第52届国际物理奥林匹克竞赛理论第3题介绍与解答

第52届国际物理奥林匹克竞赛理论试题共三道,分别为永磁体(Permanent magnets)、詹姆斯韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)和比例法则(Scaling laws)。考试采用远程线上形式进行。文章主要对理论第三题的命题和解答进行介绍,并对题目间的联系以及所有获奖选手的答题情况进行了简要分析。     

N80钢CO2腐蚀产物膜在水/砂两相流介质中的磨损性能

采用高温高压静态釜对N80油套钢在CO2中的腐蚀行为进行了模拟腐蚀试验;利用自制的磨损试验装置对比分析了腐蚀产物膜在水/砂两相介质中的磨损性能同成膜温度、CO2压力、流速及砂粒度之间的关系;用扫描电子显微镜分析了N80钢表面CO2腐蚀产物膜及其磨损表面形貌,用表面形貌仪测定了磨损试验前钢表面CO2腐蚀产物膜的粗糙度.结果表明:成膜温度和压力对钢表面腐蚀产物膜的表面粗糙度具有显著影响;N80钢表面CO2腐蚀产物膜磨损表面形貌沿深度方向存在差异,对应的抗磨性能亦有所不同;两相介质中的砂粒度越大或流体相对流速越大,则腐蚀膜的磨损越剧烈.     

多孔钛合金夹芯层陶瓷/UHMWPE复合结构的抗侵彻性能

陶瓷/纤维复合装甲的纤维背板由于其刚度较低,无法为陶瓷面板提供足够的支撑,削弱了陶瓷面板对弹丸的侵蚀作用。为了增强复合装甲的整体结构刚度,在陶瓷/纤维复合装甲中加入了金属夹芯层材料,通过试验和数值模拟研究了夹芯复合装甲对12.7 mm穿燃弹的抗弹性能。试验结果表明,穿燃弹弹芯表现出脆性断裂的失效模式,复合材料装甲表现出多种失效模式,包括夹芯层的花瓣形扩孔,UHMWPE (ultra-high molecular weight polyethylene)层压板的分层和凸起变形。建立了三维数值模型来分析整个弹道响应的演变,通过试验结果验证了模拟的准确性。模拟结果表明,12.7 mm穿燃弹的被甲会对陶瓷造成损伤,同时陶瓷会侵蚀弹芯的尖卵形头部,使弹芯头部变钝从而削弱弹芯对UHMWPE背板的侵彻能力。残余弹体的动能大部分由UHMWPE层吸收,UHMWPE层压板的失效模式会随着层数的增加由剪切失效转变为拉伸失效占主导地位。此外,作为夹芯层的多孔TC4板能够为陶瓷面板提供支撑,提高陶瓷面板的吸能效果以及弹体的侵蚀作用,并且12 mm孔径的TC4夹芯层能够提供更大的刚度支撑,使整体复合结构的吸能效率...     

九岭山国家级自然保护区蜘蛛多样性与区系分布特征

为探讨九岭山国家级自然保护区蜘蛛区系分布特征和保护区内4个不同保护站之间的蜘蛛组成差异,于2019～2021年期间对保护区内蜘蛛进行采集,评估保护区内蜘蛛多样性,并比较4个保护站之间物种相似性。结果表明,共采集到该保护区蜘蛛26科81属130种2550头,其中园蛛科、跳蛛科、蟹蛛科和肖蛸科是保护区内的优势类群,园蛛科的物种数和蜘蛛个体数量最多。大杞山站多样性指数在4个保护站中均为最高,4个保护站之间均为中等不相似。保护区内蜘蛛的世界动物地理区系以东洋界加古北界的组合占比50.77%为最多,而全球分布的广布种最少,仅占3.08%。保护区内蜘蛛在中国的分布有24种组合,华中区加华南区的组合和全国分布的物种数最多,均为29种,占总数的22.31%。九岭山国家级自然保护区内蜘蛛资源丰富,合理的开发保护更有利于保持当地生态环境及物种多样性。     

第52届国际物理奥林匹克竞赛理论第2题介绍与解答

第52届国际物理奥林匹克竞赛理论部分共三道题目,本文主要对理论第二题“詹姆斯·韦伯太空望远镜”题目进行介绍,给出参考解答以及对中国学生答题情况的分析。     

基于全国大学生物理实验竞赛命题导向的物理实验教学探索

综合分析了历届全国大学生物理实验竞赛命题的特点和导向,从学生培养、实验室建设和实验教师能力提升等方面探讨物理实验教学改革的方向.全国大学生物理实验竞赛的基础题命题立足于基本知识点的考核,其衍生内容为实验改进提供了思路和素材;综合题的命题体现了聚焦经典物理理论、国际前沿性、技术引领性和综合性的特点,对学生阅读文献能力、融会贯通的物理思维能力、团队合作能力进行了考核.物理实验教学应在一定程度上融入通识教育的内涵,培养学生科学的操作习惯、科学的思维方式.基础物理实验室的建设在注重高精尖测量设备的配套同时,应该保持传统的开放和自组的经典实验,保持一定的通用测量仪器的更新率.专题式实验教学对实验教师的知识体系有了更高的要求,教师既要熟悉基础测量,又要了解科研前沿,紧跟行业进步.     

光电探测器组件光纤耦合移位特性分析

光电探测器组件响应度下降会造成光纤陀螺输出异常,响应度下降的主要原因为光纤耦合移位,分析光纤耦合移位的原因并采取有效措施可提高探测器组件的使用可靠性。通过对探测器尾纤出射高斯光斑在探测器管芯端面数学积分,计算出光纤耦合效率系数与光纤耦合间距及光纤偏转角度的关系,计算结果与实际封装探测器组件指标一致。根据计算结果,从光纤移位、探测器管芯移位和管壳形变三个方面分析了耦合移位的影响因素,提出避免探测器使用中发生耦合移位的措施,并通过试验验证了耦合焊接缺陷会造成探测器试验后响应度下降,采取耦合对准控制措施后封装的探测器试验后响应度保持稳定。     

含左手材料光纤的表面模特性

在弱导条件下,利用Maxwell方程组,对纤芯是左手材料,包层是右手材料的光纤表面模进行了研究,得到了TE (TM)、 EH和 HE表面模的色散方程,.根据色散方程,画出了相应表面模和含左手材料光纤导模的色散曲线.比较这些色散曲线,发现了含左手材料光纤表面模一些新的特性.     

准TEM高温超导微带线电容等效电路模型及其分电容模型

本文根据高温超导厚膜和薄膜场和电流的分布特点,给出厚膜和薄膜准TEM微带线电容等效电路及分电容表达式.这些表达式的正确性通过三个例子证实.     

一段反应法制备宽/双峰聚乙烯催化剂的研究进展

阐述了采用一段反应法制备宽/双峰聚乙烯催化剂的研究开发进展,并根据催化剂的组成和结构,将催化体系归纳为复合催化剂和单组分催化剂.复合催化剂包括茂金属/Ziegler-Natta复合催化剂、不同茂金属复合催化剂、铬系/Ziegler-Natta复合催化剂、茂金属/后过渡金属复合催化剂、非茂单活性中心/茂金属复合催化剂、非茂单活性中心/Ziegler-Natta复合催化剂和不同后过渡金属复合催化剂.复合催化剂中多活性组分具有不同的链增长、链转移、链终止速率常数,从而在聚合反应中得到不同相对分子质量的聚合物,导致其相对分子质量分布加宽,因而复合催化剂可用于一段反应法制备宽/双峰聚乙烯.单组分催化剂包括单核茂金属催化剂、多核茂金属催化剂、后过渡金属催化剂及其它单组分催化剂.单组分催化剂可用于一段反应法制备宽/双峰聚乙烯,其催化机理是中心金属原子与主配体、辅配体、助催化剂、其它添加剂及载体形成了多种活性中心.