国际物理奥林匹克竞赛由原捷克斯洛伐克、 匈牙利和波兰3国物理学家倡议发起的国际物理竞赛。1967年在波兰首都华沙举行第一届竞赛,共有五个国家参加。除发起3国以外,还有保加利亚和罗马尼亚。 自第二届起,参加的国家逐渐增多,1972年,西欧、北美国家也加入了这个竞赛,从此,成为国际性的物理竞赛。
为组织国际性物理学科竞赛,波兰的Cz。Sctstowski教授、捷克斯洛伐克的R。Kostial教授和匈牙利的n。Kunfalvi教授作了艰苦的准备工作,使得首届IPhO于1967年在波兰的首都华沙举行。
早期赛事参赛加国都是中欧国家。获邀参与国家包括保加利亚、捷克斯洛伐克、匈牙利及罗马尼亚(当中包括主办国波兰)每队有三名中学生及一名导师。
第一届学生需要解答四条理论及一条实验问题。
第二届物理奥林匹克由Rezs Kunfalvi举行,在匈牙利 布达佩斯举行。八个国家参与角逐。东德、苏联及南斯拉夫参与比赛。队中都是有三名中学生及一名导师。在第二届举办前举行一场淘汰赛。
第三届由Rostislav Kostial教授在 捷克斯洛伐克 布尔诺举行。该届有五名中学生及两名导师
第四届在1970年在苏联 莫斯科举行。每个国家派出六名学生及两名领队。此届比赛作出了少许改动。
自第五届1971年在保加利亚 索菲亚举行,每队有五名学生及两名领队。1978年及1980年没有举办国际物理奥林匹克。因为西方国家参赛的影响。西德是第一个参加此比赛的资本主义国家。因此东方国家取消1980年及1982年比赛。
1982年以后,西方国家可以自由参赛。从那之后每年均会决定举行的场地,每个国家需要在三年内不能举行两次比赛。
国际物理奥林匹克竞赛竞赛设立由参赛成员国组成的国际物理奥林匹克委员会。竞赛章程规定:目的是为增进中学物理教学的国际交流,通过竞赛促进开展物理学科的课外活动,以加强不同国家青年之间的友好关系和人民间的相互了解合作。同时帮助参赛者发展物理方面的创造力,把从学校学到的知识用于解决实际问题的能力。
国际物理奥林匹克竞赛每年举办一次。由各会员国轮流主办,并由各代表团团长和一名主办国指定的主席组成国际委员会。国际委员会的任务是公平合理地评卷,监督章程规定的执行情况,决定竞赛结果。
每一会员国可选派5名高中学生或技术学校学生参加竞赛。 参加者的年龄到竞赛开始的那一天不能超过20岁。参赛代表队要有2名团长,2名团长是国际委员会的成员,条件是能胜任解答赛题,能参加竞赛试卷的讨论和评分工作,并能通晓一种国际物理奥林匹克的工作语言。国际物理奥林匹克的工作语言是英文、法文、德文和俄文。代表团到达主办国时,团长要将参加学生及团长的情况告诉主办国家组织人员。
竞赛于每年6月底举行。竞赛分两天进行。第一天进行3道理论计算题竞赛,另一天的竞赛内容是1—2道实验题。中间有一天的休息。参赛者可使用计算尺、不带程序编制的计算器和对数表、物理常数表和制图工具,但不能使用数学和物理公式一览表。
一般准则
国际物理奥林匹克竞赛(a) 解答理论题和实验题时均不应要求使用大量微分和积分,以及使用复数或解微分方程。
(b) 题目可以含有本大纲规定以外的概念和现象,但题文中必须给予足够的数据,以免使参赛者因无这些主题的预备知识而处于不利的地位。
(c) 对参赛者可能不熟悉的精密实验仪器,不应在题目中占有主要地位。如果一定要用这类题材,则必须提供给参赛者详细的说明。
(d) 试题内文必须使用SI单位。
理论部分
在下面分栏中,第一栏是主要条目,第二栏则是必要的备注。
1、力学
(a)质点运动学基础。 | 质点位置、速度和加速度的向量描述。 |
(b)牛顿定律,惯性系统。 | 可出变质量的题目。 |
(c)封闭和开放系统、动量和能量、功、功率。 | |
(d)能量守恒、线动量守恒、冲量。 | |
(e)弹性力,摩擦力,引力定律,重力场中的位能和功。 | 胡克定律,摩擦系数(F/R=常数),静摩擦力和动摩擦力,位能零点的选择。 |
(f)向心加速度,多普勒定律。 |
2、刚体力学
(a)静力学,质量中心,力矩。 | 力偶、物体平衡条件。 |
(b)刚体运动、移动、转动,角加速度,角动量守恒。 | 只限于绕固定轴的角动量守恒。 |
(c)外力和内力,绕固定轴的刚体运动方程,转动惯量,转动物体的动能。 | 平行轴定理(Steiner定理),转动惯量的相加性。 |
(d)加速参考系,惯性力。 | 不要求知道科氏力公式。 |
3、流体力学
不专对这一部分出题,但希望学生知道压力、浮力、和能量连续定律的基本概念。
4、热力学和分子物理学
(a)内能,功和热,热力学第一和第二定律。 | 热平衡,与状态有关的物理量和与过程有关的物理量。 |
(b)理想气体模型,压力和分子动能,阿伏伽德罗数,理想气体状态方程式,绝对温度。 | 也包括应用分子观点探讨液体和固体中的简单现象,如沸腾、熔化等。 |
(c)等温和绝热过程中,气体膨胀所作的功。 | 不要求证明绝热过程方程式。 |
(d)卡诺循环,热力学效率,可逆和不可逆过程,熵 (统计观点),玻尔兹曼因子。 | 熵是与路径无关的函数,熵的改变和可逆性,准静态过程。 |
5、振动和波
(a)谐振动、谐振动方程式。 | 谐振动方程式求解,衰减和共振(定性)。 |
(b)谐波,波的传播,横波和纵波,线偏振,多普勒效应,声波。 | 行进波中的位移和波的图示法的理解,声速和光速的测定,多普勒效应(限一维),波在均匀和各向同性介质的传播,反射和折射,费马原理。 |
(c)谐波的迭加,相干波,干涉,拍,驻波。 | 知道波强与振辐的平方成正比,不要求做傅利叶分析,但是参赛者应理解复杂的波可由不同频率的简单正弦波合成。薄膜干涉及其它简单系统(不要求最后的公式),由副波迭加而成的波(绕射)。 |
6、电荷和电场
(a)电荷守恒,库仑定律。 | |
(b)电场、电位、高斯定律 | 高斯定律限于简单对称系统,如球、圆柱、平板等,电偶矩。 |
(c)电容器、电容,介电常数,电场的能量密度。 |
7、电流和磁场
(a)电流、电阻、电源的内电阻,欧姆定律,基尔霍夫定律,直流和交流的功和功率,焦耳定律。 | 简单的电路,可含已知V-I特性的非欧姆器件。 |
(b)电流的磁场(B)、磁场中的电流,洛伦兹力。 | 磁场中的粒子,如回旋加速器等的简单应用,磁偶矩。 |
(c)安培定律。 | 简单对称系统,如直导线、圆环、长螺线管等。 |
(d)电磁感应定律、磁通量,楞次定律,自感,电感,磁导率,磁场中的能量密度。 | |
(e)交流电,交流电路中的电阻器、电感器和电容器,电压和电流的共振(并联和串联)。 | 简单交流电路,时间常数,对具体共振电路参数的最后公式不作要求。 |
8、电磁波
(a)振荡电路,振荡频率,反馈振荡。 | |
(b)波动光学,单狭缝和双狭缝绕射,光栅和分办率,布莱格反射。 | |
(c)色散和绕射光谱,气体的线光谱。 | |
(d)电磁波是横波,反射波的偏振,偏振器 | 偏振波的迭加。 |
(e)成像系统的分辨率。 | |
(f)黑体,斯特藩-玻尔兹曼定律。 | 不要求知道普朗克黑体公式。 |
9、量子物理
(a)光电效应,光子的能量和冲量。 | 需要知道爱因斯坦公式。 |
(b)德布罗意波长,海森堡不确定性原理。 |
10、相对论
(a)相对论原理,速度的相加,相对论性多普勒效应。 | |
(b)相对论性运动方程式,动量、能量、质能关系,能量守恒和动量守恒。 |
11、物质
(a)布拉格公式的简单应用。 | |
(b)原子和分子的能级(定性),发射、吸收、类氢原子的光谱。 | |
(c)原子核的能级(定性),α-、β-、和γ-衰变,辐射的吸收,半衰期和指数衰减,原子核的组成粒子,质量缺损,核反应 |
实验部分
命题大纲的理论部分用做为所有实验试题的基础。实验试题中应含有测量。
附带要求:
(1) 参赛者必须认识到仪器会影响测量。
(2) 需具备有测量在A部分中所提及的各物理量的最常用的实验技巧。
(3) 需具备有常用的简单实验仪器的使用知识,如光标尺,温度计,简单的伏特计、欧姆计、和安培计,电位计,二极管,晶体管,简单的光学组件等等。
(4) 借助于适当的指导,有能力使用一些复杂仪器和装置例如双频道示波器,计数器,速率计,讯号和函数产生器,与计算器相连接的模拟-数字讯号转换器,放大器,积分器,电源供应器,三用电表(模拟和数字用)。
(5) 能适当地辨认误差来源并能估计出它们对最后结果的影响。
(6) 能分析绝对和相对误差,测量仪器的准确度,单项测量的误差,一系列测量的误差,由测量结果所导出的物理量的误差。
(7) 能适当选取变量,以转换成线性关系,并能找出配合实验数据点的最佳直线。
(8) 能适当地使用不同尺度的坐标纸(例如极坐标和对数坐标纸)。
(9) 在表达最后结果和误差时,能取用正确的有效数字,并能正确地舍去不需要的数字。
(10) 知道实验室工作的一般安全准则(但如果实验装置在使用上有任何安全顾虑时,则应在题文中给予适当的警告)。
首次参赛
中国于1986年接受国际物理奥林匹克的邀请,派出了3名高中生作为首次参赛的代表参加了第17届国际物理奥林匹克竞赛。此后每届均派出代表队参加。
(a)质点运动学基础。 | 质点位置、速度和加速度的向量描述。 |
(b)牛顿定律,惯性系统。 | 可出变质量的题目。 |
(c)封闭和开放系统、动量和能量、功、功率。 | |
(d)能量守恒、线动量守恒、冲量。 | |
(e)弹性力,摩擦力,引力定律,重力场中的位能和功。 | 胡克定律,摩擦系数(F/R=常数),静摩擦力和动摩擦力,位能零点的选择。 |
(f)向心加速度,多普勒定律。 |
(a)静力学,质量中心,力矩。 | 力偶、物体平衡条件。 |
(b)刚体运动、移动、转动,角加速度,角动量守恒。 | 只限于绕固定轴的角动量守恒。 |
(c)外力和内力,绕固定轴的刚体运动方程,转动惯量,转动物体的动能。 | 平行轴定理(Steiner定理),转动惯量的相加性。 |
(d)加速参考系,惯性力。 | 不要求知道科氏力公式。 |
(a)内能,功和热,热力学第一和第二定律。 | 热平衡,与状态有关的物理量和与过程有关的物理量。 |
(b)理想气体模型,压力和分子动能,阿伏伽德罗数,理想气体状态方程式,绝对温度。 | 也包括应用分子观点探讨液体和固体中的简单现象,如沸腾、熔化等。 |
(c)等温和绝热过程中,气体膨胀所作的功。 | 不要求证明绝热过程方程式。 |
(d)卡诺循环,热力学效率,可逆和不可逆过程,熵 (统计观点),玻尔兹曼因子。 | 熵是与路径无关的函数,熵的改变和可逆性,准静态过程。 |
(a)谐振动、谐振动方程式。 | 谐振动方程式求解,衰减和共振(定性)。 |
(b)谐波,波的传播,横波和纵波,线偏振,多普勒效应,声波。 | 行进波中的位移和波的图示法的理解,声速和光速的测定,多普勒效应(限一维),波在均匀和各向同性介质的传播,反射和折射,费马原理。 |
(c)谐波的迭加,相干波,干涉,拍,驻波。 | 知道波强与振辐的平方成正比,不要求做傅利叶分析,但是参赛者应理解复杂的波可由不同频率的简单正弦波合成。薄膜干涉及其它简单系统(不要求最后的公式),由副波迭加而成的波(绕射)。 |