题是相关的,从而可以在这些新问题上进行新的探索。 在阅读文献的过程中,许多内容可能从未接触过,读懂一篇文章尤其是 较长的文章本身就很困难,所以一方面在读文章的过程中还要补充新知识, 网上应该可以找到;另一方面还要注意取舍,比如太过复杂的数学计算,与 问题相关性不强的物理过程等。
Problem No. 5 “Ultrahydrophobic water”(极其疏水的水) 将小水滴滴在肥皂膜上,水滴会逐渐进入肥皂水中,但 将如果对肥皂水施加振动,则水滴可以长久的停留在肥
皂水表面。探究这一现象涉及到流体的性质以及力的平
衡。
用范德堡方法测试电导(阻)率是什么原理?该方法的应用条件是什么?
C
D
文献二
文献八
文献五
文献四
如果样品上有一个孔洞,会对测试结果造成什么影响?
具体内容: 我们各自用8天时间看完参考文献并每个人做一个PPT。将文献所涉及到的内容包括 物理原理、实验过程、结论等内容总结概括出来,同时尽可能的详细。将自己在看文 献的过程中所遇到的问题(尽可能与题目本身的问题相关)整理出来,并尽可能给出 自己对这一问题的看法——即实验上或者理论上的解决办法。实验尽可能简单操作性 强。由于最终参赛者需要做一个报告,我们所作做的工作就是为这个报告的撰写提供 素材,但不是写这个报告,下图是这个报告的要求,可以参考这个要求对我们的PPT 进行完善。

2017IYPT试题

2017IYPT试题

2017年IYPT试题1. Invent YourselfConstruct a passive device that will provide safe landing for an uncooked hen’s egg when dropped onto a hard surface from a fixed height of 2.5 m. The device must fall together with the egg. What is the smallest size of the device you can achieve?发明创造:请制作一个装置,使他具有如下技能:保护一个生鸡蛋,在自由落体之后鸡蛋不坏。

自由下落高度是2.5米。

这个装置必须和鸡蛋一起下落。

你能做到的安全保护鸡蛋的装置,最小能有多大?2. Balloon AirhornA simple airhorn can be constructed by stretching a balloon over the opening of a small container or cup with a tube through the other end (see Figure). Blowing through a small hole in the side of the container can produce a sound. Investigate how relevant parameters affect the sound.气球号角:通过把气球套在一个杯子(或者其他的柱状容器)开口上,就可以制作一个号角了。

通过小孔吹气,就能响。

如图所示。

请研究一下这里面哪些变量和这个声音有关。

3. Single Lens TelescopeA telescope can be built using a single lens, provided that a small aperture is used instead of an eyepiece. How do the parameters of the lens and the hole influence the image (e.g. magnification, sharpness and brightness)?单透镜望远镜:如果利用小孔作为目镜,我们就能制作一个单透镜望远镜了。

2010年到2023年iypt题目

2010年到2023年iypt题目

2010年到2023年iypt题目在近十四年的时间里,国际青年物理学家锦标赛(IYPT)涉及了许多挑战性的题目,这些题目不仅考验着参赛选手们的物理知识,更是激发了他们的创造力和团队合作精神。

本文将对2010年到2023年iypt 题目进行全面评估,并据此撰写有价值的文章,以便读者更深入地理解这些题目所涉及的物理理论和实践。

2010年:“非牛顿流体”2010年iypt的题目围绕着“非牛顿流体”,这是一个充满挑战性和启发性的主题。

非牛顿流体是指受力作用下流动性质发生改变的流体,它的粘度是随着剪切速率的变化而变化的。

在此题目中,讨论了非牛顿流体的特性、应用以及其在日常生活中的实际案例。

我个人对这一主题的理解是,非牛顿流体的研究不仅有助于我们更好地理解流体力学,还能为化工、生物医学等领域的科学研究和工程技术提供重要的理论基础和实际应用价值。

2011年:“尘埃环”2011年iypt的题目是“尘埃环”,这一主题涉及到星际空间中的尘埃环现象及其形成机制。

尘埃环是指恒星周围环绕着大量尘埃颗粒的现象,它不仅对于星际物质的组成和演化具有重要意义,还能够帮助我们更好地理解宇宙的形成和演化过程。

在此题目中,我认为尘埃环的研究不仅需要对天体物理学和宇宙学理论有深入的把握,更需要借助现代天文观测技术和实验手段,以获取更多的观测数据和信息,以便揭示尘埃环的真实面貌和本质特征。

2012年:“磁干涉仪”2012年iypt的题目围绕着“磁干涉仪”,这一主题涉及到光学干涉的磁场版本。

磁干涉仪是一种用于磁场测量的仪器,它利用了磁场对光线传播路径的影响,通过测量干涉条纹的移动来确定磁场的强度和方向。

在此题目中,我个人认为磁干涉仪的研究不仅有助于我们更好地理解光学干涉原理,还能为磁场测量技术和仪器的发展提供理论和实践基础。

2013年:“音频相控阵”2013年iypt的题目是“音频相控阵”,这一主题涉及了声音波的操控和调制技术。

音频相控阵是一种利用声波的干涉和叠加效应来实现声场调制和定向传播的技术,它不仅在音响技术和通信领域具有重要应用价值,还能为生物医学、声纳和声学研究提供新的思路和方法。

第七届中国大学生物理学术竞赛简讯_方爱平

第七届中国大学生物理学术竞赛简讯_方爱平


( e.g. magnification, sharpness and brightness) ?
第 11 期
方爱平, 等: 第七届中国大学生物理学术竞赛简讯
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8. Visualising Density Schlieren Photography is often used to visualise density variations in a gas. Build a Schlieren setup and investigate how well it can resolve density differences. 9. Ball in a Tube A sealed transparent tube is filled with a liquid and contains a small ball. The tube is inclined and its lower end is attached to a motor such that the tube traces a conical surface. Investigate the motion of the ball as a function of relevant parameters. 10. Pulling Glasses Apart Put a thin layer of water between two sheets of glass and try to separate them. Investigate the parameters affecting the required force. 11. Hair Hygrometer A simple hygrometer can be built using human hair. Investigate its accuracy and response time as a function of relevant parameters. 12. Torsion Gyroscope Fasten the axis of a wheel to a vertical thread that has a certain torsional resistance the thread spin the wheel

莫尔吸量管热水喷泉现象的研究

莫尔吸量管热水喷泉现象的研究

莫尔吸量管热水喷泉现象的研究付伟娟;聂云汉;房振全;马佳;张嘉俊【摘要】建立了薄壁大孔口流线型管嘴出流模型,并推导了莫尔吸量管中吸入部分热水后产生喷泉的最大喷射高度表达式.讨论了吸水体积、热水温度和吸量管直径对最大喷射高度的影响,并分析了影响最大喷射高度的因素.实验结果表明:热水温度愈高,吸量管直径愈大,喷泉高度愈大.在影响莫尔吸量管喷泉高度的因素中:流体流动状态对其影响最大,流体在管中与壁面发生碰撞对其的影响程度次之,其次是流体传热对喷射高度的影响,流体本身物性、空气阻力对喷射高度的影响最弱.%The thin-walled large orifice streamline nozzle outflow model was set up, and the formula of the maximum jet height of hot water fountain of Mohr pipettes was derived.The effect of the water volume, the temperature of the hot water and the diameter of the pipette on the maximum jet height was discussed.Influencing factors on the maximum jet height were analyzed by comparing with the experimental data.The experimental results showed that the higher the hot water temperature and the larger the diameter of the pipette, the greater the height of the fountain.In factors affecting the maximum jet height, the first was fluid flow state, the second was the collision of the fluid with pipette wall, the third was the heat transfer, the influence of the physical properties of the fluid and the air resistance was the weakest.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2017(037)006【总页数】5页(P38-42)【关键词】热水喷泉;莫尔吸量管;最大喷射高度【作者】付伟娟;聂云汉;房振全;马佳;张嘉俊【作者单位】沈阳航空航天大学能源与环境学院 ,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学能源与环境学院 ,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学能源与环境学院 ,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学理学院,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学理学院,辽宁沈阳 110136【正文语种】中文【中图分类】O35莫尔吸量管热水喷泉问题起源于2016年国际青年物理学家锦标赛(IYPT)赛题中的第7题,原文如下:Hot water fountainPartially fill a Mohr pipette with hot water. Cover the top of the pipette with your thumb. Turn the tip upwards and observe the fountain exiting the tip. Investigate the parameters describing the height of the fountain,and optimize them to get the mavimum height.中文翻译:热水喷泉用热水部分装填莫尔吸量管. 用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.2.1 实验探究在实验条件方面,基于生活中常见的现象进行合理假设与推演得到热水喷泉现象的系统理论解释. 受实验条件限制,实验过程中采用的是恒温水箱加热并保温水的方法,采用人工实验操作. 为尽量避免或减少人为因素对实验结果的干扰,采取了同一组实验相同实验条件多次测量取其平均值的方法.实验装置如图1所示,实验主要用到的器材包括:卷尺、恒温水箱、背景布(蓝色)、莫尔吸量管、操作台等. 实验采用视频录制后期分析的方法记录实验数据,并将所得的数据制成表格.2.2 理论探究根据对题目的理解与分析,建立如下模型:薄壁孔口出流模型、管嘴出流模型和流线型管嘴出流模型.建立以上模型的原因:液体在压强差的作用下经过薄壁孔口出流时,由于流线不能突然折转,会形成出口流速,由此建立薄壁孔口出流模型. 而不论薄壁、厚壁,也不论大孔、小孔,孔口出流的公式都可以写成同样的形式,关键在于它们的出流系数各自不同. 而出流系数可由管嘴出流系数查表得到,所以建立管嘴出流模型.工程上常用的孔口与管嘴[1]有:薄壁孔口、厚壁孔口或外伸管嘴、内伸管嘴、收缩管嘴、扩张管嘴和流线型管嘴. 根据所使用的莫尔吸量管的形状特征,选择建立流线形管嘴模型.为更好地简化问题建立模型,作如下假设:1)假设管内被封住的气体为理想气体,进入管内流体为理想流体,且与管壁之间无摩擦;2)假设热水与管内密封空气传热很快,空气的温度迅速达到与热水相同的温度;3)假设空气被瞬间加热的同时体积不变;4)尖嘴距管路开始变化的高度很小,其位能变化对于整体能量变化影响很小,可以忽略.所建立的薄壁孔口出流模型如图2所示,当管壁的厚度l与出口小孔的直径d之比≤2时,为薄壁孔口;当≤4时,为厚壁孔口.以50 mL的莫尔吸量管为例,壁厚0.14 cm,直径1.2 cm,则=0.117<2,所以,莫尔吸量管热水喷泉实验可简化为薄壁孔口出流[1]问题.对图2中1-1,c-c间流体应用实际流体伯努利方程[2-5],令α=1,则根据连续性方程[1]有由此可得进而得到吸量管出口流速为以50 mL的莫尔吸量管为例,吸量管尖嘴内径d=0.2 cm,吸量管的内径D=1.48 cm,所以此时d并非远小于D,则管道侧壁与孔口外圆周靠近,其收缩程度大为减轻,或者说,莫尔吸量管所属的大孔口的收缩系数较大. 大孔口收缩系数取决于孔口直径与管道直径之比,经验公式为当4项不能忽略时,由(1)式可知大孔口的出流速度为其中,大孔口的流速系数为其中ξ为阻力系数,Cc为收缩系数.根据假设(1)~(3),由工程热力学中的理想气体状态方程pV=nRT[6]可知,所以有由(5)和(6)式可知,管嘴出口流速为理论推导中所涉及到的流线型管嘴的出流系数等参量可通过查表[1]得到.设从管嘴喷出的水的流速为vc,喷出的水柱高度为H,忽略水柱喷出时所受的空气阻力,有假设(4)成立,则根据能量守恒定律=mgH可得喷出水柱高度为结合(5)和(6)式可求得最大高度为2.3 对热水喷泉现象相关影响因素的探究事先做了几组预实验,大致确认热水温度在40 ℃以上,温度梯度在5 ℃左右,喷泉效果最好. 实验中共有3个变量:热水温度t、吸量管直径D和喷泉高度H. 采用控制变量法:首先控制吸量管直径D不变,探讨热水温度t对于喷泉高度H的影响;再控制热水温度t不变,讨论吸量管直径D对于喷泉高度H的影响.1)热水温度与喷泉最大高度的关系测量数据如表1所示,根据表1作图见图3.热水温度60 ℃,当吸量管直径D=1.48 cm,吸水体积V水=24 mL时,uH=0.18 cm;当D=0.91 cm,吸水体积V水=6 mL时,uH=0.15 cm;当D=0.71时,吸水体积V水=2 mL时,uH=0.10 cm.取吸量管直径D=1.48 cm,作出实验高度拟合曲线与理论高度的对比如图4所示. 通过分析图3与图4可知,喷泉最大喷射高度与热水温度成线性关系,温度越高,喷泉的最大喷射高度越大. 通过传热学[7]相关知识可知,随着温度的升高,莫尔吸量管管内的空气与热水的传热速度加快,传热效率提高,在相同时间内,被加热到可以喷射出吸量管的热水量增多,喷泉到达吸量管管嘴处的初速度变大,即喷射初速度变大,因此,根据能量守恒定律,在忽略空气阻力的情况下,喷泉所能达到的最大喷射高度也就随之增大;而另一方面,水的温度升高使得对气体压强增大,被加热的空气对水做功增加. 因此,水的温度是影响喷泉最大喷射高度的重要因素之一.2)吸量管直径与喷泉最大高度的关系测量数据如表2所示,根据表2作图见图5.通过图5分析可知,吸量管直径越大,喷泉所能达到的最大喷射高度越大. 吸量管直径不变的情况下,温度升高,最大喷射高度随之升高. 在温度条件相同的情况下,增大吸量管直径可以提高最大喷射高度,但随着直径的再增大,最大喷射高度会趋于稳定.对此可进行简单的定性解释:在尖嘴直径保持不变的情况下,吸量管直径愈大,尖嘴直径与吸量管直径之间的比值变小,管路的收缩程度增大,莫尔吸量管所属的大孔口的收缩系数增大,进而大孔口的出流速度增大,在忽略空气阻力的情况下,喷泉的喷射高度增大.2.4 影响因素分析与讨论1) 流体流动情况的影响在理论公式推导中,假设液体在吸量管中的流动为层流,但实际流动中可能是湍流,这会影响流体的热量传递效率. 若实际流动中为湍流,则在管壁处形成的速度梯度会比层流大,温度梯度也大,因而在液体流动过程中所造成的热量损失大,影响流体与空气之间的热量传递效率,造成液体传递给空气的动能减少,流体在管嘴处的出口流速变小,所以导致水柱高度会比理论值要小.2) 流体在管中与壁面发生碰撞的影响在实际操作中,当温度相对较低时(低于50 ℃),流体在吸量管倒置过程中,与壁面发生的碰撞十分剧烈,而在此过程中,会造成流体动量的损失,进而造成流体在管嘴处的动能减少,喷出的水柱高度降低.3) 流体传热对象的影响在莫尔吸量管喷泉实验中,存在着2部分传热对象:一是流体与管壁之间的传热;一是流体与空气之间的传热. 正因为流体与管壁之间传热的存在,产生了热量损失,导致了整个系统的热量传递效率下降,进而引起了喷出水柱高度的下降.4) 流体本身物性的影响在理论公式的推导中,假设流体为理想流体,没有黏度,与壁面之间不存在摩擦. 而在现实情况中,这一假设不成立. 流体与壁面之间存在摩擦,因而流体在流动过程中要消耗一部分能量克服摩擦力做功;流体内部存在黏度,在流动过程中也会对流体的速度产生影响.5) 空气阻力的影响在理论公式推导中,忽略流体喷出喷嘴后的空气阻力,利用能量守恒定律可直接求得喷泉高度. 但在实际过程中,喷泉喷出后要受到空气阻力的阻碍作用,这会降低流体的动能,从而影响喷泉高度.综上分析可得,在影响莫尔吸量管喷泉高度的因素中:流体流动状态对其影响最大,流体在管中与壁面发生碰撞对其的影响程度次之,其次是流体传热对象对喷射高度的影响,流体本身物性、空气阻力对喷射高度的影响最弱.2.5 后期改进与设想由于未考虑流体流动情况对于喷泉高度的影响,而只是将问题进行简化,简化为层流;而在实际情况中,湍流的传热效率要比层流高得多,因而通免散失掉的热量也更多,从而对喷泉高度产生的影响更大. 为了更加清楚地研究这一问题,可考虑在吸量管内部装传感器,使之能清楚准确地反映流体的流动情况,进而为问题解决提供思路.在误差合理的范围内,莫尔吸量管喷泉实验所得到的喷泉高度与热水温度、吸量管直径、尖嘴直径有关. 热水温度愈高,吸量管直径愈大,喷泉高度愈大. 讨论了吸水体积、热水温度、吸量管直径对喷泉最大喷射高度的影响,并得到了喷泉高度与热水温度、吸量管直径之间的理论公式. 利用薄壁大孔口流线型管嘴出流模型与能量守恒定律、对流传热的结合,考虑了流体流动状态、传热对象、与壁面碰撞程度、流体本身物性对于实验结果的影响,实验结果与理论计算基本符合.指导教师:马佳(1984-),女,辽宁沈阳人,沈阳航空航天大学理学院讲师,博士,研究方向为计算原子分子物理.【相关文献】[1] 张也影. 流体力学[M]. 2版. 北京:高等教育出版社,1986:239-347.[2] 赵近芳,王登龙. 大学物理简明教程[M]. 2版. 北京:北京邮电大学出版,2013:67-76.[3] 李海宝,姜洪喜,张琳,等. 一例关于伯努利方程知识点的教学案例[J]. 物理与工程,2015,25(1):61-64.[4] 李复. 可压缩流体的伯努利方程[J]. 大学物理,2008,27(8):15-18.[5] 严导淦. 流体力学中的总流伯努利方程[J]. 物理与工程,2014,24(4):47-53.[6] 沈维道,童钧耕. 工程热力学[M]. 4版. 北京:高等教育出版社,2015:61-90.[7] 杨世铭,陶文铨. 传热学[M]. 4版. 北京:高等教育出版社,2015:197-227.[8] 刘建晓,郑永春,史宫会,等. 热水喷泉现象的理论研究[J]. 物理实验,2016,36(4):23-26.。

Q826-大学-北航-物理学术竞赛-附件四 中国大学生物理学术竞赛(CUPT)简介及比赛规则- (

Q826-大学-北航-物理学术竞赛-附件四 中国大学生物理学术竞赛(CUPT)简介及比赛规则- (

中国大学生物理学术竞赛(CUPT)简介及比赛规则 CUPT: China Undergraduate Physics Tournament2017年版(2017年3月修订)1. 中国大学生物理学术竞赛简介中国大学生物理学术竞赛(China Undergraduate Physics Tournament,简称CUPT)是中国借鉴国际青年物理学家锦标赛(International Young Physicists’ Tournament,简称IYPT)模式创办的一项全国性赛事。

CUPT竞赛旨在提高学生综合运用所学知识分析解决实际物理问题的能力,培养学生的开放性思维能力。

参赛学生就实际物理问题的基本知识、理论分析、实验研究、结果讨论等进行辩论性比赛。

不仅可以锻炼学生分析问题、解决问题的能力,培养科研素质,还能培养学生的创新意识、团队合作精神、交流表达能力,使学生的知识、能力和素质全面协调发展。

CUPT竞赛得到了教育部的支持,是实践国家教育中长期发展规划纲要的重要大学生创新竞赛活动之一,已列入中国物理学会物理教学指导委员会的工作计划。

CUPT由大学组织实施、大学生参与,是一项以团队对抗为形式的物理竞赛。

它以培养参赛者的创新意识、创新能力、协作精神和实践能力为根本理念。

IYPT赛事起源于莫斯科大学选拔优秀学生的活动,被各国物理教育学家广泛认可,演变为国际青年物理学家锦标赛。

该模式也推广到各国大学生的物理竞赛中,2009年开始了大学生的国际物理学家锦标赛(International Physicists' Tournament, 简称IPT),2016年在法国巴黎举办了第8届IPT。

2010年南开大学首次将IYPT竞赛模式引入到我国的大学生能力训练,第一届CUPT在南开大学举行,有12所高校的17支队伍参赛。

2011年,有23所高校24支队伍参赛(在第二届组委会第二届CUPT在南京大学举行决定,限定每所高校只能有1个团队参赛,承办高校可以有2个团队参赛,借鉴国际规则新参赛的高校必须有一届观摩经历)。

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Problems for the 29th IYPT 2016以下翻译仅供参考:1.Invent yourselfTruly random numbers are a very valuable and rare resource. Design, produce, and test a mechanical device for producing random numbers. Analyse to what extent the randomness produced is safe against tampering1.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.Lagging PendulumA pendulum consists of a strong thread and a bob. When the pivot of the pendulum starts moving along a horizontal circumference, the bob starts tracing a circle which can have a smaller radius, under certain conditions. Investigate the motion and stable trajectories of the bob.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.Acoustic LensFresnel lenses with concentric rings are widely used in optical applications, however a similar principle can be used to focus acoustic waves. Design and produce an acoustic lens and investigate its properties, such as amplification, as a function of relevant parameters.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.Super BallThrow a highly elastic ball into the space between two plates. The ball starts bouncing and under some circumstances can even be projected back to you. Investigate the motion of the ball and parameters influencing the motion, including the orientation of the plates.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.Ultrahydrophobic WaterSet a dish filled with soapy water onto a loudspeaker or other vibrator. When it oscillates, it is possible to hold small droplets on its surface for a long time. Explain and investigate the phenomenon.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.Electric HoneycombSet a vertically oriented steel needle over a horizontal metallic plate. Place some oil onto the plate. If you apply constant high voltage between the needle and the plate, a cell structure appears on the surface of the liquid. Explain and investigate this phenomenon.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.Hot Water FountainPartially fill a Mohr pipette with hot water. Cover the top of the pipette with your thumb. Turn the tip upwards and observe the fountain exiting the tip. Investigate the parameters describing the height of the fountain, and optimize them to get the maximum height.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.Magnetic TrainButton magnets are attached to both ends of a small cylindrical battery. When placed in a copper coil such that the magnets contact the coil, this "train" starts to move. Explain the phenomenon and investigate how relevant parameters affect the train's speed and power.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.Water WavesGenerate a water wave with a vertically oscillating horizontal cylinder. When varying the excitation frequency and/or amplitude, the water seems to drift away from or towards the cylinder. Investigate the phenomenon.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(或)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.Light RingsLet a liquid jet fall onto a surface. If the contact point is illuminatedby a laser beam, rings of light around the jet can be observed (seeFigure). Investigate the light rings and determine how they depend onrelevant parameters of the whole system.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.Rolling on a DiscIf you put a light rolling object (e.g. a ring, a disc, or a sphere) on a horizontal rotating disc, it may start moving without being expelled from the disc. Explain how different types of motion dependon the relevant parameters.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.V an der Pauw MethodIt is known that conductivity of a material can be measured independently of the sample shape, as long as the sample has one border (no holes). To what extent can such a method be applied? Investigate and explain such measurements if the sample has holes.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。

这种方法的应用条件是什么?研究并解释这种方法应用于有孔物体的行为。

13.Paper ViceTake two similar paperback books and interleave a few pages at a time. Push the books together. Hold the two books by their spines and try to pull them apart. Investigate the parameters that set the limits of being able to separate the books.13.纸钳子拿两本类似的平装书然后互相交叉几页,将两本书推在一起。

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