20xx1207國(guó)際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽題目中文-展示頁
2024-08-10 02:02本頁面
【正文】 源與相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行研究。）4）需要考慮磁鐵的什么參數(shù)：磁矩，長(zhǎng)度，直徑？5）系統(tǒng)最大的能量損失源是什么？材料的彈性勢(shì)能與作用在鋼球上的摩擦力之間有什么關(guān)系？是否可以計(jì)算出系統(tǒng)的效率？6）第一個(gè)鋼球的初速度是否至關(guān)重要？在這個(gè)系統(tǒng)中會(huì)不會(huì)存在磁滯現(xiàn)象。優(yōu)化磁鐵的位置，使其獲得最大的效果。另一個(gè)球滾向這些鋼球，并與最后一個(gè)球相撞。2012年IYPT賽題的背景資料和關(guān)鍵問題Problem No. 1 “Gaussian cannon”A sequence of identical steel balls includes a strong magnet and lies in a nonmagnetic channel. Another steel ball is rolled towards them and collides with the end ball. The ball at the opposite end of the sequence is ejected at a surprisingly high velocity. Optimize the magnet39。s position for the greatest effect.No. 1高斯炮在一個(gè)隔絕磁場(chǎng)的管道里，完全一樣的鋼球按一定順序排好，在這鋼球中也同時(shí)放著一個(gè)磁性很強(qiáng)的磁鐵。另一邊的球?qū)⒁泽@人的速度發(fā)射出去。一些關(guān)鍵因素討論：1）此裝置需要考慮力學(xué)的相互作用嗎？還是只涉及到磁性？2）（最大的效果指什么？這其中改變什么變量？最大的能量、動(dòng)量，或速度）（按題目的意思應(yīng)該是指速度）3）如何放置鋼球？如何保證最佳的動(dòng)量傳遞？鋼球的數(shù)量，大小多少為宜？（這涉及到炮的長(zhǎng)度、鋼珠的數(shù)目，磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度，等間距肯定是的，但磁場(chǎng)分布決定離磁鐵最遠(yuǎn)的鋼珠多遠(yuǎn)比較合適。7）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模有意義嗎？如何分析磁鐵與鋼球之間的相互作用？Problem No. 2 “Cutting the air”When a piece of thread (., nylon) is whirled around with a small mass attached to its free end, a distinct noise is emitted. Study the origin of this noise and the relevant parameters.No. 2空氣振動(dòng)一根繩子（例如尼龍繩）的一端系著一塊小質(zhì)量塊，這根繩子繞著另一端旋轉(zhuǎn)，將會(huì)發(fā)出獨(dú)特的聲音。1）在旋轉(zhuǎn)過程中，繩子的內(nèi)部張力是怎么分布的？是哪一部分力作用在繩子微元的？2）在這聲音背后有哪些物理規(guī)律？并且聲音還會(huì)隨繩子相對(duì)于觀察者位置的改變而改變？怎么變化？為什么？（多普勒效應(yīng)？）3）繩子上產(chǎn)生的波是橫波還是縱波？4）聲源是繩子還是質(zhì)量快？產(chǎn)生聲音的頻率范圍5）音質(zhì)，音色，音量，音調(diào)6）記錄聲音要注意些什么因素？Problem No. 3 “String of beads”A long string of beads is released from a beaker by pulling a sufficiently long part of the chain over the edge of the beaker. Due to gravity the speed of the string increases. At a certain moment the string no longer touches the edge of the beaker (see picture). Investigate and explain the phenomenon.No. 3一串珠子一長(zhǎng)串珠子由燒杯釋放。由于重力的作用，串珠的速度越來越大，在一個(gè)特定的時(shí)候，串珠不再碰到燒杯的邊緣。1）這個(gè)現(xiàn)象背后的基本物理原理是什么？2）在這個(gè)系統(tǒng)中能量守恒是怎么體現(xiàn)？3）串珠的結(jié)構(gòu)，如間距、數(shù)目、直徑、密度等等因素4）如果鏈子無限長(zhǎng)，這個(gè)現(xiàn)象會(huì)是穩(wěn)定，可再現(xiàn)的嗎？（要做個(gè)合理的理論分析）5）對(duì)于一個(gè)勻質(zhì)的鏈子（繩子），還有可能出現(xiàn)此現(xiàn)象嗎？6）連接珠子的繩子起什么樣的關(guān)鍵作用？7）關(guān)注初始時(shí)燒杯的條件，如燒杯的方位、珠子伸出的長(zhǎng)度，8）要想觀察這個(gè)現(xiàn)象，長(zhǎng)鏈到底應(yīng)該有“多長(zhǎng)”？9）珠子與限制它的燒杯之間是怎么相互影響的？碰撞，滑動(dòng)摩擦？10）（在旁邊觀察時(shí)，處在上升階段的鏈條可能會(huì)有多種形狀。那么有可能形成水橋。（一定要注意高壓不能超過當(dāng)?shù)氐囊?guī)定）參考文獻(xiàn)：J. Phys. D: Appl. Phys. 40,61126114 (2007)J. Phys. D: Appl. Phys. 41, 18, 185502 (2008)1）為什么會(huì)發(fā)生這個(gè)現(xiàn)象？去離子水在此實(shí)驗(yàn)中的重要性2）要產(chǎn)生液橋，實(shí)驗(yàn)的液體需要具備什么性質(zhì)？3）兩個(gè)相互連接的燒杯的含義是什么？）4）液橋的穩(wěn)定性用什么來衡量？當(dāng)兩個(gè)燒杯相互遠(yuǎn)離，是什么力量來維持液橋的？5）液橋會(huì)有流動(dòng)的液體嗎？如何去證明或者排除這樣的流動(dòng)？6）電壓是如何影響液橋的，電極的放置位置或其形狀？7）液橋形成的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)是什么，液橋能維持多長(zhǎng)時(shí)間？8）如果兩個(gè)燒杯中分別放不同的液體，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？液橋還會(huì)出現(xiàn)嗎？9）如果是一個(gè)毛邊燒杯，有可能形成許多液體嗎？Problem No. 5 “Bright wav
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