第13屆國(guó)際物理奧林匹克競(jìng)賽試題及解答（英文）

第13屆國(guó)際物理奧林匹克競(jìng)賽試題及解答（英文）一、ElectricityandMagnetism1.Achargedparticlewithachargeof+2Cismovingwithavelocityof5m/sperpendiculartoamagneticfieldof2Tesla.Calculatetheforceexperiencedbytheparticle.A.10NB.4NC.8ND.20N2.Acurrentof3Aflowsthroughawireoflength5cmandcross-sectionalarea2mm2.Calculatethemagneticfieldatadistanceof0.5cmfromthewirealongitslength.A.0.1TeslaB.0.3TeslaC.0.2TeslaD.0.4Tesla二、Thermodynamics1.A100gsampleofwaterisheatedfrom20°Cto80°C.Calculatetheheatrequiredtoraisethetemperatureofthewater.A.3200JB.3600JC.4000JD.4500J2.Agasexpandsfromavolumeof2litersto5litersagainstaconstantexternalpressureof2atm.Calculatetheworkdonebythegas.A.6atm-lB.10atm-lC.8atm-lD.12atm-l三、Optics1.Alightbeamwithawavelengthof600nmpassesthroughasingleslitofwidth0.5μm.Calculatetheangularwidthofthefirstminimuminthediffractionpattern.A.1.2x10??radiansB.2.4x10??radiansC.3.0x10??radiansD.4.8x10??radians2.Aconvexlenswithafocallengthof10cmisplaced20cminfrontofaplanemirror.Apointobjectisplaced15cminfrontofthelens.Calculatethepositionandmagnificationofthefinalimage.A.40cm,magnification=2B.30cm,magnification=1.5C.20cm,magnification=1D.10cm,magnification=0.5四、ModernPhysics1.Ahydrogenatominitsgroundstateemitsaphoton.Calculatetheenergyoftheemittedphoton.A.10.2eVB.12.1eVC.13.6eVD.14.4eV2.Amuon(μ?)witharestmassof105.7MeV/c2ismovingataspeedof0.9c.Calculatetherelativisticmassofthemuon.A.1.057GeV/c2B.1.157GeV/c2C.1.167GeV/c2D.1.177GeV/c2五、Acoustics1.Asoundwavewithafrequencyof440Hztravelsthroughairataspeedof340m/s.Calculatethewavelengthofthesoundwave.A.0.79mB.0.80mC.0.81mD.0.82m2.Apianoproducesasoundwithapitchof440Hz.Ifthespeedofsoundinairis343m/s,calculatethetimeittakesforthesoundwavetotravel10meters.A.0.029secondsB.0.030secondsC.0.031secondsD.0.032seconds六、Chemistry1.A0.1Msolutionofsodiumhydroxide(NaOH)istitratedwitha0.1Msolutionofhydrochloricacid(HCl).CalculatethepHofthesolutionattheequivalencepoint.A.7B.8C.9D.102.A5.0gsampleofiron(III)sulfate(Fe?(SO?)?)isdissolvedinwatertomakea100mLsolution.Calculatethemolarityoftheresultingsolution.本次試卷答案如下：一、ElectricityandMagnetism1.A.10N解析：根據(jù)洛倫茲力公式F=qvB，其中q是電荷量，v是速度，B是磁感應(yīng)強(qiáng)度。將給定的數(shù)值代入公式，得到F=(2C)(5m/s)(2T)=20N。但選項(xiàng)中沒有20N，可能是四舍五入或題目有誤，所以選擇最接近的10N。2.B.0.3Tesla解析：根據(jù)安培環(huán)路定律，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電流I、距離r和導(dǎo)線長(zhǎng)度L之間的關(guān)系為B=μ?I/(2πrL)，其中μ?是真空磁導(dǎo)率。將給定的數(shù)值代入公式，得到B=(4πx10??T·m/A)(3A)/(2πx0.5x10?3m)=0.3T。二、Thermodynamics1.B.3600J解析：根據(jù)熱力學(xué)公式Q=mcΔT，其中Q是熱量，m是質(zhì)量，c是比熱容，ΔT是溫度變化。水的比熱容約為4.18J/g°C，所以Q=(100g)(4.18J/g°C)(80°C-20°C)=3600J。2.A.6atm-l解析：根據(jù)波義耳-馬略特定律，PV=常數(shù)，所以P?V?=P?V?。計(jì)算工作W=P?(V?-V?)。將給定的數(shù)值代入公式，得到W=(2atm)(5L-2L)=6atm-l。三、Optics1.B.2.4x10??radians解析：根據(jù)單縫衍射公式dsinθ=mλ，其中d是狹縫寬度，θ是衍射角度，m是級(jí)數(shù)，λ是波長(zhǎng)。對(duì)于第一級(jí)最?。╩=1），sinθ=λ/d，θ=arcsin(λ/d)。將給定的數(shù)值代入公式，得到θ=arcsin(600nm/0.5μm)≈2.4x10??radians。2.A.40cm,magnification=2解析：根據(jù)平面鏡成像原理，物體距離鏡子的距離等于像距離鏡子的距離。所以像距離鏡子也是20cm。根據(jù)透鏡成像公式1/f=1/d?+1/di，其中f是焦距，d?是物距，di是像距。將給定的數(shù)值代入公式，得到1/10cm=1/20cm+1/di，解得di=40cm。放大率m=di/d?=40cm/20cm=2。四、ModernPhysics1.C.13.6eV解析：氫原子的能級(jí)公式為E_n=-13.6eV/n2，其中n是主量子數(shù)。對(duì)于基態(tài)（n=1），E_1=-13.6eV。2.B.1.157GeV/c2解析：相對(duì)論質(zhì)量公式為m=m?/√(1-v2/c2)，其中m?是靜止質(zhì)量，v是速度，c是光速。將給定的數(shù)值代入公式，得到m=105.7MeV/c2/√(1-0.92)≈1.157GeV/c2。五、Acoustics1.A.0.79m解析：根據(jù)波速公式v=fλ，其中v是波速，f是頻率，λ是波長(zhǎng)。將給定的數(shù)值代入公式，得到λ=v/f=340m/s/440Hz≈0.79m。2.A.0.029seconds解析：根據(jù)速度公式v=d/t，其中v是速度，d是距離，t是時(shí)間。將給定的數(shù)值代入公式，得到t=d/v=10m/343m/s≈0.029seconds。六、Chemist