2016国际青年物理学家锦标赛题(IYPT)中文版

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中国大学生物理学术竞赛

2013年8月12日—17日，第四届中国大学生物理学术竞赛在兰州大学举行，全国38所高校的39支代表队参加了本届竞赛，最终南开大学、北京大学和哈尔滨工业大学以五轮对抗赛总成绩排名前三进入决赛，另有北京师范大学因在所有五轮预选对抗赛中均获得所在分赛场的最高成绩而作为第四支队伍进入决赛。
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。

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

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。

2019年IYPT竞赛题目中英文版

14.循环摆
将一重一轻两个负载通过水平杆上的一根绳子相连，并下拉轻负载以吊起重负载。释放轻负载，它将围着杆扫动，从而阻止重负载落到地面。探究此现象。
15.Newton’s Cradle
The oscillations of a Newton's cradle willgradually decay until the spheres come to rest. Investigate how the rate of decayof a Newton's cradle depends on relevant parameters such as the number,material, and alignment of the spheres.
16．下沉的气泡
当一个盛有液体（例如水）的容器垂直振动时，液体中的气泡可能不会上升，而是向下运动。探究此现象。
17.Popsicle Chain Reaction
Wooden popsicle sticks can be joinedtogether by slightly bending each of them so that they interlock in a so-called“cobraweave” chain. When such a chain has one ofits ends released, the sticks rapidly dislodge, and a wave front travels alongthe chain. Investigate the phenomenon.
8. 科幻之声
敲击螺旋弹簧可以模拟出类似科幻电影中“激光枪”的声音。探究并解释这一现象。
9.Soy Sauce Optics

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CUPT: China Undergraduate Physics Tournament2018年版（2017年12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。

这种模式不仅可以锻炼学生分析问题、解决问题的能力，提高科研素养，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、能力和素质得到全面协调发展。

CUPT借鉴IYPT的竞赛模式，由南开大学于2008年首次引入我国的大学生物理能力训练。

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，并演变为国际青年物理学家锦标赛。

截至2017年，该项赛事已成功举办了30届。

IYPT模式也推广到各国大学生的物理竞赛中，并于2009年衍生出了大学生的国际物理学家锦标赛（International Physicists' Tournament, 简称IPT）。

2017年，第9届IPT在瑞典成功举办。

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。

竞赛淡化锦标意识，侧重高校学子间的学术交流，针对17个开放性的问题各参赛团队各抒己见、友好讨论、展示风采、相互学习、共同提高。

该项赛事得到了教育部的大力支持，也是落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》的一项重要大学生创新竞赛活动，已列入中国物理学会物理教学指导委员会的工作计划。

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

青年物理学家竞赛，也被称为 ” 物理世界杯 ” （Ｗｏｒｌｄｐｈｙｓｉｃｓｃｕｐ），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１９８８年发起，并从１９９４年开始逐步开始在世界范围内推广举行，至今已经举行了２３届。伴随着ＩＹＰＴ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，ＩＹＰＴ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。２００７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２Ｏ届ＩＹＰＴ进行考察，并提出第２２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。２００７年１１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３００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２００８年５月参加了在克罗地亚举办的第２１届ＩＹＰＴ，并在参赛的２１支队伍中取得了第八名的优异成绩，

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。

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。

第十六届国际中学生物理奥林匹克竞赛试题(理论部分)

第十六届国际中学生物理奥林匹克竞赛试题(理论部分)(1985 南斯拉夫波尔托罗日)题1 一位年青的业余无线电爱好者用无线电与住在两个镇上的两位女孩保持联系。

他放置两根竖直的天线棒，使得当住在A镇的女孩接收到最大信号时，住在B镇的女孩接收不到信号，反之也一样。

这个天线阵由两根竖直的天线棒构成，它们在水平面内均匀地向各个方向发射同等强度的信号。

(a)求此天线阵的参数，即两棒间距离及它们的方位和馈入两棒电信号之间的位相差，使得两棒间距离为最小。

(b)求上述数值解。

如果男孩的无线电台发射27MH Z的电磁波，该天线阵位于波尔托罗日，利用地图，他发现正北方与A方向(科佩尔)和B方向(位于伊斯特拉半岛上的小镇布热)的夹角分别为158°和72°。

〔解〕a)如图16-1所示，设A方向和B方向的夹角为φ，两棒间距为r，棒间连线与A方向夹角为a。

A方向最小位相差为：ΔA=2πcosα+ΔφB方向的最小位相差为：ΔB=2πcos(ψ-α)+ΔφΔφ为两根天线之间的相位差。

当A方向强度最小，B方向强度最大时，ΔA=(2n+1)π，ΔB=2κπ。

则ΔB-ΔA=(2(κ-n)-1)π=2π。

〔cos(ψ-α)-cosα〕得到r.当ψ一定时，只有k=n，α-=-时，r为最小，或者k=n+1，α-=时，r也为最小。

此时，r最小=把上述结果代入含有Δφ的方程中，可得Δφ=π/2(k=n时)，或Δφ=-时，(k=n+1时)当Δφ从变为-时，产生的效应正好相反，即A方向强度最大，B方向强度为0。

b)如图16-2所示，A方向和B方向夹角为ψ=157°-72°=85°则棒间距最小为r最小====4.1(米)两棒连线与A方向夹角为α=+90°=132.5°题2一根边长为a、b、c(a>>b>>c)的矩形截面长棒，是由半导体锑化铟制成的。

棒中有平行于a边的电流I流过。

16届全国中学生物理竞赛复赛试题及答案

第十六届全国中学生物理竞赛复赛试题全卷共六题，总分为140分。

一、（20分）一汽缸的初始体积为V0，其中盛有2mol的空气和少量的水（水的体积可以忽略）。

平衡时气体的总压强是3.0atm，经做等温膨胀后使其体积加倍，在膨胀结束时，其中的水刚好全部消失，此时的总压强为2.0atm。

若让其继续作等温膨胀，使体积再次加倍。

试计算此时：1．汽缸中气体的温度；2．汽缸中水蒸气的摩尔数；3．汽缸中气体的总压强。

假定空气和水蒸气均可以当作理想气体处理。

二、（25分）两个焦距分别是f1和f2的薄透镜L1和L2，相距为d，被共轴地安置在光具座上。

1．若要求入射光线和与之对应的出射光线相互平行，问该入射光线应满足什么条件？2．根据所得结果，分别画出各种可能条件下的光路示意图。

三、（25分）用直径为1mm的超导材料制成的导线做成一个半径为5cm的圆环。

圆环处于超导状态，环内电流为100A。

经过一年，经检测发现，圆环内电流的变化量小于10-6A。

试估算该超导材料电阻率数量级的上限。

提示：半径为的圆环中通以电流后,圆环中心的磁感应强度为,式中、、各量均用国际单位，。

四、（20分）经过用天文望远镜长期观测，人们在宇宙中已经发现了许多双星系统，通过对它们的研究，使我们对宇宙中物质的存在形势和分布情况有了较深刻的认识。

双星系统由两个星体构成，其中每个星体的线度都远小于两星体之间的距离。

一般双星系统距离其他星体很远，可以当作孤立系统处理。

现根据对某一双星系统的光度学测量确定，该双星系统中每个星体的质量都是，两者相距。

他们正绕两者连线的中点作圆周运动。

1. 试计算该双星系统的运动周期。

2. 若实验上观测到的运动周期为，且。

为了解释与的不同，目前有一种流行的理论认为，在宇宙中可能存在一种望远镜观测不到的暗物质。

作为一种简化模型，我们假定在这两个星体连线为直径的球体内均匀分布着这种暗物质，而不考虑其它暗物质的影响。

试根据这一模型和上述观测结果确定该星系间这种暗物质的密度。

2016第32届全国中学生物理竞赛预赛试题及参考答案与解析

第32届全国中学生物理竞赛预赛试卷本卷共16题，满分200分．一、选择题．本题共5小题，每小题6分．在每小题给出的4个选项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意。

把符合题意的选项前面的英文字母写在每小题后面的方括号内．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分．1.2014年3月8日凌晨2点40分，马来西亚航空公司一架波音777-200飞机与管制中心失去联系．2014年3月24日晚，初步确定失事地点位于南纬31º52′、东经115 º 52′的澳大利亚西南城市珀斯附近的海域．有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，每天上午同一时刻在该区域正上方对海面拍照，则 A.该卫星一定是地球同步卫星B.该卫星轨道平面与南纬31 º 52′所确定的平面共面C.该卫星运行周期一定是地球自转周期的整数倍D.地球自转周期一定是该卫星运行周期的整数倍2.23892U（铀核）衰变为22288Rn（氡核）要经过A.8次α衰变，16次β衰变B.3次α衰变，4次β衰变C.4次α衰变，16次β衰变D. 4次α衰变，4次β衰变3．如图，一半径为R的固定的光滑绝缘圆环，位于竖直平面内；环上有两个相同的带电小球a和b(可视为质点)，只能在环上移动，静止时两小球之间的距离为R。

现用外力缓慢推左球a使其到达圆环最低点c，然后撤除外力．下列说法正确的是A.在左球a到达c点的过程中，圆环对b球的支持力变大B．在左球a到达c点的过程中，外力做正功，电势能增加。

C.在左球a到达c点的过程中，a、b两球的重力势能之和不变D.撤除外力后，a、b两球在轨道上运动过程中系统的能量守恒4．如图，O 点是小球平抛运动抛出点；在O 点有一个频闪点光源，闪光频率为30Hz ；在抛出点的正前方，竖直放置一块毛玻璃，小球初速度与毛玻璃平面垂直．在小球抛出时点光源开始闪光．当点光源闪光时，在毛玻璃上有小球的一个投影点．已知图中O 点与毛玻璃水平距离L=1．20 m ，测得第一、二个投影点之间的距离为0.05 m ．取重力加速度g =10m/s 2．下列说法正确的是 A.小球平抛运动的初速度为4m/sB ．小球平抛运动过程中，在相等时间内的动量变化不相等C ．小球投影点的速度在相等时间内的变化量越来越大D.小球第二、三个投影点之间的距离0．15m 5．某同学用电荷量计(能测出一段时间内通过导体横截面的电荷量)测量地磁场强度，完成了如下实验：如图，将面积为S ，电阻为"的矩形导线框abcd 沿图示方位水平放置于地面上某处，将其从图示位置绕东西轴转180º，测得通过线框的电荷量为Q 1；将其从图示位置绕东西轴转90 º ，测得通过线框的电荷量为Q 2.该处地磁场的磁感应强度大小应为 A.22214Q Q S R + B.2221Q Q SR + C.2221212Q Q Q Q S R ++ D.222121Q Q Q Q SR ++二、填空题．把答案填在题中的横线上．只要给出结果，不需写出求得结果的过程． 6．(10分)水平力F 方向确定，大小随时间的变化如图a 所示；用力F 拉静止在水平桌面上的小物块，在F 从0开始逐渐增大的过程中，物块的加速度a 随时间变化的图象如图b 所示．重力加速度大小为10m/s 2。

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.。