第12届亚洲物理奥林匹克竞赛实验题介绍与解答

第３１卷　第１０期２０１１年１０月　　

ＨＹＳＩＣＳＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴＩＯＮ　Ｐ　

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物　理　实　验

Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．１０

，ｃｔ．２０１１　Ｏ

第１２届亚洲物理奥林匹克竞赛

实验题介绍与解答

廖慧敏，荀　坤，陈晓林

（）北京大学物理学院，北京１００８７１

”介绍了第１导体在振荡磁场中的悬浮”和“光学‘黑盒子’２届亚洲物理奥林匹克竞赛所考的“２个独立实验　　摘　要：

的试题及竞赛组织者给出的标准解答．

关键词：亚洲物理奥林匹克；感生电动势；磁悬浮；光栅；衍射

（）中图分类号：Ｇ６３３．７　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００５４６４２２０１１１０００１６１０－－－

１　引　言

第１２届亚洲物理奥林匹克竞赛于２０１１年５月１日至５月８日在以色列特拉维夫市举行．代表中国参赛的吴宇恺等８名中学生全部获得了金牌，且包揽了总分前５名．

“本届竞赛的两道实验题为：导体在振荡磁场”和“光学‘黑盒子’中的悬浮”．每题考试时间为中间休息０．２．５ｈ，５ｈ．本文试题部分基本为原

解答部分采用组委会提供的标准解答（文中称貌，

，为样本实验）并尽可能对物理图像作出说明．

交流电源　２．螺线管　３．金属环　４．万用表１．

数字天平　６．泡沫块　７．电线５．

图１　试题Ａ实验装置图

２　试　题

导体在振荡磁场中的悬浮２．１　试题Ａ：

在足够强的振荡磁场作用下，由于其中感生电流所受的平均磁力不为零，金属导体会悬浮起来．平均磁力不为零源自磁场与感生电流间的相而此相位差又来自导体的电感．本实验将位差，

通过测量通有振荡电流的螺线管施加在铝环竖直方向上的力，来导出铝环的自感系数．为方便测量，作用在环上的平均力会指向下方，而不是使环悬浮．

实验器材见图１．图中１是５０Ｈｚ的交流电源，其２对输出端的输出电压分别约为２４Ｖ和前者只用于对螺线管供电．为防止长时间０．７Ｖ，

通电导致的系统过热，开关只有被压下才接通．２是带铁芯的螺线管，其竖直位置可由螺距为ｈ

＝

铝合金）１．４１ｍｍ的螺杆调节．３是由同样材料（

制成的金属环，其中１个环闭合，２个环开口．第一个开口环尺寸与闭合环相同，只是被切掉了一小段．第二个开口环则比前２个环细很多．４是分别用作电压表和电流表，交流电压表的万用表，

灵敏度为０．电流表的量程为２１ｍＶ，０Ａ．５是使用电池供电的数字天平，灵敏度为０．０１ｇ．当受到快速振荡变化的力作用时，天平将显示力的时间平均值．６是用于安放金属环的聚苯乙烯泡沫块．还提供７是带有各种不同接头的电线．另外，毫米绘图纸和照明用台灯．了１把尺子，

特拉维夫的重力加速度大小为ｇ＝（９．８０±）Ｎ／０．０１ｋ．ｇ

理论（１．３分）

现有放置于螺线管磁场内的半径为ｒ的导体

２０１１０８０１　收稿日期：－－

：（，作者简介廖慧敏女，湖北当阳人，北京大学物理学院讲师，博士，研究方向为非线性斑图动力学

．１９８０－）　

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