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全国中学生物理竞赛内容提要


全国中学生物理竞赛内容提要
全国中学生物理竞赛委员会委员: 关于修订全国中学生物理竞赛内容提要,近三年来已经开过多次研讨会议。现将研讨
会议后形成的待审稿发给各位委员, 请审查和修改。 将于 2011 年在西安举行的第 28 届全国 中学生物理竞赛决赛期间召开的全国中学生物理竞赛委员会全体会议上进行审定。 若经全会 审定后通过,将于 2013 年开始实行。 全

国中学生物理竞赛委员会常务委员会 2011 年 9 月

全国中学生物理竞赛内容提要
(2011 年 11 月修订,2013 年开始实行) 说明:按照中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会第 9 次全体会议(1990 年)的建议,由中 国物理学会全国中学生物理竞赛委员会常务委员会根据 《全国中学生物理竞赛章程》 中关于 命题原则的规定,结合我国中学生的实际情况,制定了《全国中学生物理竞赛内容提要》 , 作为今后物理竞赛预赛、 复赛和决赛命题的依据。 它包括理论基础、 实验、 其他方面等部分。 1991 年 2 月 20 日经全国中学生物理竞赛委员会常务委员会扩大会议讨论通过并开始试行。 1991 年 9 月 11 日在南宁经全国中学生物理竞赛委员会第 10 次全体会议通过,开始实施。 经 2000 年全国中学生物理竞赛委员会第 19 次全体会议原则同意, 对 《全国中学生物理 竞赛内容提要》做适当的调整和补充。考虑到适当控制预赛试题难度的精神, 《内容提要》 中新补充的内容用“※”符号标出,作为复赛题和决赛题增补的内容,预赛试题仍沿用原规 定的《内容提要》 ,不增加修改补充后的内容。 2005 年,中国物理学会常务理事会对《全国中学生物理竞赛章程》进行了修订。依据 修订后的章程, 决定由全国中学生物理竞赛委员会常务委员会组织编写 《全国中学生物理竞 赛实验指导书》 ,作为复赛实验考试题目的命题范围。 2011 年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订,经全国中学生物理竞赛委员 会第 30 次全体会议通过,2013 年开始实行。 (2011 年的修订内容用黑色楷体字表示) 一、.理 论 基 础 力 1. 运动学 参考系 坐标系 直角坐标系 ※平面极坐标 质点运动的位移和路程 速度 加速度 矢量和标量 矢量的合成和分解 ※矢量的标积和矢积 学

匀速及匀变速直线运动及其图像 运动的合成 抛体运动 圆周运动 ※曲线运动中的切向加速度和法向加速度 相对速度 伽里略速度变换 刚体的平动和绕定轴的转动 角速度和角加速度 2.牛顿运动定律 力学中常见的几种力 牛顿第一、二、三运动定律 惯性参考系 摩擦力 弹性力 胡克定律 万有引力定律 均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式(不要求导出) ※非惯性参考系 ※平动加速参考系中的惯性力 ※匀速转动参考系中的惯性离心力

视重 3.物体的平衡 共点力作用下物体的平衡 力矩 刚体的平衡条件 ※平行力的合成 重心

物体平衡的种类 4.动量 冲量 动量 质点与质点组的动量定理 动量守恒定律 ※质心 ※质心运动定理 反冲运动及火箭 5.※角动量 ※冲量矩 ※角动量 ※质点和质点组的角动量定理 (不引入转动惯量) ※角动量守恒 定律 6.机械能 功和功率 动能和动能定理 重力势能 引力势能 质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式(不要求导出) 弹簧的弹性势能 功能原理 机械能守恒定律 碰撞 恢复系数 7.天体运动 在万有引力作用下物体的运动 开普勒定律 行星和人造天体的圆轨道和椭圆轨道运动 8.流体静力学 静止流体中的压强 浮力 9.振动 简谐振动 ( x ? A cos(?t ? ? ) ) 振幅 频率和周期 相位 振动的图像 参考圆 简谐振动的速度 v ? ??A sin(?t ? ? )

(线性)恢复力 由动力学方程确定简谐振动的频率 简谐振动的能量 同方向同频率简谐振动的合成 阻尼振动 受迫振动和共振(定性了解) 10.波和声 横波和纵波 波长 频率和波速的关系 波的图像 ※平面简谐波的表示式 y ? A cos ? (t ? ) 波的干涉 ※驻波 波的衍射(定性) 声波 声音的响度、音调和音品 声音的共鸣 乐音和噪声 ※多普勒效应 热 学

x v

1. 分子动理论 原子和分子的数量级 分子的热运动和碰撞 布朗运动 气体分子热运动速率分布(定性) 温度的微观意义 分子热运动的动能 ※气体分子的平均移动动能 玻尔兹曼常量 分子力 分子间的势能 物体的内能 2.气体的性质 ※温标 热力学温标 理想气体状态方程 普适气体恒量 理想气体状态方程的微观解释(定性) 3.热力学第一定律 热力学第一定律 理想气体的内能 热力学第一定律在理想气体等容、等压、等温和绝热过程中的应用 ※定容摩尔热容量

和定压摩尔热容量 ※等温过程中的功(不要求导出) ※绝热过程方程(不要求导出) ※热机及其效率 ※致冷机和致冷系数 4.※热力学第二定律 ※热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述 ※可逆过程与不可逆过程 ※宏观过程的不可逆性

※理想气体的自由膨胀 ※热力学第二定律的统计意义

5.液体的性质 液体分子运动的特点 表面张力系数 ※球形液面两边的压强差 浸润现象和毛细现象(定性) 6.固体的性质 晶体和非晶体 空间点阵 固体分子运动的特点 7.物态变化 熔化和凝固 熔点 熔化热 蒸发和凝结 饱和气压 沸腾和沸点 汽化热 临界温度 固体的升华 空气的湿度和湿度计 露点 8.热传递的方式 传导 ※导热系数 对流 辐射 ※黑体辐射的概念 ※斯忒番定律 9.热膨胀 热膨胀和膨胀系数 电 1.静电场 电荷守恒定律 库仑定律 静电力常量和真空介电常数 电场强度 电场线 点电荷的场强 场强叠加原理 匀强电场 ※无限大均匀带电面的场强(不要求导出) 均匀带电球壳壳内的场强和壳外的场强公式(不要求导出) 电场中的导体 静电屏蔽 电势和电势差 等势面 点电荷电场的电势公式(不要求导出) 电势叠加原理 均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式(不要求导出) 电容 平行板电容器的电容公式 电容器的连接 电容器充电后的电能 电介质的极化 介电常量 ※球形电容器的电容公式 学

2.稳恒电流 欧姆定律 电阻率和温度的关系 电功和电功率 电阻的串、并联 电动势 闭合电路的欧姆定律 一段含源电路的欧姆定律 ※基尔霍夫定律 电流表 电压表 欧姆表 惠斯通电桥 补偿电路 3.物质的导电性 金属中的电流 欧姆定律的微观解释 ※液体中的电流 ※法拉第电解定律 ※气体中的电流 ※被激放电和自激放电(定性) 真空中的电流 示波器 半导体的导电特性 p 型半导体和 n 型半导体 ※P-N 结 晶体二极管的单向导电性※及其微观解释(定性) 三极管的放大作用(不要求机

理) 超导现象 4.磁场 电流的磁场 磁感应强度 磁感线 匀强磁场 长直导线、圆线圈、螺线管中的电流的磁场分布(定性) ※无限长直导线中电流的磁场的表示式 ※圆线圈中电流的磁场在轴线上表示式 ※无

限长螺线管中的电流的磁场的表示式 ※真空磁导率 安培力 洛伦兹力 电子荷质比的测定 质谱仪 回旋加速器 霍尔效应 5. 电磁感应 法拉第电磁感应定律 楞次定律 ※感应电场(涡旋电场) ※电子感应加速器 自感和互感 自感系数 ※通电自感磁能(不要求推导)

6.交流电 交流发电机原理 交流电的最大值和有效值 纯电阻、纯电感、纯电容电路 感抗和容抗 ※电流和电压的相位差

整流 滤波和稳压 理想变压器 三相交流电及其连接法 感应电动机原理 7.电磁振荡和电磁波 电磁振荡 振荡电路及振荡频率 电磁波谱 电磁场和电磁波 电磁波的波速 赫兹实验 电磁波的发射和调制 电磁波的接收、调谐、检波 光 学

1. 几何光学 光的直进 反射 折射 全反射 光的色散 折射率与光速的关系 平面镜成像 球面镜成像公式及作图法 ※球面折射成像公式 ※焦距与折射率、球面半径的关系 薄透镜成像公式及作图法 眼睛 放大镜 显微镜 望远镜 2.波动光学 光程 光的干涉 双缝干涉 光的衍射 单缝衍射(定性) ※分辩本领(不要求导出) 光谱和光谱分析 近 代 物 理 1.光的本性 光电效应 爱因斯坦方程 光的波粒二象性 光子的能量与动量 2.原子结构 卢瑟福实验 原子的核式结构 玻尔模型 用玻尔模型解释氢光谱 玻尔模型的局限性 原子的受激辐射 激光的产生(定性)和特性 3.原子核 原子核的量级 天然放射现象 原子核的衰变 半衰期 放射线的探测 质子的发现 中子的发现 原子核的组成 核反应方程 质能方程 裂变和聚变 4.粒子 “基本粒子” 夸克 四种基本相互作用

(简单知识)

实物粒子具有波粒二象性 ※物质波 德布罗意关系 p ?

h

?

h ※不确定关系 ?p?x ? 4?
5.※狭义相对论 爱因斯坦假设 时间和长度的相对论效应 相对论动量 p ? m v ?

m0 v 1? v2 c2

相对论能量 E ? m c2 ?

m0 c 2 1? v2 c2

相对论动量和能量关系 E 2 ? p 2 c 2 ? m2 c4 0 6.※太阳系,银河系,宇宙和黑洞的初步知识. 数 学 基 础 1.中学阶段全部初等数学(包括解析几何). 2.矢量的合成和分解,极限、无限大和无限小的初步概念. 3.※导数及其应用(限于高中教学大纲所涉及的内容)

二、实验 全国中学生物理竞赛常委会组织编写的《全国中学生物理竞赛实验指导书》中的 34 个实验 是全国中学生物理竞赛复赛实验考试内容的范围.这 34 个实验的名称是: ※实验一实验误差; 实验二气轨上研究瞬时速度; ※实验三杨氏模量; ※实验四用单摆测重力加速度; 实验五气轨上研究碰撞过程中动量和能量变化; 实验六测量声速; 实验七弦线上的驻波实验; 实验八冰的熔化热; 实验九线膨胀率; ※实验十液体比热容; ※实验十一数字万用电表的使用; ※实验十二制流和分压电路; ※实验十三测定直流电源的参数并研究其输出特性; ※实验十四磁电式直流电表的改装; ※实验十五用量程为 200mV 的数字电压表组成多量程的电压表和电流表; ※实验十六测量非线性元件的伏安特性;

※实验十七平衡电桥测电阻; ※实验十八示波器的使用; 实验十九观测电容特性; ※实验二十检测黑盒子中的电学元件(电阻,电容,电池,二极管); ※实验二十一测量温度传感器的温度特性; ※实验二十二测量热敏电阻的温度特性; ※实验二十三用霍尔效应测量磁场; ※实验二十四测量光敏电阻的光电特性(有、无光照时的伏安特性;光电特性); ※实验二十五研究光电池的光电特性; ※实验二十六测量发光二极管的光电特性(用 eU 阈=hc/λ 估算发光波长); ※实验二十七研究亥姆霍兹线圈轴线磁场的分布; ※实验二十八测定玻璃的折射率; ※实验二十九测量薄透镜的焦距; ※实验三十望远镜和显微镜; ※实验三十一光的干涉现象; ※实验三十二光的夫琅禾费衍射; 实验三十三分光计的使用与极限法测折射率; 实验三十四光谱的观测. 注:带※为我区复赛可选实验 各省(自治区、直辖市)竞赛委员会根据本省的实际情况从《全国中学生物理竞赛实验 指导书》的 34 个实验中确定并公布不少于 20 个实验作为本省(自治区、直辖市)物理竞赛 复赛实验考试的内容范围,复赛实验的试题从公布的实验中选定,具体做法见《关于全国中 学生物理竞赛实验考试、命题的若干规定》 . 全国中学生物理竞赛决赛实验以本《内容提要》中的“理论基础”和《全国中学生物理 竞赛实验指导书》作为命题的基础. 三. 其 他 方 面 物理竞赛的内容有一部分有较大的开阔性,主要包括以下三方面: 1. 物理知识在各方面的应用;对自然界、 、科技、生产和日常生活中一些物理现象的解释. 2. 近代物理的一些重大成果和现代的一些重大信息. 3. 一些有重要贡献的物理学家的姓名和他们的主要贡献.

附: 关于全国中学生物理竞赛实验考试、命题的若干规定 (2005 年)为了使更多的地区、更多的优秀学生的物理实验水平和素养有较大的提高,为了让 更多的优秀学生有机会参加实验培训,为了使复赛实验考试更加公正、公平,增加透明度, 特制定以下规定.各省(自治区、直辖市)竞赛委员会必须严格按照本规定组织本省有关复赛 实验的活动. 一、 全国中学生物理竞赛委员会常务委员会(以下简称常委会)组织编写的《全国中学生物 理竞赛实验指导书》(以下简称《实验指导书》)中的 34 个实验是全国中学生物理竞赛复赛 实验考试的内容范围.各省(自治区、直辖市)竞赛委员会要会同本省有关专家和高等学校 结合本省实际情况,从这 34 个实验中确定全部或一部分实验,作为本省(自治区、直辖市)

复赛实验考试的范围.确定的实验数不得少于 20 个,其中必须包括实验一“实验误差” 、实 验十一“数字万用表的使用” 、实验十二“制流和分压电路” 、实验十八“示波器的使用”这 四个基本实验.有的实验中含有“设计实验” ,这部分实验要求属于决赛的实验考试要求, 复赛实验考试不涉及这部分实验. 本省确定的复赛实验考试内容范围必须向本省准备参加物 理竞赛的全体考生公布, 公布的时间不得晚于复赛考试前 6 个月. 各省的复赛实验试题必须 从本省公布的实验中选定. 二、 各省(自治区、直辖市)的竞赛委员会要在省(自治区、直辖市)物理学会的领导下 与本省(自治区、直辖市)有关高校协商设立物理竞赛实验培训点和组织本省(自治区、直 辖市)的实验培训工作.培训点可设在省(自治区、直辖市) 、市两级的高等学校.培训点 要根据《实验指导书》的要求对学生进行培训,着眼于提高学生的实验水平和实验素养. 三、 各省 (自治区、 直辖市) 要建立本省 (自治区、 直辖市) 物理竞赛复赛实验命题小组. 命 题小组由 2~4 位物理实验业务水平较高、教学经验比较丰富、作风正派的高等学校教师组 成. 命题小组的成员在当年不得参加复赛前的任何物理竞赛实验的辅导和培训工作, 并且他 们的身份是保密的.省(自治区、直辖市)竞赛委员会要与命题小组一起研究确定本省(自 治区、直辖市)复赛实验考场所在的高校.确定为实验考场的高校,应具有能解决本省(自 治区、直辖市)公布的所有实验所需的器材和实验室条件.为了有利于考试的公平性,被指 定为实验考场的高校在复赛实验考试前最好不安排与物理竞赛有关的实验培训任务. 如果省 (自治区、 直辖市) 竞赛委员会因这种或那种原因难以做到上述要求, 而对考场所在的高校, 在复赛实验考试前也安排了物理竞赛实验培训任务, 则应做出相应的细致规定, 防止因考场 和培训设在同一所高校而可能带来的某些不良影响, 以确保实验考试的公正与公平. 请各省 (自治区、 直辖市) 竞赛委员会结合本省 (自治区、 直辖市) 的实际情况自己决定. 各省 (自 治区、直辖市)公布的复赛实验考试内容的范围、确定为复赛实验考场的高校,都要报全国 中学生物理竞赛办公室备案. 四、 复赛实验命题小组的主要任务: 1. 从本省(自治区、直辖市)公布的“复赛实验考试内容范围”中选定两个实验作为本省 (自治区、直辖市)复赛实验考题的内容.各省(自治区、直辖市)都必须公布的四个基本 实验不单独作为实验考试题目,这四个基本实验内容的考查将体现在其他有关实验之中. 2. 根据选定作为试题内容的两个实验和 《实验指导书》 对这两个实验的要求, 编制本省 (自 治区、直辖市)复赛实验考试的试卷,试卷一般应包括以下内容: (1) 实验名称.作为考题的实验名称可以与《实验指导书》中的该实验名称相同,亦可在 行文上做些修改,使之符合试题的语气. (2) 实验要求和实验内容. (3) 实验所用的器材名称和必要的仪器描述.复赛实验考试的要求,实验原理、实验内容, 所用的器材都不得超出《实验指导书》中关于该实验的规定. 3. 制定复赛实验考试评分标准.复赛实验根据考生的书面答卷进行评分,要求考生写在卷 面的内容应在“实验要求”和“考试内容”中向考生交代清楚. 4. 准备实验器材、保证器材的完好性能. 5. 组织阅卷、评分、查分工作. 全国中学生物理竞赛委员会常务委员会 2005 年 12 月 22 日

指定参考书

1. 全国中学生物理竞赛办公室 .全国中学生物理竞赛参考资料 .北京: 北京教育出版社, 1985~2002;全国中学生物理竞赛专辑.北京: 北京教育出版社,2003~2011. 2. 沈克琦.高中物理学 1. 北京: 北京出版社,1997;高中物理学 2. 北京: 北京出版社, 1998;高中物理学 3. 北京: 北京出版社,1998;高中物理学 4. 北京: 北京出版社,1999. 3. 全国中学生物理竞赛常务委员会.全国中学生物理竞赛实验指导书.北京: 北京大学出版 社,2006. 参 考 资 料 全国中学生物理竞赛常务委员会.全国中学生物理竞赛第 1~20 届试题解析:力学分册.北京: 清华大学出版社,2005;全国中学生物理竞赛第 1~20 届试题解析: 电学分册.北京: 清华 大学出版社,2005;全国中学生物理竞赛第 1~20 届试题解析: 热学、光学与近代物理分册. 北京: 清华大学出版社,2006.


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