CAP加拿大物理奥林匹克竞赛真题剖析!

CAP Prize Exam加拿大物理奥林匹克竞赛强调逻辑思维和创造性思维,其作为加拿大物理国家代表队选拔的第一轮,难度远超课堂的知识范围,每年优胜者中会诞生5位学员代表加拿大参加IPhO国际物理奥林匹克竞赛。因此,该竞赛的成绩获得加拿大以及北美地区名校的高度认可。如果最终获奖,则该学生进入加拿大各大名校的几率大大增加。

比赛时间:2022年4月10日(周日)上午9:30-12:30

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真题剖析 

这项比赛作为加拿大国家队的选拔比赛,难度较“物理杯”竞赛要高不少,从知识模块来说,力学,电磁学,热学,光学以及近代物理,样样不少。即使和常见的AP物理1+AP物理2相比,也是只多不少,所以建议有一定物理基础的同学参加。

接下来,我们以近几年的CAP真题进行分析:

一、力学 

首先,我们来看力学。力学题目是CAP Prize Exam中占比很大的一部分,几乎占Section A部分选择题的1/3,并且Section B计算题中也会有一题考察力学问题。

此处,我们以2019年的真题为例,Section A加Section B一共考察了8道力学题目,7道选择题,1道大题。这个比例在往年的情况也比较类似,一般会有8至12题,有时甚至会有一半左右的选择题考察力学。整体而言,力学题目整体难度并不会太大,快速解答这些问题是考生拿分的关键,也是确保能够得奖的关键部分。

力学专题具体考察点:

①基础运动的相关概念问题,如位移和路程、速度、加速度等,对运动图象的理解及应用;
②一维和二维运动的相关计算,自由落体运动、上抛运动、平抛运动、斜抛运动等,尤其要掌握抛体运动中滞空时间,射程,最大高度的推导公式;
③受力问题计算,力的合成与分解,需要熟练掌握重力,弹力,浮力和摩擦力的相关计算;牛顿运动定律的综合应用,理解失重和超重;
④曲线运动的分析,解决天体运动的问题;
⑤动量和冲量的相关计算式,动量守恒定律的理解与应用;
⑥机械能及去守恒定律的计算与应用;
⑦振动和机械波问题,机械波,单摆问题的考察。

力学部分的题目需要保证速度和准确率,需要花费大量时间一一练习熟练,每年的考察内容相差不大。

CAP力学部分考察的形式多样,并且与实际的结合比较紧密,比如下例:

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本题是一道圆周运动的题目,代入波音747飞机的背景,考察圆周运动的受力分析及加速度,题目难度不高,求解也比较简单,这类是考生快速拿分的关键。

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本题是一道典型的抛体运动题目,考生如果熟练掌握相关的运动规律,对于解题大有帮助。本题将运动分解为水平方向和竖直方向,分别列出表达式进行求解,整体思路上并没有太大的难度,但是在计算过程中多次涉及到三角函数的变化,对于数学上的要求较高,要熟练掌握三角函数计算才能准确地解出此题,解析如下图所示:

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二、电磁学 

下一个部分,电磁学,在2019年的CAP竞赛试题中,前25道选择题中有7道,集中在库仑力计算和电场、磁场中带电粒子的运动问题,这部分题目计算较多,不过整体难度不⼤,除了电磁感应的考察题目外,其他题目都比较基础。在大题中,有时会考察电磁学的问题,在2018年就有出现,不过考察频率不高且整体计算难度中等。

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这道题目就是综合运用电学和磁学,考察了速度选择器velocity selector的原理,只要学过AP物理C电磁学就能做,还是比较简单的。在电磁学部分,考生要重点掌握电势,电势能的计算,以及洛伦兹⼒,电场⼒、磁场⼒的平衡问题,除此之外,电场、磁场中带电粒子的运动问题更要引起重视。

三、热学 

下面一个板块是热学。热学部分的话,2019年Section A选择题有6道,其中2道题考察的是理想⽓体变化过程,这一部分的题目相对而言比较简单,要重点掌握PV图,VT图的分析,比如 PV图像的不同⽓体变化过程的计算以及做功,内能等。还有部分题目考察热传导,受热膨胀等问题。

除了考察了一些常规的热学问题,还考察了一道卡诺循环问题,不过考查形式非常简单,仅仅是对于公式的理解应用,属于理解了对应的热学内容就会做的情况。

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总体而言,热学部分多与生活相联系,不仅需要考生掌握知识点,还要有一定的理解,能够将题目与知识点快速对应起来。

四、光学 

下⼀个,光学。光学在CAP竞赛中选择题的占比很少,一般只有1-2题,但有时会在大题中出现,并且会有一定的难度,需要引起考生的注意。

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在大题中,光学问题是常考的题型,这道考的就是光学的内容,知识点只涉及到折射与反射,关键在于理解题目隐含的意思,还是不难的。

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在光学方面,可能涉及的考点有:①光学的概念问题。②光的干涉问题。③光的反射,折射,全反射问题。

五、近代物理 

最后,2019的CAP竞赛中,考察了4道近代物理学的题目,3道选择题,1道大题,这一部分占比还是比较大的。选择题部分,2道题目和原⼦物理有关,主要的考察重点是氢原子的能量及其变化问题和原子的能级跃迁问题,所以今年的话考察重点应该也会是这两部分内容。大题方面,主要会涉及相对论中碰撞,或者时间、⻓度的计算以及光电效应相关问题。

那么对于目标是获奖甚至是冲刺最高奖项的同学来说,面临的主要困难有哪些,又该如何进行准备呢?

备考建议 

官方给出的考试范围是IB物理higher level的核心内容+几何光学的相关知识,从下面IB物理higher level的大纲就可以发现,面临的最大困难显然就是考试范围广泛,考试内容繁多,所以这就需要同学们提前开始准备,建议至少要留出三个月的准备时间。根据历年真题的分析,准备的重点当然还是高中物理的力学,光学以及电磁学这三块内容。

CAP作为知名度极高的世界级赛事,成绩受到加拿大以及北美名校的高度认可,这也就意味着每年都会有大量的参赛选手角逐赛场。而且现在已经是CAP的关键冲刺点,希望同学们能在上文中有所收获,把握好备赛的机会。最后,祝即将踏上赛场的学子们都能超常发挥!勇夺佳绩!

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