國際物理奧林匹克競賽

國際物理奧林匹克競賽

這是由原捷克斯洛伐克、 匈牙利和波蘭3國物理學家倡議發起的國際物理競賽。1967年在波蘭首都華沙舉行第一屆競賽,共有五個國家參加。除發起3國以外,還有保加利亞和羅馬尼亞。 自第二屆起,參加的國家逐漸增多,1972年,西歐、北美國家也加入了這個競賽,從此,成為國際性的物理競賽。

  • 中文名稱
    國際物理奧林匹克競賽
  • 外文名稱
    International Physics Olympiad
  • 競賽目的
    增進中學物理教學的國際交流
  • 競賽時間
    每年舉辦一次每年6月底舉行

簡介

競賽設立由參賽成員國組成的國際物理奧林匹克委員會。競賽章程規定:目的是為增進中學物理教學的國際交流,通過競賽促進開展物理學科的課外活動,以加強不同國家青年之間的友好關系和人民間的相互了解合作。

國際物理奧林匹克競賽

同時幫助參賽者發展物理方面的創造力,把從學校學到的知識用于解決實際問題的能力。

國際物理奧林匹克競賽每年舉辦一次。由各會員國輪流主辦,並由各代表團團長和一名主辦國指定的主席組成國際委員會。

國際委員會的任務是公平合理地評卷,監督章程規定的執行情況,決定競賽結果。

每一會員國可選派5名高中學生或技術學校學生參加競賽。 參加者的年齡到競賽開始的那一天不能超過20歲。參賽代表隊要有2名團長,2名團長是國際委員會的成員,條件是能勝任解答賽題,能參加競賽試卷的討論和評分工作,並能通曉一種國際物理奧林匹克的工作語言。

國際物理奧林匹克的工作語言是英文、法文、德文和俄文。代表團到達主辦國時,團長要將參加學生及團長的情況告訴主辦國家組織人員。

競賽于每年6月底舉行。競賽分兩天進行。第一天進行3道理論計算題競賽,另一天的競賽內容是1-2道實驗題。中間有一天的休息。

參賽者可使用計算尺、不帶程式編製的電腦和對數表、物理常數表和製圖工具,但不能使用數學和物理公式一覽表。

競賽題由參加國提供題目,主辦國命題。在競賽前,賽題要保密。競賽題內容包括中學物理的4個部分(力學、熱力學和分子物理學、光學及原子和核物理學、電磁學) ,解題要求用標準的中等數學而不要用高等數學。

主辦國提出評卷標準並指定評卷人。每題滿分為10分。各代表團團長同時對自己團員競賽卷的復製品進行評定,最後協商決定成績。

評獎標準是以參賽者前三名的平均分數計為100%,參賽者達90% 以上者為一等獎,78-90%者為二等獎,65-78%者為三等獎,同時發給證書。

50-65%者給予表揚,不滿50%者發給參賽證明。競賽隻計個人名次,不計團體總分。最後競賽結果由國際委員會決定宣布。

歷史

由原捷克斯洛伐克、 匈牙利和波蘭3國物理學家倡議發起的國際物理競賽。1967年在波蘭首都華沙舉行第一屆競賽,共有五個國家參加。除發起3國以外,還有保加利亞和羅馬尼亞。

自第二屆起,參加的國家逐漸增多,1972年,西歐、北美國家也加入了這個競賽,從此,成為國際性的物理競賽。

為組織國際性物理學科競賽,波蘭的Cz。

Sctstowski教授、捷克斯洛伐克的R。

Kostial教授和匈牙利的n。

Kunfalvi教授作了艱苦的準備工作,使得首屆IPhO于1967年在波蘭的首都華沙舉行。

早期賽事參賽加國都是中歐國家。

獲邀參與國家包括保加利亞、捷克斯洛伐克、匈牙利及羅馬尼亞(當中包括主辦國波蘭)每隊有三名中學生及一名導師。

第一屆學生需要解答四條理論及一條實驗問題。

第二屆物理奧林匹克由Rezs Kunfalvi舉行,在匈牙利布達佩斯舉行。

八個國家參與角逐。東德、蘇聯及南斯拉夫參與比賽。隊中都是有三名中學生及一名導師。在第二屆舉辦前舉行一場淘汰賽。

第三屆由Rostislav Kostial教授在捷克斯洛伐克布爾諾舉行。該屆有五名中學生及兩名導師

第四屆在1970年在蘇聯莫斯科舉行。每個國家派出六名學生及兩名領隊。此屆比賽作出了少許改動。

自第五屆1971年在保加利亞索菲亞舉行,每隊有五名學生及兩名領隊。

1978年及1980年沒有舉辦國際物理奧林匹克。

因為西方國家參賽的影響。西德是第一個參加此比賽的資本主義國家。

因此東方國家取消1980年及1982年比賽。

1982年以後,西方國家可以自由參賽。從那之後每年均會決定舉行的場地,每個國家需要在三年內不能舉行兩次比賽。

理論測驗最少五小時及回答三條問題。大多數問題都多于一個部份。問題包括一條或兩條實驗題,需要五小時完成。

機構

lPhO的權威機構是賽期中由各國領隊和教學領隊(在我國也常譯為副領隊)組成的國際委員會,該委員會由主辦國的一名代表任主席。在每屆賽事開幕式後的第一次領隊會上,主辦國的這位代表(通常是該屆組委會的執行主席)在其座位上對著話筒發言時刻,便是本屆國際委員會的誕生時刻,講台上的那個席位也就自然地成了主席專座。

國際委員會有權對競賽章程和考綱提出修改意見;有權對東道國準備的理論考題進行有限製的選擇和對理論、實驗考題及評分標準提出修改意見;有權確定競賽結果的名次;有權選定以後各屆競賽的主辦包。

委員會的決議按簡單多數舉手通過,各國領隊和教學領隊票權均等,不過至今尚未發現有哪一個代表隊的這兩票分別投在不同的"陣營"中。表決時贊成與反對票數相同時,主席票所在的一方"勝"。這是主席僅有的一份權威,盡管其實施的概率微乎其微。

通常情況下,閉幕式之前的最後一次領隊會議結束時,在掌聲中本屆國際委員會自動解散。

隨著參賽國越來越多,兩屆賽事之間需要協調和處理的事務也越來越多。為了適應這種情況,1983年在羅馬尼亞舉行的第14屆競賽期間,原德意志聯邦共和國的GunlerLind博士提議建立常設性的"國際物理奧林匹克秘書處"。此提議即被採納,旋即推選波蘭科學院的Waldemar Gorzkowski(高日科夫斯基)博土為秘書,任期5年。高氏當選後,為IPhO作出了很大的貢獻。

從第14屆的16個參賽國擴大到第28屆的55個參賽國,在一定程度上應歸功于高氏的個人努力。為了分擔秘書的一部分工作,後又增設副秘書一人。值得一提的是無論正職還是副職,IPhO的秘書均有職無薪,而且在每屆國際委員會中除非他們兼任本國領隊或教學領隊,否則甚至不能成為一名普通的委員。高氏為人謙遜,從不以國際競賽的權威自居,雖然體質較弱卻仍為IPhO事業默默地奉獻著。他贏得的是人生最平凡而又最珍貴的東西--受人尊敬,也許這正是學科競賽不具有商業性價值的可貴之處。

賽事流程

每一代表隊包括5名年齡在20歲以下的中學生、1名領隊和1名副領隊,國際間旅費自負,東道國負責競賽期間各隊的食宿和旅遊費用。各國可自派觀察員參加,費用由派出國自籌。

賽期一般為9天。第1天報到後,隊員和領隊分開居住,住地一般相距幾公裏以上。東道國為每一參賽隊學生配備1名翻譯兼導遊,這對東道國來說是一種很大的負擔,有些國家難以承辦IPhO活動,其部分原因也在于此。因華裔子弟遍布世界各地,東道國為我們代表隊配備的翻譯幾乎都是在該國讀研究生的華人學子。

第2天上午是開幕式,常在大學禮堂舉行,氣氛淡雅肅穆,學術氣氛濃厚。開幕式後領隊與隊員暫不往來,且自覺地互不通電話聯系,有事均通過翻譯轉達。第2天下午學生由主辦者組織旅遊或參觀,領隊們則參加本屆國際委員會正式會議並集體討論、修改和通過理論賽題,再由各國領隊將題文翻譯成本國文字,交由組委會影印。會議開始時,各國領隊與觀察員分別就座,組委會執行主席及其助手們的座位安排在正前方。

東道國將3道理論題的題文和題解,以及評分標準的4種文本(英、俄、德、法)之一發給各國領隊。大約一小時後,命題者代表用英語向大家介紹該題的命題思想及解題思路等,然後大會討論,提出修改意見,最後通過這道理論題。3道題逐題進行,若其中某道題被否決,組委會便公開備用的第4道題。

3道題通過後常已近深夜,這期間除晚餐外,還供應飲料和點心。中國領隊們而後所做的翻譯工作,一般都會持續到次日清晨6點左右,真可謂"通宵達旦"。

第3天上午8點開始,學生們進行5小時的理論考試,其間有飲料和點心供應,學生們用本國文字答卷。組委會為領隊們安排旅遊或參觀活動;盡管大多數人已經非常疲乏,也許因為身臨異國他鄉,仍是遊興十足。

第3天下午東道國安排的休息性活動常能使領隊與學生有機會見面,然而師生間很少談及上午的考試,為的是不在情緒上影響後面的實驗考試。

第4天討論、修改、通過及翻譯實驗賽題。實驗賽題為1-2道,2道居多。

第5天學生分為兩組,分別在上、下午進行5小時的實驗考試。若有2道題,則每題2。5小時。實驗考試後學生們的緊張情緒驟然間消失,隊與隊之間頻繁交往,學生們"挨門串戶"地互贈小禮品,最受歡迎的當數各國硬幣。

此時,領隊們開始悉心研究由組委會送來的本隊隊員的試卷影印件,上面有評分結果。分數由東道國專設的閱卷小組評定,在評定我國學生試卷時,常請另一位懂中文的研究生協助閱讀試卷上的中文內容。

東道國通常在第6、7天安排各國領隊與閱卷小組成員面談,商討和解決評分中可能出現的差錯和意見分歧。第7天的下午或晚上舉行最後一次國際委員會會議,多數領隊借此機會互贈小禮品。會議最重要的議程是通過學生的獲獎名單。理論題每題10分,滿分30分;實驗題若有2道,則每題10分,滿分20分。

按章程規定,前三名選手的平均積分計為100%,積分達90%者,授予一等獎(金牌);積分低于90%而達78%者,授予二等獎(銀牌);積分低于78%而達65%者,授予三等獎(銅牌);積分低于65%而達50%者,授予表揚獎;積分低于50%者,發給參賽證書。上述評獎積分界限均舍尾取整。例如第24屆IPhO前三名平均積分為40。53分,其90%為36。48,取整為36分,即成金牌分數線。通常得獎人數佔參賽人數的一半。金牌第1名被授予特別獎。

此外,還可由東道國自設各種特別獎,例如女生最佳獎、各試題的解答最佳獎等。按章程"此競賽為個人之間的競賽",所以不評團體獎,但大家對每個代表隊的總成績還是比較重視的,所謂團體總分第一或第二,即基于這一重視而自行統計所排"座次"。

第8天上午或下午舉行隆重的頒獎和閉幕式,常有東道國學生的鼓樂隊來表演助興。當向金牌第1名頒發特別獎時,全體起立鼓掌祝賀,形成頒獎活動的高潮。閉幕式的最後一項內容是由本屆主辦國代表將國際物理教育委員會授予IPhO的銅質獎章和證書移交給下一屆東道國組委會代表,後者隨即發言歡迎各國組隊參加下一屆IPhO。閉幕式後的中午或晚上舉行正式宴會,宴會中東道國常邀請各隊學生表演節目,在歡笑聲中互相告別。

第9天由東道國派車送各隊赴機場回國,為這友誼的IPhO活動劃上圓滿的句號。

競賽大綱

一般準則

(a) 解答理論題和實驗題時均不應要求使用大量微分和積分,以及使用復數或解微分方程。

(b) 題目可以含有本大綱規定以外的概念和現象,但題文中必須給予足夠的資料,以免使參賽者因無這些主題的預備知識而處于不利的地位。

(c) 對參賽者可能不熟悉的精密實驗儀器,不應在題目中佔有主要地位。如果一定要用這類題材,則必須提供給參賽者詳細的說明。

(d) 試題內文必須使用SI單位。

理論部份

在下面分欄中,第一欄是主要條目,第二欄則是必要的備註。

1、力學

(a)質點運動學基礎。

質點位置、速度和加速度的向量描述。

(b)牛頓定律,慣性系統。

可出變質量的題目。

(c)封閉和開放系統、動量和能量、功、功率


(d)能量守恆、線動量守恆、沖量。


(e)彈性力,摩擦力,引力定律,重力場中的位能和功。

胡克定律,摩擦系數(F/R=常數),靜摩擦力和動摩擦力,位能零點的選擇。

(f)向心加速度,多普勒定律。


2、剛體力學

(a)靜力學,質量中心,力矩。

力偶、物體平衡條件。

(b)剛體運動、移動、轉動,角加速度,角動量守恆。

隻限于繞固定軸的角動量守恆。

(c)外力和內力,繞固定軸的剛體運動方程,轉動慣量,轉動物體的動能。

平行軸定理(Steiner定理),轉動慣量的相加性。

(d)加速參考系,慣性力。

不要求知道科氏力公式。

3、流體力學

不專對這一部分出題,但希望學生知道壓力、浮力、和能量連續定律的基本概念。

4、熱力學和分子物理學

(a)內能,功和熱,熱力學第一和第二定律。

熱平衡,與狀態有關的物理量和與過程有關的物理量。

(b)理想氣體模型,壓力和分子動能,阿伏伽德羅數,理想氣體狀態方程式,絕對溫度。

也包括套用分子觀點探討液體和固體中的簡單現象,如沸騰、熔化等。

(c)等溫和絕熱過程中,氣體膨脹所作的功。

不要求證明絕熱過程方程式。

(d)卡諾迴圈,熱力學效率,可逆和不可逆過程,熵 (統計觀點),玻爾茲曼因子。

熵是與路徑無關的函式,熵的改變和可逆性,準靜態過程。

5、振動和波

(a)諧振動、諧振動方程式。

諧振動方程式求解,衰減和共振(定性)。

(b)諧波,波的傳播,橫波和縱波,線偏振,多普勒效應,聲波。

行進波中的位移和波的圖示法的理解,聲速和光速的測定,多普勒效應(限一維),波在均勻和各向同性介質的傳播,反射和折射,費馬原理。

(c)諧波的迭加,相幹波,幹涉,拍,駐波。

知道波強與振輻的平方成正比,不要求做傅利葉分析,但是參賽者應理解復雜的波可由不同頻率的簡單正弦波合成。薄膜幹涉及其它簡單系統(不要求最後的公式),由副波迭加而成的波(繞射)。

6、電荷和電場

(a)電荷守恆,庫侖定律


(b)電場、電位、高斯定律

高斯定律限于簡單對稱系統,如球、圓柱、平板等,電偶矩。

(c)電容器、電容,介電常數,電場的能量密度。


7、電流和磁場

(a)電流、電阻、電源的內電阻,歐姆定律,基爾霍夫定律,直流和交流的功和功率,焦耳定律

簡單的電路,可含已知V-I特徵的非歐姆器件。

(b)電流的磁場(B)、磁場中的電流,洛倫茲力。

磁場中的粒子,如回旋加速器等的簡單套用,磁偶矩。

(c)安培定律。

簡單對稱系統,如直導線、圓環、長螺線管等。

(d)電磁感應定律、磁通量,楞次定律,自感,電感,磁導率,磁場中的能量密度。


(e)交流電,交流電路中的電阻器、電感器和電容器,電壓和電流的共振(並聯和串聯)。

簡單交流電路,時間常數,對具體共振電路參數的最後公式不作要求。

8、電磁波

(a)振蕩電路,振蕩頻率,反饋振蕩。


(b)波動光學,單狹縫和雙狹縫繞射,光柵和分辦率,布萊格反射。


(c)色散和繞射光譜,氣體的線光譜。


(d)電磁波是橫波,反射波的偏振,偏振器

偏振波的迭加。

(e)成像系統的解析度。


(f)黑體,斯特藩-玻爾茲曼定律。

不要求知道普朗克黑體公式。

9、量子物理

(a)光電效應,光子的能量和沖量。

需要知道愛因斯坦公式。

(b)德布羅意波長,海森堡不確定性原理。


10、相對論

(a)相對論原理,速度的相加,相對論性多普勒效應。


(b)相對論性運動方程式,動量、能量、質能關系,能量守恆和動量守恆。


11、物質

(a)布拉格公式的簡單套用。


(b)原子和分子的能級(定性),發射、吸收、類氫原子的光譜。


(c)原子核的能級(定性),α-、β-、和γ-衰變,輻射的吸收,半衰期和指數衰減,原子核的組成粒子,質量缺損,核反應


實驗部分

命題大綱的理論部分用做為所有實驗試題的基礎。實驗試題中應含有測量。

附帶要求:

(1) 參賽者必須認識到儀器會影響測量。

(2) 需具備有測量在A部分中所提及的各物理量的最常用的實驗技巧。

(3) 需具備有常用的簡單實驗儀器的使用知識,如游標尺,溫度計,簡單的伏特計、歐姆計、和安培計,電位計,二極體,電晶體,簡單的光學組件等等。

(4) 借助于適當的指導,有能力使用一些復雜儀器和裝置例如雙頻道示波器,計數器,速率計,訊號和函式產生器,與電腦相連線的模擬-數位訊號轉換器,放大器,積分器,電源供應器,三用電表(模擬和數位用)。

(5) 能適當地辨認誤差來源並能估計出它們對最後結果的影響。

(6) 能分析絕對和相對誤差,測量儀器的準確度,單項測量的誤差,一系列測量的誤差,由測量結果所導出的物理量的誤差。

(7) 能適當選取變數,以轉換成線性關系,並能找出配合實驗資料點的最佳直線。

(8) 能適當地使用不同尺度的坐標紙(例如極坐標和對數坐標紙)。

(9) 在表達最後結果和誤差時,能取用正確的有效數位,並能正確地舍去不需要的數位。

(10) 知道實驗室工作的一般安全準則(但如果實驗裝置在使用上有任何安全顧慮時,則應在題文中給予適當的警告)。

中國首次參賽

中國于1986年接受國際物理奧林匹克的邀請,派出了3名高中生作為首次參賽的代表參加了第17屆國際物理奧林匹克競賽。此後每屆均派出代表隊參加。

相關詞條

其它詞條