物理实验竞赛的知识点与学生的培养.doc

第四讲 物理实验竞赛的知识点与学生的培养11、1 物理学理论上的知识点11、1、1 总纲（1）题目可以有大纲中没有的概念和现象，但题文中必须给出足够的信息，以使对这些问题缺乏知识的参赛者不会处于不利地位。（2）参赛者应知道本国所用的单位制（竞赛题的原稿采用国际单位制）。（3）赛者应熟悉过去国际物理奥林匹克竞赛题目设计的内容。（4）解理论题和实验题时均不应要求用复数或解微分方程和大量运用微分和积分。11、1、2 力学（1）质点运动学基础质点位置的矢量描述，速度和加速度是矢量，牛顿定律，惯性系可出变质量的题目，封闭系统和开放系统，动量和能量，功，功率，能量守恒，线动量守恒，冲量，弹性力，摩擦力，引力定律，重力场中的势能和功，胡克定律，摩擦系数(F/R=常数)，静摩擦力和动摩擦力，势能零点的选择，向心加速度，开普勒定律。（2）刚体力学静力学，质量中心，力矩力偶，物体平衡的条件，刚体运动，平移，转动，角速度，角加速度，角动量守恒（只要求绕固定轴的角动量守恒），外力和内力，绕固定轴刚体运动方程，转动惯量，转动物体的动能，平行轴定理定理(Steiner 定理)，转动惯量的相加性，加速参考系，惯性力（不要求知道科里奥利力公式）。（3）流体力学没有专对这部分的问题，但希望学生知道压强、浮力和连续性定理的基本概念。11、1、3 热力学和分子物理学（1）内能，功和热，热力学第一、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，理想气体模型，压强和分子动能，阿伏伽德罗数，理想气体状态方程，绝对温度，也用分子观点讨论液体和固体中简单现象，如沸腾，溶解等。（2）等温过程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），卡诺循环，热力学效率，可逆与不可逆过程，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。11、1、4 振动与波（1）谐振动，谐振动方程，谐振动方程的解，衰减与共振（定性的），谐波，波的传播，横波与纵波，线偏振，经典多普勒效应。（2）声波行波中的位移和波的图示法的理解，声速与光速的测量（只要求一维多普勒效应），波在均匀和各项同性介质中的传播，反射和折射，费马原理。（3）谐波的叠加，相干波，波干涉，拍，驻波，知道波强与振幅平方成正比，不要求傅里叶分析，但参赛者要知道复杂的波可由不同频率的简谐波合成，薄膜干涉及其他简单干涉系统（不要求最后的公式），次级子波的叠加（衍射）。11、1、5 电荷和电场n电荷守恒，库仑定律，电场，电势，高斯定律（高斯定律限于简单对称系统）：如球、圆柱、平板等等，电偶极矩，电容器，电容，介电常量，电场的能密度。11、1、6 电流和磁场（1）电流，电阻，电源的内阻，欧姆定律，基尔霍夫定律，直流和交流功率，焦耳定律，简单含有已知其伏安特性的非欧姆器件的电路，（2）电流的磁场（B），磁场中的电流，劳仑磁力，磁场中的粒子，简单应用：如回旋加速器，磁偶极矩，安培力，简单对称系统的磁场，如直长导线，圆环和长螺线管，电磁感应定律，磁通量，楞次定律，自感，磁导率，磁场的能量密度。（3）交流电，交流电路中的电阻器，电感器和电容器，电压共振与电流共振（并联、串联），简单交流电路，时间常数，对具体共振电路参量的最后公式不作要求。11、1、7 电磁波（1）振荡电路，振荡频率，由反馈和共振产生振荡。（2）波动光学，单缝和双缝衍射，衍射光栅，光栅的分辨本领，布拉格反射。（3）色散和衍射谱，气体线状谱。（4）电磁波是横波，反射产生偏振，偏振器。（5）偏振光的叠加。（6）成像系统的分辨本领。（7）黑体，斯特藩-玻尔兹曼定律，普朗克定律不要求。11、1、8 量子力学n光电效应，光子的能量和冲量（要求爱因斯坦公式），德布罗意波长，海森伯不确定原理。11、1、9 相对论（1）相对论原理，速度的相加，相对论性多普勒效应。（2）相对论性运动方程，动量，能量，质能关系，能量守恒和动量守恒。11、1、10 物质（1）布拉格公式的简单应用。（2）原子和分子的能级（定性），发射、吸收类氢原子的光谱。（3）核能级（定性），、衰变，辐射的吸收，半衰期和指数衰减，核组成，质量亏损，核反应。11、2 物理实验内容上的知识点大纲的理论部分为所有实验题目提供了基础。在实验竞赛中实验题应有测量。其他要求：1.参赛者必须认识到仪器会影响测量。2.具有A部分中个物理量的最普通的实验测量技术的知识。3.具有通用实验室仪器和元件的知识，如测径器，温度计，简单伏特计，欧姆计和安培计，电位计，二极管，晶体管，简单光学器件等等。4.借助适当的指导书能使用一些复杂的仪器和器件，如双踪示波器、计数器、速率计、讯号和函数发生器、与计算机相连的模数转换器、放大器、积分器、微分器、电源、多用电表（伏特、欧姆和安培，模拟的和数字的）。11、3 培养学生实验能力的几个方面11、3、1 在学习中提高兴趣n 通过声、光、运动等现象，尽可能对学生的感觉能产生强烈印象，并通过动手实验来激活学生的兴趣。如图1所示： 图1 图211、3、2 在实验中提高兴趣即使是一些无法直观现象的实验，也应该设法从理论与实际的结合点上去开拓学生的视野，同样能起到提高学生兴趣的目的。如图2所示：11、3、3 在实践中提高学生的动手能力（1）学会各种基本仪器的使用和调整： 力学实验中各种测量长度的工具、各种天平、各种计时仪器、各种测温仪器等。 电学实验中各种电表、各种元器件、各种交、直流电源、各种频率计、各种示波器等。 光学实验中的各种测波长仪器，各种透镜，各种电源等。（2）学会制作一些必要的装置和器材：例如，平行电流间相吸或相斥的演示实验。如图3 图3 图411、3、4 学会在实验中分析问题（1）学会观察现象,如图4例如，见图观察玻璃杯下滑的现象。（2）学会“投石问路” 实验题：如图5有一个黑色圆柱容器，周围表面上带有一些可移动的缝，在容器当中有一件物品，它是下面所列的物品中的一个，玻璃片，棱镜，透镜，双缝，充满钠蒸气的管子，请描述一个实验，以便找出容器中究竟有什么？解：用一束平行的钠光或汞光束，通过容器的一个缝入射，在另一个缝上观察，如如容器内是玻璃片，出射光束将与入射光束平行，棱镜会使入射光偏转。透镜会使入射光束聚集，这可以在出射光一边移动屏幕来观察。如果里面是光栅，则可看到在基带周围有对称排列的光谱线。如果是双缝，会产生干涉和衍射效应，如果里面是钠饱和蒸气汽管，则用钠光入射里，什么也看不到 图5 图6分析光学黑盒子,如图6所示：11、3、5 学会正确判断直流电判断法1,如图7所示 图7 图8直流电判断法2，如图8所示交流电判断法，如图9所示 图9 图9 图1011、3、6 学会良好的习惯和操作方法例如：见图10。注意接地线的问题。12、3、7 学会在理论与实践的结合中解决问题a同一被测内容，在不同条件下有不同的测量方法。例如:测量电表的内阻 图11 图12 图13 图14 图15 图16B.不同被测