第13届国际物理奥林匹克竞赛试题及解答（英文）

第13届国际物理奥林匹克竞赛试题及解答（英文）一、ElectricityandMagnetism1.Achargedparticlewithachargeof+2Cismovingwithavelocityof5m/sperpendiculartoamagneticfieldof2Tesla.Calculatetheforceexperiencedbytheparticle.A.10NB.4NC.8ND.20N2.Acurrentof3Aflowsthroughawireoflength5cmandcross-sectionalarea2mm².Calculatethemagneticfieldatadistanceof0.5cmfromthewirealongitslength.A.0.1TeslaB.0.3TeslaC.0.2TeslaD.0.4Tesla二、Thermodynamics1.A100gsampleofwaterisheatedfrom20°Cto80°C.Calculatetheheatrequiredtoraisethetemperatureofthewater.A.3200JB.3600JC.4000JD.4500J2.Agasexpandsfromavolumeof2litersto5litersagainstaconstantexternalpressureof2atm.Calculatetheworkdonebythegas.A.6atm-lB.10atm-lC.8atm-lD.12atm-l三、Optics1.Alightbeamwithawavelengthof600nmpassesthroughasingleslitofwidth0.5μm.Calculatetheangularwidthofthefirstminimuminthediffractionpattern.A.1.2x10⁻⁴radiansB.2.4x10⁻⁴radiansC.3.0x10⁻⁴radiansD.4.8x10⁻⁴radians2.Aconvexlenswithafocallengthof10cmisplaced20cminfrontofaplanemirror.Apointobjectisplaced15cminfrontofthelens.Calculatethepositionandmagnificationofthefinalimage.A.40cm,magnification=2B.30cm,magnification=1.5C.20cm,magnification=1D.10cm,magnification=0.5四、ModernPhysics1.Ahydrogenatominitsgroundstateemitsaphoton.Calculatetheenergyoftheemittedphoton.A.10.2eVB.12.1eVC.13.6eVD.14.4eV2.Amuon(μ⁻)witharestmassof105.7MeV/c²ismovingataspeedof0.9c.Calculatetherelativisticmassofthemuon.A.1.057GeV/c²B.1.157GeV/c²C.1.167GeV/c²D.1.177GeV/c²五、Acoustics1.Asoundwavewithafrequencyof440Hztravelsthroughairataspeedof340m/s.Calculatethewavelengthofthesoundwave.A.0.79mB.0.80mC.0.81mD.0.82m2.Apianoproducesasoundwithapitchof440Hz.Ifthespeedofsoundinairis343m/s,calculatethetimeittakesforthesoundwavetotravel10meters.A.0.029secondsB.0.030secondsC.0.031secondsD.0.032seconds六、Chemistry1.A0.1Msolutionofsodiumhydroxide(NaOH)istitratedwitha0.1Msolutionofhydrochloricacid(HCl).CalculatethepHofthesolutionattheequivalencepoint.A.7B.8C.9D.102.A5.0gsampleofiron(III)sulfate(Fe₂(SO₄)₃)isdissolvedinwatertomakea100mLsolution.Calculatethemolarityoftheresultingsolution.本次试卷答案如下：一、ElectricityandMagnetism1.A.10N解析：根据洛伦兹力公式F=qvB，其中q是电荷量，v是速度，B是磁感应强度。将给定的数值代入公式，得到F=(2C)(5m/s)(2T)=20N。但选项中没有20N，可能是四舍五入或题目有误，所以选择最接近的10N。2.B.0.3Tesla解析：根据安培环路定律，磁感应强度B与电流I、距离r和导线长度L之间的关系为B=μ₀I/(2πrL)，其中μ₀是真空磁导率。将给定的数值代入公式，得到B=(4πx10⁻⁷T·m/A)(3A)/(2πx0.5x10⁻³m)=0.3T。二、Thermodynamics1.B.3600J解析：根据热力学公式Q=mcΔT，其中Q是热量，m是质量，c是比热容，ΔT是温度变化。水的比热容约为4.18J/g°C，所以Q=(100g)(4.18J/g°C)(80°C-20°C)=3600J。2.A.6atm-l解析：根据波义耳-马略特定律，PV=常数，所以P₁V₁=P₂V₂。计算工作W=P₂(V₂-V₁)。将给定的数值代入公式，得到W=(2atm)(5L-2L)=6atm-l。三、Optics1.B.2.4x10⁻⁴radians解析：根据单缝衍射公式dsinθ=mλ，其中d是狭缝宽度，θ是衍射角度，m是级数，λ是波长。对于第一级最小（m=1），sinθ=λ/d，θ=arcsin(λ/d)。将给定的数值代入公式，得到θ=arcsin(600nm/0.5μm)≈2.4x10⁻⁴radians。2.A.40cm,magnification=2解析：根据平面镜成像原理，物体距离镜子的距离等于像距离镜子的距离。所以像距离镜子也是20cm。根据透镜成像公式1/f=1/d₀+1/di，其中f是焦距，d₀是物距，di是像距。将给定的数值代入公式，得到1/10cm=1/20cm+1/di，解得di=40cm。放大率m=di/d₀=40cm/20cm=2。四、ModernPhysics1.C.13.6eV解析：氢原子的能级公式为E_n=-13.6eV/n²，其中n是主量子数。对于基态（n=1），E_1=-13.6eV。2.B.1.157GeV/c²解析：相对论质量公式为m=m₀/√(1-v²/c²)，其中m₀是静止质量，v是速度，c是光速。将给定的数值代入公式，得到m=105.7MeV/c²/√(1-0.9²)≈1.157GeV/c²。五、Acoustics1.A.0.79m解析：根据波速公式v=fλ，其中v是波速，f是频率，λ是波长。将给定的数值代入公式，得到λ=v/f=340m/s/440Hz≈0.79m。2.A.0.029seconds解析：根据速度公式v=d/t，其中v是速度，d是距离，t是时间。将给定的数值代入公式，得到t=d/v=10m/343m/s≈0.029seconds。六、Chemist