Physics Bowl Award(“物理碗”)竞赛考什么?

Physics Bowl Award(“物理碗”)高中物理竞赛由美国物理教师协会AAPT主办,试题由协会注册的大学物理教授和教学经验丰富的高中物理老师组成理事会进行出题和评审。

考试内容

1. 物理量的测量基本物理量(7个)

单位换算与量纲分析

有效数字及其运算规则、Prefix表述

不确定度

矢量与标量的概念

2. 运动学运动的合成与分解(独立性、同时性、等效性)

抛体运动(上抛、下抛、平抛、斜抛)

匀变速直线运动与匀速圆周运动(公式)

图像工具的熟练应用(如重磅!物理碗考什么?图,斜率和面积的含义)

3. 动力学牛顿三定律

受力分析

动量、冲量、及动量守恒(典型应用:碰撞和爆炸过程)

动能、势能、功能关系4转动角位移、角速度和角加速度的大小及方向(右手定则)

转动惯量与力矩(torque)、转动的牛顿第二定律

角动量及角动量守恒

4. 转动能

注意转动与平动的类比及其之间的联系5机械振动与波简谐振动的概念(典型事例:单摆、弹簧-物体系统)

振动曲线重磅!物理碗考什么?中各量的物理含义

5. 行波与驻波的概念

波的普适方程:重磅!物理碗考什么?

干涉相长和干涉相消的条件

管中不同类型驻波形成的条件(半开半闭、全开)

惠更斯原理

多普勒效应

6. 光学透镜成像方程:重磅!物理碗考什么?,及成像规律(虚实、放大缩小)

反射、折射定律:重磅!物理碗考什么?全反射的概念

反射波产生180°反相的条件:重磅!物理碗考什么?

双缝干涉(明暗条纹出现的条件)、单缝衍射

偏振、马吕斯定律重磅!物理碗考什么?

电磁波谱(真空速度均为光速c,不同波段的排序)

7. 电磁学电荷、库仑定律

电场、电势的概念(以点电荷为例)

金属导电的原因、静电平衡

欧姆定律、串并联电路、复杂电路的等效电路分析

基尔霍夫定律(节点、闭环)

平行板电容器、RC电路的充放电

电场线和磁场线的概念

电流产生磁场的判定(右手螺旋定则)

电荷在电磁场中的受力情况:重磅!物理碗考什么?

电磁感应:感应电场(楞次定律)和感应磁场方向的判断8热学开氏温标和摄氏温标的转换

热容、比热容、潜热的概念

热机的效率和COP定义

理想气体的状态方程:重磅!物理碗考什么?

宏观与微观物理量的联系(分子动力学理论):重磅!物理碗考什么?
均方根速率:重磅!物理碗考什么?
内能、热力学三定律

P-V图像,等压、等容/等体、等温、绝热过程

能量均分定理、不同气体分子(单原子、双原子、多原子)等压和等容过程的摩尔热容9近现代物理狭义相对论:尺寸收缩效应、钟慢效应、固有时的概念、质能方程

量子力学:光电效应、德波罗意物质波(光子的能量与动量)、量子态的描述(4量子数)、海森堡测不准原理、泡利不相容原理

核物理:重磅!物理碗考什么? 三种类型衰变、衰变常数与半衰期的概念、核反应方程的配平(电荷守恒和质量守恒)10流体力学阿基米德原理

流体的连续性方程:重磅!物理碗考什么?

流体的伯努利方程:重磅!物理碗考什么?11物理常识物理名词的解释(如LED、NMI、LHC、PET等)

诺贝尔奖相关事迹(重点关注前一年的情况)

月相、杨氏模量、暗物质、夸克等

在考试临近之际,考生可针对以上知识点进行查漏补缺。

学习方法

物理学习重在理解基本物理概念。在此基础上,要能够把握两条主线和两种基本思想.

两条主线矢量线

位移→速度→加速度→力→冲量→动量

掌握矢量叉乘(cross product)运算:重磅!物理碗考什么?(右手定则判断方向)

典型应用举例:重磅!物理碗考什么?

标量线

功→动能→势能

掌握矢量点乘(dot product)运算:重磅!物理碗考什么?

典型应用举例:重磅!物理碗考什么?

两种基本思想力与运动根据牛顿第一定律,静止或匀速运动等效于合外力为0,也即静平衡。根据牛顿第二定律,力是产生加速度的原因。

这里所涉及的力可以表现为多种形式,如万有引力、重力、拉力、支持力、电场力、磁场力等等,因此该部分可以融合电场、磁场等一起考查,是物理杯考试的重点。

功与能功与能之间的转换、能量守恒的思想在解决具体物理问题时能够起到事半功倍的效果。

重难点分析

纵观历年物理杯考试试题,运动学与动力学(包括转动部分)的题目始终占据着最主要的内容,为考试的重点,其他知识点(如物理量测量、波动、光学、电磁学、热学、近现代物理等)以考查基本概念为主。

通常而言,物理杯考试也会出一些难度相对较高的题目,用以区分不同层次的考生。对于备考Division 1部分的考生应重点关注转动部分,而对于备考Division 2部分的考生,还应重点关注热学和狭义相对论的部分题目。这三部分的内容除了要求考生能够准确理解基本物理概念,还要求考生能够进行一定的分析和运算,才能得出最终结果。

关于转动部分,考生可以采用类比法加强记忆,即将转动简单的类比为一维平动,只需将物理量进行简单的替换即可,如表1所示。

表1  转动与平动物理量的对应关系:

重磅!物理碗考什么?

关于热学和狭义相对论部分,我们各举一道真题,备考Division 2的考生自己分析求解一下来感受难度。

2012#44

A monatomic ideal gas is the working substance for a refrigerator that undergoes the cyclic process (ABCDA) shown in the PV diagram. The processes are all isochoric or isobaric with pressures between 重磅!物理碗考什么?and 重磅!物理碗考什么? and volumes between 重磅!物理碗考什么?and 重磅!物理碗考什么?. What is the coefficient of  performance for this refrigerator?

重磅!物理碗考什么?

(A)1/4  (B)1/3  (C)4/3  (D)11/2  (E)13/2

本题考查知识点:COP的概念,理想气体状态方程,单原子理想气体的等压、等容摩尔热容。

要点解析:

重磅!物理碗考什么?重磅!物理碗考什么?.
对于单原子理想气体:重磅!物理碗考什么?. 由理想气体状态方程可得:重磅!物理碗考什么?. 因此,COP=11/2.

2014#50

Two clocks, A and B, are synchronized on Earth. Clock A is placed onto a space ship that leaves Earth in a straight line with a speed of  重磅!物理碗考什么? . On Earth, a scientist with clock B has her telescope fixed directly on clock A. If each clock started at 重磅!物理碗考什么?, what time does the scientist observe on clock A when clock B reads 重磅!物理碗考什么? ? Assume the time of acceleration for the ship leaving the Earth was negligible.

(A) 24 s    (B) 30 s   (C) 50 s   (D) 54 s   (E) 72 s

本题考查知识点:物理过程的分析,钟慢效应和固有时, 尺寸收缩效应

要点解析:

分析物理过程可知,clock B的读数重磅!物理碗考什么?应该包含两部分,即飞船走距离重磅!物理碗考什么?的时间重磅!物理碗考什么?和光返回的时间重磅!物理碗考什么?重磅!物理碗考什么?,解得此时重磅!物理碗考什么?。于是,重磅!物理碗考什么?.由于飞船测量其行走距离重磅!物理碗考什么?历时重磅!物理碗考什么?为固有时,根据钟慢效应则有重磅!物理碗考什么?. 或者根据尺寸收缩效应,飞船测得的距离  重磅!物理碗考什么?

高分技巧

夯实基础,熟记物理概念和公式树立全局意识,合理分配考试时间,不拘泥单一题目的得失提高正确率,会做的题目一定要能够做正确。

扫码获取备赛计划,考前查缺补漏、重点冲刺

【免费领取】相关真题及解析,还有一对一学术活动规划!

翰林国际教育资讯二维码