國際物理奧林匹亞競賽章程附錄
國際物理奧林匹亞競賽命題大綱

1985年6月南斯拉夫‧波托洛茲訂定
1989年7月波蘭‧華沙修訂通過
1991年7月古巴‧哈瓦那修訂通過

一般準則

(a)    解答理論題和實驗題時均不應要求使用大量微分和積分,以及使用複數或解微分方程。

(b)   題目可以含有本大綱規定以外的概念和現象,但題文中必須給予足夠的資料,以免使參賽者因無這些主題的預備知識而處於不利的地位。

(c)    對參賽者可能不熟悉的精密實驗儀器,不應在題目中佔有主要地位。如果一定要用這類題材,則必須提供給參賽者詳細的說明。

(d)   試題內文必須使用SI單位。

A、理論部份

在下面分欄中,第一欄是主要條目,第二欄則是必要的備註。

1、力學

(a)質點運動學基礎。

質點位置、速度和加速度的向量描述。

(b)牛頓定律,慣性系統。

可出變質量的題目。

(c)封閉和開放系統、動量和能量、功、功率。

 

(d)能量守恆、線動量守恆、衝量。

 

(e)彈性力,摩擦力,引力定律,重力場中的位能和功。

虎克定律,摩擦係數(F/R=常數),靜摩擦力和動摩擦力,位能零點的選擇。

(f)向心加速度,克卜勒定律。

 

2、剛體力學

(a)靜力學,質量中心,力矩。

力偶、物體平衡條件。

(b)剛體運動、移動、轉動,角加速度,角動量守恆。

只限於繞固定軸的角動量守恆。

(c)外力和內力,繞固定軸的剛體運動方程式,轉動慣量,轉動物體的動能。

平行軸定理(Steiner定理),轉動慣量的相加性。

(d)加速參考系,慣性力。

不要求知道科氏力公式。

3、流體力學

不專對這一部分出題,但希望學生知道壓力、浮力、和連續定律的基本概念。

4、熱力學和分子物理學

(a)內能,功和熱,熱力學第一和第二定律。

熱平衡,與狀態有關的物理量和與過程有關的物理量。

(b)理想氣體模型,壓力和分子動能,亞佛加厥數,理想氣體狀態方程式,絕對溫度。

也包括應用分子觀點探討液體和固體中的簡單現象,如沸騰、熔化等。

(c)等溫和絕熱過程中,氣體膨脹所作的功。

不要求證明絕熱過程方程式。

(d)卡諾循環,熱力學效率,可逆和不可逆過程,火商 (統計觀點),波茲曼因子。

熵是與路徑無關的函數,熵的改變和可逆性,準靜態過程。

5、振動和波

(a)諧振動、諧振動方程式。

諧振動方程式求解,衰減和共振(定性)

(b)諧波,波的傳播,橫波和縱波,線偏振,都典多普勒效應,聲波。

行進波中的位移和波的圖示法的理解,聲速和光速的測定,都普勒效應(限一維),波在均勻和各向同性介質的傳播,反射和折射,費馬原理。

(c)諧波的疊加,相干波,干涉,拍,駐波。

知道波強與振輻的平方成正比,不要求做傅利葉分析,但是參賽者應理解複雜的波可由不同頻率的簡單正弦波合成。薄膜干涉及其他簡單系統(不要求最後的公式),由副波疊加而成的波(繞射)

6、電荷和電場

(a)電荷守恆,庫侖定律。

 

(b)電場、電位、高斯定律

高斯定律限於簡單對稱系統,如球、圓柱、平板等,電偶矩。

(c)電容器、電容,介電常數,電場的能量密度。

 

7、電流和磁場

(a)電流、電阻、電源的內電阻,歐姆定律,克希荷夫定律,直流和交流的功和功率,焦耳定律。

簡單的電路,可含已知VI特性的非歐姆器件。

(b)電流的磁場()、磁場中的電流,羅侖茲力。

磁場中的粒子,如迴旋加速器等的簡單應用,磁偶矩。

(c)安培定律。

簡單對稱系統,如直導線、圓環、長螺線管等。

(d)電磁感應定律、磁通量,冷次定律,自感,電感,磁導率,磁場中的能量密度。

 

(e)交流電,交流電路中的電阻器、電感器和電容器,電壓和電流的共振(並聯和串聯)

簡單交流電路,時間常數,對具體共振電路參數的最後公式不作要求。

8、電磁波

(a)振盪電路,振盪頻率,反饋振盪。

 

(b)波動光學,單狹縫和雙狹縫繞射,光柵和分辦率,布萊格反射。

 

(c)色散和繞射光譜,氣體的線光譜。

 

(d)電磁波是橫波,反射波的偏振,偏振器

偏振波的疊加。

(e)成像系統的分辨率。

 

(f)黑體,史特凡波茲曼定律。

不要求知道普朗克黑體公式。

9、量子物理

(a)光電效應,光子的能量和衝量。

需要知道愛因斯坦公式。

(b)德布羅意波長,海森伯測不準原理。

 

10、相對論

(a)相對論原理,速度的相加,相對論性都普勒效應。

 

(b)相對論性運動方程式,動量、能量、質能關係,能量守恆和動量守恆。

 

11、物質

(a)布拉格公式的簡單應用。

 

(b)原子和分子的能階(定性),發射、吸收、類氫原子的光譜。

 

(c)原子核的能階(定性),α、β、和γ衰變,輻射的吸收,半衰期和指數衰減,原子核的組成粒子,質量缺損,核反應

 

B、實驗部分

命題大綱的理論部分用做為所有實驗試題的基礎。實驗試題中應含有測量。

附帶要求:

(1)   參賽者必須認識到儀器會影響測量。

(2)   需具備有測量在A部分中所提及的各物理量的最常用的實驗技巧。

(3)   需具備有常用的簡單實驗儀器的使用知識,如游標尺,溫度計,簡單的伏特計、歐姆計、和安培計,電位計,二極體,電晶體,簡單的光學元件等等。

(4)   借助於適當的指導,有能力使用一些複雜儀器和裝置例如雙頻道示波器,計數器,速率計,訊號和函數產生器,與計算機相連接的類比-數位訊號轉換器,放大器,積分器,電源供應器,三用電表(類比和數位用)。

(5)   能適當地辨認誤差來源並能估計出它們對最後結果的影響。

(6)   能分析絕對和相對誤差,測量儀器的準確度,單項測量的誤差,一系列測量的誤差,由測量結果所導出的物理量的誤差。

(7)   能適當選取變數,以轉換成線性關係,並能找出配合實驗數據點的最佳直線。

(8)   能適當地使用不同尺度的座標紙(例如極坐標和對數坐標紙)。

(9)   在表達最後結果和誤差時,能取用正確的有效數字,並能正確地捨去不需要的數字。

(10) 知道實驗室工作的一般安全準則(但如果實驗裝置在使用上有任何安全顧慮時,則應在題文中給予適當的警告)。