51
ХVII
Международная физическая олимпиада
Доктор педагогических наук
О. Ф. КАБАРДИН,
кандидат педагогических наук
В. А. ОРЛОВ
ХVII Международная олимпиада школьников по физике прохождения в Великобритании с 13 по 20 июля на базе школьных Хэрроу в Лондоне. Дляучастия в олимпиаде приближены команды из 21 страны: Австралии, Великобритании, ВНР, ГДР, Исладии, Канады, КНР, Кубы, Нидерландов, Норвегии, НРБ, ПНР, СРР, СССР, США, СФРЮ, Турции, Финляндии, ФРГ, ЧССР и Швеции. Впервые в олимпиаде приняли участие команды КНР и США. Кроме того, на олимпиаде были представлены наблюдаемые из Австралии, Кувейта и Сингапура.
В команду СССР вошли пять школьников:
Олег Волков — выпускник с. ш. № 23 г. Горького,
Андрей Гуцин — выпускник ФМШ № 165 г. Новосибирска,
Андрей Матцын — выпускник с. ш. № 91 г. Москвы,
Сердей Магчилов — выпускник с. ш. № 16 г. Одессы,
Григорий Николашвили — выпускник ФМШ им. Комарова г. Тбилиси.
Руководители команды были авторы этой статьи — научные сотрудники Научно-исследовательского института содержания и методов обучения Академии педагогических наук СССР.
Организация и проведение олимпиады были поручены Министерству образования и науки, Физической обществу и коллективу учительей физики школьных Хэрроу. Председателем оргкомитета был назначен известный англійский ученый сар Алек Мэрисон, генеральным секретarem — профессор С. Айзенберг.
Оба тура олимпиады — теоретический и экспериментальный — были проведены на базе школьных Хэрроу. На решение трех задач теоретического тура было отведено 4,5 часа, двух задач экспериментального тура — 5 часов.
Вот условия этих задач.
Teoretическая тур
Задача 1
Плоская монохроматическая световая волна с длиной волны λ и частотой v падает перпендикулярно на две тождественные узкие щели L и M, нахождение на расстоянии d друг от друга (рис. 1). Световые волны, исходящие из каждой щели в направлении под углом Θ к нормали, на расстоянии x в момент времени t определяются уравнением
где a — амплитуда, одинаковая для обихов волн, x >> d.
- Докажите, что результатирующего амплитуду A двух волн, выходящих под углом Θ к нормали, можно получить сложением двух векторов, модель каждого из которых равен a, а направление определяется фазой световой волны. Проверите геометрические, по векторной диаграмме, что
где β = (πd sin Θ)/λ.
- Двойная щель заменяется дифраκционной решеткой, состоящей из N одинаковых щелей, расстояние между которых одинаково и равно d. Используя векторный метод сложения амплитуд, показите, что начало и конец каждой щелей лежат на окружности радиуса R, определяемого уравнением
где a — модуль каждого вектора. Покажите, что результатирующая амплитуда равна
и получите разность между результатирующей волной и волной, падающей на решетку.
-
Начерти на одном и том же рисунке графики sin Nβ и 1/sin β как функция β. На отдельном графике показите, как зависит от β интегисовность результатирующей волны.
-
Определите интенсивность главных максимумов.
-
Покажите, что число главных максимумов не может превышать (2d/λ)+1.
-
Покажите, что две волны длиной λ и λ+Δλ, где Δλ << λ, образуют главные максимумы на угловых расстояниях
где n=0, ±1, ±2, …
Вычислите это угловое расстояние для линейная матрия, длины волн которых λ=589,0 nm, λ+Δλ=589,6 nm, n= и d=1,2·10⁻⁶ м.
Задача 2
В начале века была предложена модель Земли, в которой предполагается собой шар радиусом R, состоящий из однородной изotropной твердой оболочки и жидкого ядра радиусом R_c (рис. 2). Скорость сегмических продуктов v_p и поперечных v_S волн, так называемых волн p и S, внутри оболочки построены. В ядре продольные волны имеют скорость v_cp, а поперечные волны не распространяются. Землетрисе в точке E на поверхности Земли образует
52
сейсмические волны, которые пробегают сквозь Землю и регистрируют на поверхности наблюдаем, который может установить свой сеймограф в любой точке X земной поверхности. Угловое расстояние между точками E и X равно , где O — центр Земли.
- Показите, что сейсмические волны, распространяющиеся только в оболочке по прямой, достигнут точки X за время (время пробета волн после землетрясения), определяемое по формуле
для ,
где для волн и для волн .
-
Если положение точки X такое, что , то сейсмические волны достигают наблюдаемые после двух преломлений на границе между оболочкой и ядром. Начните траекторию распространения такой сейсмического волны. Получите соответствие между углом и углом падения сейсмического волны на границу между оболочкой и ядром.
-
Используя данные: km, km, , km·, km , km· и результат, полученный в п. 2), начните качественный график зависимости от . Прокомментируйте физические последствия формы этой зависимости для наблюдаемых, находящихся в различных точках земной поверхности. Нарисуйте графики зависимости времени пробета волн и от угла для .
-
После землетрясения наблюдаемые изменения во времени между прибитемом волны следда за волной , равную 2 мин 11 с. Определите угловое расстояние, измененное от центра Земли, между точкой землетрясения и наблюдаемым, использующим пункте.
-
наблюдаемые, которые сделали изменение в п. 4), заменает, что через некоторое время после прибития волн и последовали еще два отсутства на сейсмографе, причем промежуток времени между ними равен 6 мин 37 с. Объясните этот результат и проверьте, что он действительно связаан с угловым расстоянием, определяенным в предыдущем пункте.
Задание 3
Tri частицы массой соединены упругими нерастунными пружинами каждой сжеткости и находятся в состоянии равновесия (рис. 3). Их движение ограничено по окруженным в предыдущем пункте.
-
Каждая частица смешается из равновесного положения небольшим сдигром , и . Составьте уравнения движения для каждой частицы после сдигра. Массами пружин пребрежь.
-
Показите, что система может совершать гармоничное колбаня по закону
с ускорениями , где — постоянные амплитуды, и что циклическая частота может иметь два возможных значения
- Система из пружин и частицы увеличивается до числа , каждая частица содержена пружинами с двумя соседними. Сначала пружины не растут и находятся в равновесном состоянии. Составьте уравнение движения для -й частицы (), выраженное через смешение самой частицы, а также содержих части после выведения их из положения равновесия. Показите, что
(где , , — произвольная фаза) является решением уравнения движения при условии, что циклическая частота задается выражением
где — постоянные амплитуды, не зависит от . Указите диапазон возможных частот для цепи, содержащей бесконечное число частц.
-
Определите отношение для большого значения в двух случаях: a) низкочастичные решения; b) , где — решение для максимальной частоты. Поясните графически расположение части в цепи в момент времени для a) и b).
-
Одну из частицы заменили на частицу с массой . Сделайте оценку ожиданных существенных изменений в распределении циклических частот. Определите качественное форму частотного спектра для цепи с черезюшимся массами и на основе предыдущего результата.
Экспериментальный тур
Задание 1
Пронаблюдайте радиги первого, второго и пятого порядков для воды и радиги первого и второго порядков для жидкости и и определяйте углы для красных границ этих радуг (рис. 4).
Рассчитайте углы отклонения , на которые поворачивается подошшит луч света в результате двух преломлений и к отраженной от внутренней поверхности капли воды для ( — порядок радуги). Постройте график зависимости . Определите для радуг второго порядка для жидкости и . Постройте график величины в зависимости от для всех трех жидкостей.оставьте дополнительную точку . Седините точки наиболее точной прямой, изменьте ее наклон, а также величины , для которой . Показатели пре-
54
Школьник С. Майкстейнер (9,62), третий теоретической задачи — З. Гагю-Салфю из СРР (8,77). Абсолютно лучший результат за решение задачи теоретического типа был у румянского школьника К. Некулы — 25,71 баллов. Второй и третий результат у советских школьников О. Волкова и А. Матышина — 24,83 и 24,52 балла соответственно. Лучший командный результат теоретического типа был у команды СССР — 106,82 баллов. У команд СРР и ФРГ, занявших 2 и 3 места, — 98,45 и 87,06 баллов соответственно.
Максимальное число баллов за первую экспериментальную задачу получили советский школьник С. Мягчилов (7,7), за вторую экспериментальную задачу — З. Кантор из ВНР (7,7). Лучший результат за выполнение всего экспериментального задачи был у советского школьника С. Мягчилова — 13,9 баллов. Второй и третий результат — у О. Волкова из СССР — 13,1 баллов и З. Кантора из ВНР — 12,3 баллов. Лучший командный результат за эксперименту у команды СССР — 56,6 баллов, второй и третий результат у команд ГДР и Велико-
британии — 44,0 и 40,5 баллов соответственно.
После подведения общих итогов абсолютно лучший результат оказался у советского школьника О. Волкова — 37,93 баллов. Он нагряжен дипломом I степени.
Такие же дипломы получили С. Мягчилов (СССР) — 35,66, К. Некула (СРР) — 35,31 и А. Матышин (СССР) — 34,62. Остальные участники советской команды также получили дипломы: А. Гущин — диплом II степени (30,41), Г. Николаишвили — диплом III степени (24,80). Общее число первых дипломов — 4, вторых — 5, третий — 22.
В неофициальном командном哉ете команда СССР завоевала первое место, набрав 163,42 балла. Остальные команды по сумме набранных баллов расположились следующим образом: СРР — 136,95, Великобритания — 125,31, ВНР — 123,92, ФРГ — 121,66, Нидерланды — 118,4, ПНР — 114,9, США — 109,57, ЧССР — 109,34, ГДР — 106,58, НРВ — 92,37, Швеция — 79,81, КНР — 78,93 (три участника), Турция — 78,0, Финляндия — 74,64, Австралия — 69,82, Канада —