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最新全国高中物理竞赛大纲(2013)实施


全国中学生物理竞赛内容提要
(2011 年 11 月修订,2013 年开始实行) 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。 2011 年对《全国中学生物理竞赛内容提要》进行了修订,经全国中学生物理竞赛 委员会第 30 次全体会议通过,2013 年开始实行。 (2011 年的修订内容用黑色楷体字表示) 一.理 论 基 础 力 学 1. 运动学: 参考系 坐标系 直角坐标系 ※平面极坐标 质点运动的位移和路程 速度 加速度 矢量和标量 矢量的合成和分解 ※矢量的标积和矢积 匀速及匀变速直线运动及其图像 运动的合成 抛体运动 圆周运动 ※曲线运动中的切向加速度和法向加速度, 曲率半径 相对运动 伽里略速度变换 刚体的平动和绕定轴的转动 角速度和角加速度 2.牛顿运动定律 力学中常见的几种力 牛顿第一、二、三运动定律 惯性参考系 摩擦力 弹性力 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 ※匀速转动参考系中的惯性离心力 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 ※平行力的合成 重心 物体平衡的种类 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 反冲运动及火箭 5.※角动量 1

视重

※冲量矩 ※角动量 ※质点和质点组的角动量定理(不引入转动惯量) ※角动量守恒定律 6.机械能 功和功率 动能和动能定理 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 恢复系数 7.在万有引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运动和椭圆轨道运 动 8.流体静力学 静止流体中的压强 浮力 9.振动 简谐振动 x=Acos(ω t+Φ ) 振幅 频率和周期 相位 振动的图像 参考圆 振动的速度 v= -ω Asin(ω t+Φ ) (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) 10 波和声 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 y=Acosω (t-x/v) 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 ※多普勒效应 热 学 1.分子动理论 原子和分子的数量级 分子的热运动 布朗运动 气体分子热运动速率分布律 (定性) 温度的微观意义 分子热运动的动能 ※气体分子的平均移动动能,玻尔兹曼常量 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,普适气体恒量 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

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理想气体的内能 热力学第一定律在理想气体等容、等压、等温和绝热过程中的应用,※定容摩尔热容量和定 压摩尔热容量 ※等温过程中的功(不要求导出) ※绝热过程方程(不要求导出) ※热机及其效率 ※致冷机和致冷系数 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 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 ** 8.热传递的方式 传导 ※导热系数 对流 辐射 ※黑体辐射的概念 ※斯特藩定律 9 热膨胀 热膨胀和膨胀系数 电 学 1.静电场 电荷守恒定律 库仑定律 静电力常量和真空介电常数 电场强度 电场线 点电荷的场强 场强叠加原理 匀强电场 ※无限大均匀带面的场强(不要求导出) 均匀带电球壳壳内的场强和壳外的场强公式(不要求导出) 电势和电势差 等势面 点电荷电场的电势公式(不要求导出) 电势叠加原理 均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式(不要求导出) 静电场中的导体 静电屏蔽 电容 平行板电容器的电容公式 ※球形电容器的电容公式 电容器的连接

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电容器充电后的电能 电介质的极化,介电常量 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(不要求机理) 超导现象 4.磁场 电流的磁场 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) ※无限长直导线中电流的磁场表示式 ※圆线圈中电流的磁场在轴线上的表示式 ※无限长 螺线管中电流的磁场表示式(不要求导出)※真空磁导率 安培力 洛伦兹力 电子荷质比的测定 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 楞次定律 ※感应电场(涡旋电场) ※电子感应加速器 自感和互感,自感系数,※通电自感的磁能(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 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 理想变压器 三相交流电及其连接法 感应电动机原理 7.电磁振荡和电磁波 电磁振荡 振荡电路及振荡频率,电磁波谱 电磁场和电磁波 电磁波的波速 赫兹实验 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 4

光的直进 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、球面镜半径的关系 薄透镜成像公式及作图法 眼睛 放大镜 显微镜 望远镜 2.波动光学 光程 光的干涉 双缝干涉 光的衍射现象 单缝衍射(定性) ※分辩本领(不要求导出) 光谱和光谱分析 近 代 物 理 1.光的本性 光电效应 爱因斯坦方程 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 玻尔模型的局限性 原子的受激辐射 激光的产生(定性)和它的特性 3. 原子核 原子核的量级 天然放射现象 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 质能方程 裂变和聚变 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 p=h/λ ※不确定关系 ?p?x≥h/4π 5.※狭义相对论 爱因斯坦假设 时间和长度的相对论效应 相对论动量 相对论能量 相对论动量能量关系 6. ※太阳系,银河系,宇宙和黑洞的初步知识. 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,极限、无限大和无限小的初步概念. 3. ※导数及其应用(限于高中教学大纲所涉及的内容)

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欧姆定律微观解释
设有一段金属导体, 横截面积为 S, 长为 L, 在导体的两端加上电压 U, 则导体中的场强 E=U/L. 这时,一自由电子在电场力 F=eE 的作用下做定向移动。设电子的质量为 m,则定向移动的 加速度为 a=F/m=eE/m=U(e/mL)。 运动的自由电子要频繁地与金属正离子碰撞, 使其定向移动受到破坏, 限制了移动速率 的增加。自由电子在碰撞后向各个方向弹射的机会相等,失去了之前定向移动的特性,又要 从新开始做初速为0的定向加速运动。 自由电子相继两次碰撞的间隔有长有短,设平均时间为 t,则自由电子在下次碰撞前的 定向移动速率 vt(以 t 为下标)=at,那么在时间 t 内的平均速率 v=at/2。结合之前推出的 a=U(e/mL),得自由电子的平均移动速率为 v=U(et/2mL)。 代入电流的微观表达式 I=neSv,得 I=U(ne^2St/2mL) 对于一定的金属材料,在一定的温度下,t 是个确定的数值(10^-14~10^12s),也就 是说,对于一段金属导体,ne^2St/2mL 是个常量。 因此, 导体中的电流强度 I 与两端的电压 U 成正比。 导体两端的电压与导体中的电流强 度的比值(2mL/ne^2St)就是这段导体的电阻。由此看出,导体的电阻与长度成正比,与横 截面积成反比,与1/ne^2t 成正比。1/ne^2t 由导体的特性决定。因此,在一定温度时,导 体的电阻是 R=ρ L/S。ρ 是导体的电阻率。对于一定温度与相同的导体,电阻率一定。 从上面的推导过程看出,欧姆定律有一定的局限性。它适用于金属,电解液等称之为线 性电阻的导体。欧姆定律不适用的导体还有气体。

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