全国物理竞赛大纲.docx
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全国物理竞赛大纲.docx
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全国中学生物理竞赛内容提要说明:
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,修订稿经全国中学生物理竞赛委员会
第30次全体会议通过,并决定从2013年开始实行。
修订后的“内容提要”中,凡用※号标出的内容,仅限于复赛和决赛。
2015年对《全国中学生物理竞赛内容提要》 进行了修订,其中标☆仅为决赛内容,※为复赛和决赛内容,如不说明,一般要求考查定量分析能力。
力学1.运动学参考系坐标系直角坐标系
※平面极坐标 ※自然坐标系矢量和标量质点运动的位移和路程速度加速度匀速及匀变速直线运动及其图像运动的合成与分解抛体运动圆周运动圆周运动中的切向加速度和法向加速度曲率半径角速度和※角加速度相对运动伽里略速度变换2.动力学重力弹性力摩擦力惯性参考系牛顿
第一、二、三运动定律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
※匀速转动参考系惯性离心力、视重
☆科里奥利力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
☆虚功原理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
※质心参考系反冲运动
※变质量体系的运动5.机械能功和功率动能和动能定理 ※质心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弹性碰撞与非弹性碰撞恢复系数6.※角动量冲量矩角动量质点和质点组的角动量定理和转动定理角动量守恒定律7.有心运动在万有引力和库仑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.※刚体刚体的平动刚体的定轴转动刚体绕轴的转动惯量平行轴定理正交轴定理刚体定轴转动的角动量定理刚体的平面平行运动9.流体力学静止流体中的压强浮力
☆连续性方程 ☆伯努利方程10.振动简谐振动振幅频率和周期相位振动的图像参考圆简谐振动的速度
(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)
11.波动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(前3项均不要求定量计算)
※多普勒效应热学1.分子动理论原子和分子大小的数量级分子的热运动和碰撞布朗运动
※压强的统计解释
☆麦克斯韦速率分布的定量计算;
※分子热运动自由度 ※能均分定理;
温度的微观意义分子热运动的动能
※气体分子的平均平动动能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气体实验定律理想气体状态方程道尔顿分压定律混合理想气体状态方程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、绝热过程中的应用
※多方过程及应用
※定容热容量和定压热容量
※绝热过程方程
※等温、绝热过程中的功
※热机及其效率 ※卡诺定理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
※宏观热力学过程的不可逆性
※理想气体的自由膨胀
※热力学
第二定律的统计意义
☆热力学
第二定律的数学表达式
☆熵、熵增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
※维恩位移定律9.热膨胀热膨胀和膨胀系数电磁学1.静电场电荷守恒定律库仑定律电场强度电场线点电荷的场强场强叠加原理匀强电场均匀带电球壳内、外的场强公式(不要求导出)
※高斯定理及其在对称带电体系中的应用电势和电势差等势面点电荷电场的电势电势叠加原理均匀带电球壳内、外的电势公式电场中的导体静电屏蔽,
※静电镜像法电容平行板电容器的电容公式
※球形、圆柱形电容器的电容电容器的连联接
※电荷体系的静电能,※电场的能量密度,电容器充电后的电能
☆电偶极矩
☆电偶极子的电场和电势电介质的概念
☆电介质的极化与极化电荷
☆电位移矢量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(不要求掌握机理)
超导现象 ☆超导体的基本性质4.磁场电流的磁场 ※毕奥-萨伐尔定律磁场叠加原理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)
※安培环路定理及在对称电流体系中的应用
※圆线圈中的电流在轴线上和环面上的磁场
☆磁矩安培力洛伦兹力带电粒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)
自感和互感自感系数
※通电线圈的自感磁能(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
☆交流电的矢量和复数表述纯电阻、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
☆谐振电路 ☆交流电的功率
☆三相交流电及其连接法
☆感应电动机原理理想变压器远距离输电7.电磁振荡和电磁波电磁振荡振荡电路及振荡频率赫兹实验电磁场和电磁波
☆电磁场能量密度、能流密度电磁波的波速电磁波谱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
※费马原理光的传播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
※其它常用光学仪器2.波动光学光程
※惠更斯原理(定性)
光的干涉现象双缝干涉光的衍射现象
※夫琅禾费衍射
※光栅 ※布拉格公式
※分辩本领(不要求导出)
光谱和光谱分析(定性)
※光的偏振 ※自然光与偏振光
※马吕斯定律 ※布儒斯特定律近代物理1.光的本性光电效应 ※康普顿散射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
※用玻尔模型解释类氢光谱原子的受激辐射激光的产生(定性)和特性3.原子核原子核的尺度数量级天然放射性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关系式裂变和聚变质量亏损4.粒子“基本粒子”轻子与夸克(简单知识)
四种基本相互作用实物粒子具有波粒二象性
※物质波
※德布罗意关系
※不确定关系
p
D D
4
h
x p ³
5.※狭义相对论爱因斯坦假设洛伦兹变换时间和长度的相对论效应多普勒效应
☆速度变换相对论动量相对论能量相对论动能相对论动量和能量关系6.※太阳系,银河系,宇宙和黑洞的初步知识.
单位制国际单位制与量纲分析数学基础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,矢量的运算,极限、无限大和无限小的初步概念.
3.※微积分初步及其应用:
含一元微积分的简单规则;
微分:
包括多项式、三角函数、指数函数、对数函数的导数,函数乘积和商的导数,复合函数的导数。
积分:
包括多项式、三角函数、指数函数、对数函数的简单积分。
全国中学生物理竞赛内容提要--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.
说明:
本次拟修改的部分用楷黑体字表示,新补充的内容将用“※”符号标出,作为复赛题和决赛题增补的内容;※※则表示原属预赛考查内容,在本次修改中建议改成复赛、决赛考查的内容。
一.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.
国际竞赛大纲一般准则
(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。
理论部份在下面分栏中,
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
(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)。
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.
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,2003~2007.
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,2005.
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.
2016年新物理竞赛《内容提要》简析总体评价这次的变动规模较大,涉及到的内容也多,但其造成的影响比较有限。
具体来看,“变动”和“有限”的体现如下:
变化的具体情况体现在:
①将“仅在决赛中考察”单列出来,一定程度上降低了复赛的备考压力。
其原因在于,没说考不考的不一定不考,但是明确说到“不考”的一般不会考。
虽然命题人不大依赖考纲,但考了明确说“不考察”的东西还是会被弄个大新闻批判一番的。
②在某些模块(力、热)对只是的要求大幅增加(其实这些东西本来就是我们已经掌握的,或说是竞赛教学中的常规内容),客观上说明对竞赛生掌握普物知识的系统程度提出了更高的要求。
影响的有限性体现在:
①增加的内容,多数是目前常规竞赛教学中所涉及的内容,因此对教学的影响不大。
②增加的内容主要分布在决赛要求(接近),且有很大一部分是“化定性为定量”,此类对目标不高的考生备考影响基本可以忽略
③命题以《提要》为基础,不代表完全拘泥于大纲。
即蔡神所说“出题人出题时不会看考纲”,这又使《提要》 的重要性有所下降。
综上,正如程超神以前在福建群说过,“修订只是把没有明确要考的东西明确告诉你而已”。
各个模块内容变更详细分析与评价力学简要分析:
力学模块的变化有以下几个重要体现:
①比起旧大纲而言,更接近于普物力学的分类方式
②强调了刚体、流体力学、有心运动
③在知识点上大片增加评价:
考纲变化很大,但对预复赛的影响小。
另外,“自然坐标”的出现再次印证了蔡神的经典语录“这时候写个(x,y)你就炸了”热学简析:
①其最大亮点在道尔顿分压和混合理想气体状态方程成为预赛要求,可能意味着热学全面进入预赛的节奏。
②多方过程和绝热功出现在了考纲里
③删除了致冷机/致冷系数,意义暂时不明
④决赛要求了热二定律的数学表示和熵的应用。
⑤另外值得注意的是Wien定律成为复赛的考点电磁学简析:
①静电场所变更的东西基本可以忽略,因为所有的新增内容(Gause’s Law,偶极子,常能量密度,电介质,电位移矢量)都是常规竞赛讲授范围之内的。
②恒流电路模块基本无变化,仅在超导性质的问题上提出了决赛要求
③磁场的变化与电场在影响上类似,如叠加原理,比萨定律都是常规内容
④三相交流电成为决赛才能考的题目,而它原来是预赛的要求。
⑤总体说来,电磁学变更的条目虽然多,但都是且仅是将我们日常学的东西列入《提要》,因此对日常教学影响甚小,乃至可以忽略。
光学简析:
①几何光学:
几光中新增“其他常用光学仪器”
一条略显诡异,大家可以开开脑洞猜一猜可能是什么仪器。
②波光:
光栅(shan)、布拉格公式、马吕斯,布儒斯特定律、偏振都成为复赛要求。
由于本渣刷过的光学不多,无法做出评价。
③值得注意的是,费马原理和惠更斯原理的出现可能意味着对光学本性的更多的考察。
近代的变化较少,简析:
①变化幅度小,亮点却有几个:
波尔模型解释类氢光谱,质亏,Lorentz transformation,相对论速度变换。
②多普勒效应单位制:
新增项目,但量纲分析貌似复赛都有考数学基础:
终于把微积分拿出来了
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- 全国 物理 竞赛 大纲