國際物理奧林匹克競賽

為組織國際性物理學科競賽，波蘭的Cz.Scistowski教授、前捷克斯洛伐克的R.Kostial教授和匈牙利的R.Kunfalvi教授作了艱苦的準備工作，使得首屆IPHO於1967年在波蘭的首都華沙舉行。第一屆賽事僅有波蘭、前捷克斯洛伐克、匈牙利、保加利亞牙和財羅馬尼亞參加。第2屆IPhO於1968年在匈牙利的布達佩斯舉行，前蘇、東德和南斯拉夫等國也組隊參加，參賽國增加為8個。第3屆IPHO於1969年在前捷克斯洛伐克的布爾諾舉行，參賽國不變。而後，第4、5屆相繼在前蘇聯的莫斯科和保加利亞的索菲亞舉行。1972年在羅馬尼亞的布加勒斯特舉辦第6屆賽事時，法國與古也辦參加。這是第一次有西方國家和非歐州國家加盟IPhO。以後參賽國逐漸增多。1981年越南作為第一個亞洲國家參賽，1985年加拿大作為第一個北美國家參賽。特別值得一提的是1986年中國與美國正式參加競賽，這是IPHO歷史上的一件大事，因為中國的理論高教育水平和美國的高科技水平是舉世公認的。1987年澳大利亞第一次組隊參賽，這意味着IPhO活動已擴展到除非州以外的全世界四大洲。1993年在美國的威廉斯堡舉行了第24屆IPhO，參賽國已多達40個。 ^[1] 

競賽設立由參賽成員國組成的國際物理奧林匹克委員會。競賽章程規定：目的是為增進中學物理教學的國際交流，通過競賽促進開展物理學科的課外活動，以加強不同國家青年之間的友好關係和人民間的相互瞭解合作。同時幫助參賽者發展物理方面的創造力，把從學校學到的知識用於解決實際問題的能力。

IPhO每年舉辦一次。由各會員國輪流主辦，並由各代表團團長和一名主辦國指定的主席組成國際委員會。國際委員會的任務是公平合理地評卷，監督章程規定的執行情況，決定競賽結果。

每個參加國應派出一個代表團，通常最多由五個學生（參賽者）和兩個陪同人員（代表領導）組成。參賽者應為普通中學或中等專業學校的學生（即那些不能被視為大專的學校）。在比賽當年完成學校考試的學生，只要他們尚未開始大學學習，就可以成為該團隊的成員。參賽者的年齡在比賽當年的6月30日不得超過20歲。

代表團團長必須是物理學專家或物理老師，能夠勝任解決比賽中的問題。IPhO的工作語言為英語，他們每個人都應該會説英語。代表團團長有責任將問題翻譯成學生所需的語言。

奧林匹克比賽組織者根據計劃確定到達和離開的日期，以及代表團應從其所在國家/地區出發的地點。組委會負擔從抵達日至出發日與奧林匹克運動會有關的每個代表團的費用。

競賽一般於每年7月舉行。競賽分兩天進行。第一天進行3道理論計算題競賽，另一天的競賽內容是1—2道實驗題。中間有一天的休息。參賽者可使用計算尺、不帶程序編制的計算器和對數表、物理常數表和製圖工具，但不能使用數學和物理公式一覽表。

競賽題由參加國提供題目，主辦國命題。在競賽前，賽題要保密。競賽題內容包括中學物理的4個部分(力學、熱力學和分子物理學、光學及原子和核物理學、電磁學) ，解題要求用標準的初等數學而不要用高等數學。主辦國提出評卷標準並指定評卷人。每題滿分為10分。各代表團團長同時對自己團員競賽卷的複製品進行評定，最後協商決定成績。

理論考試的總分數為30分，實驗考試的總分數為20分。競賽組織者應確定在考試中如何分配分數。在初步評分（與代表團領導討論評分之前）之後，組織者將根據以下規則為金牌，銀牌，銅牌和榮譽獎設立最低標準（以分數表示）：

與上述百分比相對應的最小值應四捨五入。如果國際委員會成員中有一半或以上贊成，則建議的最低要求應視為已通過。僅獲得參加證書的候選人的結果應在國際理事會成員和獲准出席會議的人員的嚴格掌握之中。 ^[2] 

國際委員會有權對競賽章程和考綱提出修改意見；有權對東道國準備的理論考題進行有限制的選擇和對理論、實驗考題及評分標準提出修改意見；有權確定競賽結果的名次；有選定以後各屆競賽的主辦國．委員會的決議按簡單多數舉手通過，各國領隊和教學領隊票權均等，不過尚未發現有哪一個代表隊的這兩票分別投在不同的“陣營”中．表決時贊成與反對票數相同時，主席票所在的一方獲“勝”．這是主席僅有的一份權威，儘管其實施的概率微乎其微。

隨着參賽國越來越多，兩屆賽事之間需要協調和處理的事務也越來越多．為了適應這種情況，1983年在羅馬尼亞舉行的第14屆競賽期間，原德意志聯邦共和國的GunlerIJnd博士提議建立常設性的“國際物理奧林匹克秘書處”．此提議即被採納，旋即推選波蘭科學院的WaldemarGorzkowski(高日科夫斯基)博士為秘書，任期5年．高氏當選後，為IPh0作出了很大的貢獻．從第14屆的16個參賽國擴大到第28屆的55個參賽國，在一定程度上應歸功於高氏的個人努力．為了分擔秘書的一部分工作，後又增設副秘書一人．值得一提的是無論正職還是副職，IPhO的秘書均有職無薪，而且在每屆國際委員會中除非他們兼任本國領隊或教學領隊，否則甚至不能成為一名普通的委員.高氏為人謙遜，從不以國際競賽的權威自居，雖然體質較弱卻仍為IPhO事業默默地奉獻着.他贏得的是人生最平凡而又最珍貴的東西——受人尊敬，也許這正是學科競賽不具有商業性價值的可貴之處。 ^[1] 

賽期一般為9天。第1天報到後，隊員和領隊分開居住，住地一般相距幾公里以上。東道國為每一參賽隊學生配備1名翻譯兼導遊，這對東道國來説是一種很大的負擔，有些國家難以承辦IPhO活動，其部分原因也在於此。因華裔子弟遍佈世界各地，東道國為我們代表隊配備的翻譯幾乎都是在該國讀研究生的華人學子。

第2天上午是開幕式，常在大學禮堂舉行，氣氛淡雅肅穆，學術氣氛濃厚。開幕式後領隊與隊員暫不往來，且自覺地互不通電話聯繫，有事均通過翻譯轉達。第2天下午學生由主辦者組織旅遊或參觀，領隊們則參加本屆國際委員會正式會議並集體討論、修改和通過理論賽題，再由各國領隊將題文翻譯成本國文字，交由組委會複印。會議開始時，各國領隊與觀察員分別就座，組委會執行主席及其助手們的座位安排在正前方。東道國將3道理論題的題文和題解，以及評分標準的4種文本(英、俄、德、法)之一發給各國領隊。大約一小時後，命題者代表用英語向大家介紹該題的命題思想及解題思路等，然後大會討論，提出修改意見，最後通過這道理論題。3道題逐題進行，若其中某道題被否決，組委會便公開備用的第4道題。

3道題通過後常已近深夜，這期間除晚餐外，還供應飲料和點心。中國領隊們而後所做的翻譯工作，一般都會持續到次日清晨6點左右，真可謂"通宵達旦"。

第3天上午8點開始，學生們進行5小時的理論考試，其間有飲料和點心供應，學生們用本國文字答卷。組委會為領隊們安排旅遊或參觀活動；儘管大多數人已經非常疲乏，也許因為身臨異國他鄉，仍是遊興十足。第3天下午東道國安排的休息性活動常能使領隊與學生有機會見面，然而師生間很少談及上午的考試，為的是不在情緒上影響後面的實驗考試。

第4天討論、修改、通過及翻譯實驗賽題。實驗賽題為1-2道，2道居多。

第5天學生分為兩組，分別在上、下午進行5小時的實驗考試。若有2道題，則每題2。5小時。實驗考試後學生們的緊張情緒驟然間消失，隊與隊之間頻繁交往，學生們"挨門串户"地互贈小禮品，最受歡迎的當數各國硬幣。此時，領隊們開始悉心研究由組委會送來的本隊隊員的試卷複印件，上面有評分結果。分數由東道國專設的閲卷小組評定，在評定我國學生試卷時，常請另一位懂中文的研究生協助閲讀試卷上的中文內容。

東道國通常在第6、7天安排各國領隊與閲卷小組成員面談，商討和解決評分中可能出現的差錯和意見分歧。第7天的下午或晚上舉行最後一次國際委員會會議，多數領隊藉此機會互贈小禮品。會議最重要的議程是通過學生的獲獎名單。理論題每題10分，滿分30分；實驗題若有2道，則每題10分，滿分20分。按章程規定，金牌應授予8％的參賽者。金牌或銀牌應授予25％的參賽者。金牌，銀牌或銅牌應授予50％的參賽者。還應向67％的參賽者頒發奧林匹克獎章或榮譽獎。金牌第1名被授予特別獎。與上述百分比相對應的最小值應四捨五入。如果國際委員會成員中有一半或以上贊成，則建議的最低要求應視為已通過。那些僅獲得參加證書的候選人的成績應嚴格由國際委員會成員和獲准參加其會議的人員所知。此外，還可由東道國自設各種特別獎，例如女生最佳獎、各試題的解答最佳獎等。按章程"此競賽為個人之間的競賽"，所以不評團體獎，但大家對每個代表隊的總成績還是比較重視的，所謂團體總分第一或第二，即基於這一重視而自行統計所排"座次"。

第9天由東道國派車送各隊赴機場回國，為這友誼的IPhO活動劃上圓滿的句號。

表格參考資料來源 ^{[3]  [8-9]} 

本大綱列出了國際物理奧林匹克競賽可能使用的主題。可以從過去的 IPhO 試題中找到有關課程大綱中每個主題級別的指導。

賽題應該着重於測試創造力和對物理學的理解上，而不是測試數學技巧或解題速度。用於數學運算的式子應占較小的比例。試題在數學上具有挑戰性時，用近似解決方案作為替代可獲得部分分數。題目文本要簡潔；理論考試和實驗考試的文本應少於12000個字符（包括空格，但不包括封面和答題紙）。

賽題可能包含教學大綱中未提及的概念和現象，前提是賽題文字中提供了足夠的信息，這樣一來之前不瞭解這些主題的學生就不會有太多劣勢。這些新概念必須與教學大綱中的主題密切相關。這些新概念應該用教學大綱中的已有名詞來解釋。

數值應使用國際單位制(SI)或國際單位制官方認可的單位。

在模型化現實問題時，做出適當近似的能力。對問題對稱性的認識和利用的能力。

2.2.1 運動學

點粒子的速度和加速度，作為其位移矢量的導數。線速度；向心和切向加速度。具有恆定加速度的點粒子的運動。速度和角速度之和；加上不含科里奧利項的加速度；識別科里奧利加速度為零時的情況。剛體繞瞬心旋轉的運動；剛體質點的速度和加速度。

2.2.2 靜力學

通過求和或積分求系統的質心。平衡條件：受力平衡（矢量或投影）和扭矩平衡（僅適用於一維和二維幾何體）。常力、張力、靜摩擦力和動摩擦力；胡克定律，應力，應變和楊氏模量。穩定和不穩定平衡。

2.2.3 動力學

牛頓第二定律（矢量形式和通過投影分量）；平動和轉動的動能。簡單力場的勢能（也作為力場的線積分）。動量，角動量，能量和它們的守恆定律。機械功和功率；摩擦引起的耗散。慣性和非慣性參考系：慣性力，離心力，旋轉座標系中的勢能。簡單物體（環、盤、球、空心球、杆）的轉動慣量，平行軸定理；通過積分求轉動慣量。

2.2.4 天體力學

萬有引力定律，引力勢，開普勒定律（第一定律和第三定律不需要推導）。橢圓軌道上質點的能量。

2.2.5 流體力學

壓力，浮力，連續性定律。伯努利方程。表面張力和相關能量，毛細管壓力。

2.3.1 基本概念

電荷和電流的概念；電荷守恆和基爾霍夫電流定律。庫侖力；靜電場作為勢場；基爾霍夫電壓定律。磁場；洛倫茲力；安培力；畢奧-薩伐爾定律和共軸圓形載流線圈上的磁場以及簡單的對稱系統，如直線、圓線圈和長螺線管。

2.3.2 麥克斯韋方程的積分形式

高斯定律（適用於電場和磁場）；安培定律；法拉第定律；當被積函數幾乎是分段常數時，用這些定律計算場。導體表面和無限遠處電場（或靜電勢）的邊界條件；接地導體的概念。電場和磁場的疊加原理；適定問題解的唯一性；鏡像法。

2.3.3 物質與電場和磁場的相互作用

電阻率和電導率；歐姆定律的微分形式。介電性和磁導率；電磁材料的相對介電係數和磁導率；電場和磁場的能量密度；鐵磁材料；滯後和耗散；渦流；楞次定律。磁場中的電荷：螺旋運動，迴旋加速器頻率，電場和磁場疊加場中的漂移。磁場中磁偶極子的能量；電流環的磁偶極矩。

2.3.4 電路

線性電阻和歐姆定律；焦耳定律；電動勢做功；理想和非理想電池、恆流源、電流表、電壓表和歐姆表。給定V-I特性的非線性元件。電容器和電容（也適用於單個電極的無窮大）；自感和電感；電容器和電感器的能量；互感；RL和RC電路的時間常數。交流電路：復振幅；電阻器、電感器、電容器和組合電路的阻抗；相量圖；電流電壓諧振；有效功率。

2.4.1 單振盪器

簡諧振動：運動方程，頻率，角頻率和週期。物理擺及其縮減長度。不穩定平衡區附近的行為。阻尼振盪的指數衰減；正弦強迫振盪器的共振：穩態振盪的振幅和相移。LC電路的自由振盪；力電類比；正反饋是不穩定的來源；在LC諧振器中通過反饋產生正弦波。

2.4.2 波

諧波的傳播：相位是空間和時間的線性函數；波長、波矢、相速度和羣速度；耗散介質中波傳播的指數衰減；橫波和縱波；經典多普勒效應。非均勻介質中的波：費馬原理，斯奈爾定律。聲波：速度是壓力（楊氏模量或體積模量）和密度的函數，馬赫錐。波所攜帶的能量：與振幅的平方成比例，能流的連續性。

2.4.3 干涉和衍射

波的疊加：相干性、拍頻、駐波、惠更斯原理、薄膜引起的干涉（僅限強度最小值和最大值的條件）。單縫和雙縫衍射，衍射光柵，布拉格反射。

2.4.4 電磁波與介質的相互作用

介電常數與頻率的關係（定性）；折射率；電磁波在透明和不透明材料中的色散和耗散。線極化；布魯斯特角；偏振器；馬呂斯定律。

2.4.5 幾何光學與光度學

幾何光學近似：光線和光學圖象；部分陰影和完全陰影。薄透鏡近似；理想薄透鏡成像的構造；薄透鏡方程；光通量及其連續性；照度；發光強度。

2.4.6 光學器件

望遠鏡和顯微鏡：放大率和分辨率；衍射光柵及其分辨率；干涉儀。

時間和空間座標、能量和動量的相對論原理和洛倫茲變換；質能關係；時空間隔和靜止質量的不變性。速度疊加；時間膨脹；長度收縮；同時的相對性；光子的能量和動量與相對論多普勒效應；相對論運動方程；粒子的彈性和非彈性相互作用的能量和動量守恆。

2.6.1 概率波

粒子作為波：頻率和能量之間的關係，波矢量和動量之間的關係。類氫原子（僅圓形軌道）和拋物勢的能級；角動量的量子化。時間和能量、座標和動量的結合對的不確定性原理（作為一個定理，作為一種估計工具）。

2.6.2 物質結構

類氫原子的發射光譜和吸收光譜（對於其他原子-定性），以及由於分子振盪而產生的分子的發射光譜和吸收光譜；激發態的譜寬和壽命。費米子的泡利不相容原理。粒子（電荷和自旋知識）：電子，電子中微子，質子，中子，光子；康普頓散射。質子和中子是複合物。原子核，原子核的能級（定性）；α、β和γ衰變；核裂變、核聚變和中子俘獲；質量虧損；半衰期和指數衰變。光電效應。

2.7.1 經典熱力學

熱平衡和可逆過程的概念；內能、功、熱；開爾文温標；熵；開放、封閉、孤立系統；熱力學第一和第二定律。理想氣體動力學理論：阿伏伽德羅數、玻耳茲曼常數和氣體常數；分子的平動和壓力；理想氣體定律；平移、旋轉和傾斜自由度；均分定理；理想氣體的內能；分子的均方根速度。等温、等壓、等容和絕熱過程；等壓和等容過程的比熱；理想氣體正反向卡諾循環及其效率；非理想熱機的效率。

2.7.2 熱傳遞與相變

相變（沸騰、蒸發、熔化、昇華）和潛熱；飽和蒸氣壓，相對濕度；沸騰；道爾頓定律；導熱性的概念；熱流的連續性。

2.7.3 統計物理學

普朗克定律（定性解釋，無需記憶）、維恩位移定律；斯特藩-玻爾茲曼定律。

進行實驗所需的理論知識必須包含在本大綱的第2節中。

實驗問題應至少包含一些沒有詳細描述的實驗程序（設置、直接測量的所有量的列表以及用於計算的公式）的任務。

實驗問題可能包含隱含的理論任務（推導計算所需的公式）；不應該有明確的理論任務，除非這些任務是用來考察對給定實驗裝置的操作原理的理解或待研究現象的物理原理的理解，並且不涉及過多的數學計算。

直接測量的預期次數和數值計算的規模不應該太大，以至於佔用大部分分配的時間：考試應該考察實驗創新能力，而不是學生完成技術任務的速度。

瞭解實驗室工作的標準安全規則。儘管如此，如果實驗裝置存在任何安全隱患，則應在賽題文本中包含相應的警告。應避免有重大安全隱患的實驗。

熟悉理論部分提到的測量物理量的最常用實驗技術。

熟悉常用的簡單實驗室儀器和數字和模擬版本的設備，如卡尺、遊標秤、秒錶、温度計、萬用表（包括歐姆表和交流/直流電壓表和電流表）、電位計、二極管、晶體管、透鏡、稜鏡、光學支架、熱量計等。

學生可能不熟悉的複雜實用設備不應成為主要問題。對於複雜的設備（如示波器、計數器、速率計、信號和函數發生器、光電門等），必須向學生提供説明。

意識到儀器可能影響實驗結果。

熟悉提高實驗精度的基本技術（例如，測量多個週期而不是單個週期，儘量減少噪聲的影響等）。

知道如果要確定物理量的函數依賴性，則所取數據點的密度應與該函數依賴性的局部特徵標度相對應。

用合理數量的有效數字表示最終結果和實驗不確定度，並正確舍入。

識別主要誤差源，合理估計直接測量的實驗不確定度的大小（使用文件中的規則，如果提供）。

區分隨機誤差和系統誤差；能夠通過重複測量來估計和減少前者。

用任何合理的方法（如線性近似法、模數加法或畢達哥拉斯加法）求出被測函數的量的絕對和相對不確定度。

通過適當選擇變量並將直線擬合到實驗點，將相關性轉換為線性形式。以圖形方式或使用計算器的統計功能（任何一種方法均可接受）找到線性迴歸參數（斜率、截距和不確定性估計）。

為圖形選擇最佳比例尺寸，並用誤差條繪製數據點。

通過因子分解和擴充表達式來簡化公式。求解線性方程組。求解方程和方程組，得到二次方程和雙二次方程；符合物理意義的方案的選擇。算術級數和幾何級數之和。

三角函數、反三角函數、指數函數、對數函數和多項式的基本性質。

這包括關於角和的三角函數的公式。解三角函數、反三角函數、對數函數和指數函數的簡單方程。

度和弧度作為角度的替代度量。內錯角或外錯角的相等，對頂角相等。相似三角形的識別。三角形、梯形、圓形和橢圓形面積；球體、圓柱體和圓錐體的表面積；球體、圓錐體、圓柱體和稜柱體的體積。正弦定理和餘弦定理，內接角和中心角的性質，泰勒斯定理。三角形的中心和質心。學生應熟悉圓錐曲線的性質，包括圓、橢圓、拋物線和雙曲線。

向量和、點積和叉積的基本性質。二重叉積和標量三重積。矢量時間導數的幾何解釋。

複數的和、乘、除；實部和虛部的分離。複數的代數、三角和指數表示之間的轉換。二次方程的復根及其物理解釋。

概率的計算是物體數量或事件發生頻率的比值。平均值、標準差的計算以及組平均值標準差的計算。

求初等函數的導數，以及其和、積、商和嵌套函數的導數。積分是微分的逆過程。在簡單的情況下尋找定積分和不定積分：初等函數、函數之和以及對線性相關參數使用替換規則。用換元法作無量綱定積分。導數和積分的幾何解釋。利用初始條件求積分常數。梯度的概念（不需要偏導數形式）。

使用基於泰勒級數的線性和多項式逼近。方程和表達式的線性化。攝動法：根據未攝動解計算修正。用梯形法或加矩形法進行數值積分

本教學大綱參考來源 ^[2]