学术竞赛宣讲会10月30日（周五）晚九点物理楼西活动介绍当晚参加一二九排练的同学们可以顺便参加，没有排练任务的同学们感兴趣的话也要记得来哟(??????)??对学术竞赛有哪些困惑，我们帮你解答！官方解说北京大学物理学院本科生小型项目训练与成果展示（以下简称学术竞赛）由物理学院举办，面向以物理学院、元培学院物理学方向学生为主体的全体在校本科生，是一项以团队辩论和对抗为形式的物理竞赛。它以培养参赛者的创新意识、创新能力、协作精神和实践能力为根本理念，以团队合作的形式研究实际物理问题,以辩论的形式进行比赛，就解决给定开放性物理问题的基本知识、理论分析、实验方案、结果讨论等进行辩论，旨在提高学生综合运用所学知识分析解决实际物理问题的能力，培养学生的开放性思维能力，不仅可以锻炼学生的科研素质,还能培养学生的合作精神和交流表达能力，还可以使学生的知识、能力和素质全面协调发展。竞赛仿照中国大学生物理学术竞赛（CUPT）赛制，通过积分赛确定决赛队伍，再在决赛中确定优胜队伍。比赛赛制具体如下①竞赛流程学术竞赛以抽签分组、团队辩论的方式进行。赛前通过抽签分组，每支队伍参加四轮对抗赛，每轮对抗赛由三支队伍参加。抽签过程中要避免两队重复相遇。最后，依据各队四轮对抗赛的总成绩进行排名和评奖。 　　每一轮对抗赛分为三个阶段，三支参赛队在不同的阶段扮演三种不同角色，即：正方、反方和评论方,进行三个阶段的比赛，每一阶段定时55分钟。具体流程如下：对抗赛中对不同角色的要求 　　正方就某一问题做陈述时，要求重点突出，包括实验设计、实验结果、理论分析以及讨论和结论等。反方就正方陈述中的弱点或者谬误提出质疑，总结正方报告的优点与缺点。但是，反方的提问内容不得包括自己对问题的解答，只能讨论正方的解答。评论方对正反方的陈述给出简短评述。观摩方不发表意见。 　　本届比赛是北京大学物理学院本科生物理学术竞赛第四次举办，活动旨在培养学生对物理学科兴趣，增强相互协作能力，提高自身素质。 　　经过比赛与展示，14级本科生韩兆宇等同学所组成的队伍获得了一等奖的好成绩。该组同学现将其参加学术竞赛的心得体会，以及部分比赛题目的题目简述与各位同学进行分享，希望大家在交流中有所收获。在北大物院参加学术竞赛是怎样一种体验韩兆宇 　　其实，直到最后的结果揭晓的时候，我们都没有想到，竟然能够得到这样一个大满贯的结局。回首我们准备学术竞赛的整个过程，我们既不是最早开始准备的、也不是开组会最勤的、更不是做掉题目最多的；要真的说有什么特别之处，我想，那恐怕就是我们的轻松而不含功利的心态。 　　这种心态体现在方方面面：我们一直乐于与其他组的同学分享见解、实验仪器和好吃的MM豆；我们也从未试图用意志影响实验结果和数据，而是群策群力，拙劣却努力地修补我们的理论；没有人将题目视为疲于完成的任务，每个人都乐在探索之中；甚至赛前，我们都几乎没有做什么如何针对、攻击对手的功课，而是相信，我们只需做好我们自己；初赛的最后一个下午以及决赛，我更是绞尽脑汁安排人员，只为让所有人都有机会上台展现，不留遗憾。在这种心态之下，最让我们珍视的，已并不是最后的结果；而是我们享受物理讨论，纯粹的过程；是最终答辩时全队队友在背后坚实支持，踏实的情谊；以及更不能忘了的，两位女同学巾帼不让须眉的气魄。能获得这些难忘的回忆，于我，其实已经足够。 　　其实，以对手们强劲的实力，我们最后即使四大皆空，也丝毫不会让我感到奇怪。所以，这样完满的结果，绝不能说只依赖于我们自己的努力；世事之无常，恐怕诸君与我皆已有所体会。学术竞赛，作为一场科研工作的缩影，除却实用性的锻炼以外，至少还能再给予我们以启发：我们何以在未来的科研工作和生活中，对世界的荒谬与无常做出妥协，与其和谐相处？我想，答案已经存在于我们每个人心中了；那，就是平和而不失激情、纯粹以淡泊功利的心态。 　　最后，就是感激。感谢穆良柱老师以及李泽阳、章灿询学长的指导。感谢刘院、学工办刘硕老师和周伟老师的用心组织，还有评委老师、教务老师和志愿者们。感谢我七位可爱的队友，感谢你们的坚持、友谊和有趣的灵魂。愿你我馈每一位有情人以真情，愿上天赐每一颗赤子心以幸运。程舒羽　刚进入北大物院时，就听说了学术竞赛这样的一个活动，于是我想既然大一还不算太忙，于是就抱着试一试的心态参加了。一开始我想我有一定的竞赛基础，对付这些题应该不是很难，但很快我就发现我错了——这些看似简单的课题其实都有深刻的物理内涵，很多题目都没有一个明确的定论。渐渐的我开始明白大学的学习方法和中学的学习方法有本质的区别：中学的学习是通过做题不断强化记忆老师直接传授的知识，而大学的学习主要是在老师或前人的工作的指导下建立对研究对象的认知。因此我开始上网查阅资料，并向老师进行请教。在组内队友之间也进行了充分的交流。在充分了解了前人研究思路的前提下，我开始了理论建模工作。然后我通过实验获得了数据，并与理论进行对比。对于吻合的不是很好的地方，进行重复实验，以确定问题是处在实验上还是理论上。然后进一步完善…如此反复。最后能做出一个还算说得过去的结果，其实还是很不容易的。 　　学术竞赛为全院的同学们做了一件大好事，因为在学术竞赛中我们不但收获了物理知识，而且了解了科研的流程，培养了主动探究物理问题的精神，和团队精神。这里要特别感谢队友们以及为实验和理论提供指导的老师们。最后感谢刘院长提供这样一个平台。张湛伯 　　最初听说学术竞赛的时候，我以为自己水平不逮，并没有想参加——可是人生啊真是不可预料，但是呢也要考虑历史的行程。我实在有也不是谦虚，我不知道我一个猹，怎么就进到这个组里来了呢？我说你们另请高明吧，但韩兆宇对我讲，中央已经决定了，这个学术竞赛你来参加，而且组里还有两个女生，我鼓起勇气念了两句诗：“感同恶鬼争高下，不向霸王让寸分！”——我的学术竞赛就这样开始了。分配任务，阅读文献，准备实验，进行试验，处理数据，理论解释……完整的物理学研究的流程，它对我是崭新的。从头学起，从头做起，从头读起，在和队友、老师的交流中，我真正体会到了物理学研究的魅力所在。我所负责的是第一题packing，研究的是大量颗粒状物体在随机最密堆积中所表现得出的性质，这个问题看似简单，其实极为复杂，甚至牵涉到了物理学的前沿热门领域，乃至于能够完美解释它的理论还未诞生。晦涩难懂的文献和庞杂的实验设计都是很大的挑战——我前后使用了二十多种豆子，在实验室泡了两个星期，最终才测定了所有的数据，并从中得出了很漂亮的实验结果——偏离球形的物体堆积密度要大于球形物体。当然，理论解释是巨大的困难所在，但在全组同学的通力合作下，我们最终凑出了一个理论。我这道题目正是我们组在决赛中充当正方时使用的题目，也许不够完美，但却倾注了我足够的心血。 　　学术竞赛是大一这一年我所做的最有意义的事情。在这个过程中我收获的远超过任何课本所能传授的范围——动手解决问题的能力、钻研新问题的精神，实验的技巧，团队合作的精神，当然还有和七位队友珍贵的友谊。我会永远铭记这次学术竞赛的过程。姚雨含 　　我们开玩笑时会说“做物理就是一年天，天没有进展，60天有微小进展”。确实，实验中总是出现太多不可控因素，并没有人保证一定会找到解决方法。我们虽然对做不出理想现象这件事很懊恼，但也以逗比的心态继续摸索着；边做实验边看文献边抱大腿，偶然与巧合之间就会发现有些东西就可以解释了。想必物理人也都是能接受不如意的、是有耐心的、是在相对枯燥的重复中也会萌生出灵感的。 　　从头到尾我们得到过很多人的帮助，学会了如何以玩物理的心态对待这件事、如何清楚地表达自己的想法、如何正确看待比赛中的得失。当这一切都已经过去，因为有一点点解决问题能力的提高，有和大家之间的友谊，我很感激。童心言 　　这次参加学术竞赛的经历使我受益匪浅，不仅仅是增加了对于气球的一些物理现象的了解，熟悉了一些软件和实验工具的用法，还有对于物理学的研究过程更深的体会，从最初开始做实验时的无所适从手忙脚乱，到后来可以淡定从容地进行测量，通过团队合作，提高了团队合作精神，收获了从始至终的良（dou）好（bi）心态，还收获了组员间的友谊。^_^刘志远 　　在最初听说学术竞赛时，我就很想参加，但又担心自己水平不够，进了组里之后果然发现自己是最弱的一个。所幸我所做的一题还算简单。这是我第一次进行物理学研究，阅读文献、设计实验、进行实验、分析现象、理论解释；在完成这道题目时，我学到了物理学研究问题的方法，学会了与老师同学交流，认识到了学术是一个需要刻苦钻研而又十分有趣的过程，更重要的是在竞赛成果展示的激烈辩论中培养了自己表达与交流的能力，也收获了自信。 　　学术竞赛培养了我解决问题的能力与团队精神，更让我结识了七位优秀的队友，收获了友谊；在此感谢不断帮助我的队友们，也感谢学术竞赛给我们提供的这个锻炼自己的平台！汤欣哲 　　最后是拿剩下的实验材料熬粥，张湛伯操勺，说，煮不熟的豆子吃了不会死人，我们都吃了。他每次饭后必失态，膜蛤，批评中医，当着女生的面讲恐怖故事，还叫我们把灯都关上。我也不知道，这种风气是从什么时候开始的。陆跃辉 　　第一次参加这种长时间准备的研究性比赛。 　　在准备的过程中（包括理论部分和实验部分）着实让人窥见科研的一斑。同时，作为一个团队，我们总是会互相提供帮助和质疑以完善理论。在这个过程中，我收获了很多乐趣。高学诗 　　寒假前夕我得知学术竞赛一事，并应二位学长之邀参加。我拿到的是17题咖啡杯，看似简单的现象，其实包含了艰深的物理问题。我查阅资料时，除了题目后面所附的参考文献以外没有找到其他相关研究。设计实验时又遇到了问题：如何记录每一时刻杯子的位置、液面的高度。参考文献中对于实验方法及器材一带而过，对我们的实验没有帮助；我们也曾经想用传感器，但是此方案因软件问题下马。最终我们通过将相机与杯子放在同一托盘上，录像记录液面高度完成实验。这道题确实是一道难题，不管是理论方面还是实验方面。后来我才知道其他组基本上都没做这题。不过我们的结果与理论和定性分析的结果符合得不错，结果是好的。 　　结题报告虽然做完，但是我觉得对于这个题目还有大量的工作值得去做。流体力学是经典力学中的终极问题，还有很大的发展空间。 　　此次学术竞赛中，我经历了物理问题研究的全过程，这必将对我未来的学习、研究带来积极影响。同时我要感谢学长的鼓励、学弟的帮助以及四中提供的实验室和器材。物理学院第四届学术竞赛题目简述No.1PackingBy张湛伯 　　Thefractionofspaceoccupiedbygranularparticlesdependsontheirshape.Pournon-sphericalparticlessuchasrice,matches,orMM’scandiesintoabox.Howdocharacteristicslikecoordinationnumber,orientationalorder,ortherandomclosepackingfractiondependontherelevantparameters? 　　颗粒状物体占据的空间比率取决于其形状。将米粒、火柴甚至MM’s豆一类的非球形颗粒倒入盒中，配位数、指向性以及随机最密堆积所占据的空间比率等变量是如何依赖于有关参量的？ 　　本题目看似简单，实际上牵扯到很复杂的物理图景。大量堆积的颗粒是一个复杂的体系，对其研究并没有权威的理论可言。我们经过大量的实验，发现球形颗粒的随机堆积密度会明显小于偏离球形的颗粒的堆积密度，而配位数并没有显然的规律，至于取向性，直观上的感觉是偏离球形的颗粒有着更明显的取向。我们将在晃动中的颗粒堆积体系视作热力学系统，用热力学研究的有关手段，引入了序参量、熵等概念，给出了一个定性的理论解释。No.3ArtificialMuscleBy王峻 　　Attachapolymerfishinglinetoanelectricdrillandapplytensiontotheline.Asittwists,thefiberwillformtightcoilsinaspring-likearrangement.Applyheattothecoilstopermanentlyfixthatspring-likeshape.Whenyouapplyheatagain,thecoilwillcontract.Investigatethis‘artificialmuscle’. 　　将一根材质为聚合物的钓线附着到电钻上，并悬挂上一定负载。随着线的扭转，这根纤维会形成紧绷的卷，排列成弹簧的样子。对其加热以永久的固定这个弹簧式的形状。当你再次加热它，打卷的钓线会收缩。试研究这种“人工肌肉”。 　　这种“人工肌肉”能够迅速的随温度变化而伸缩，我们的研究也集中在这一点上。开始比较艰难，想要测收缩性能和温度的关系，但是因为自组仪器过于简陋，精度达不到要求。而且我们的样品脾气不太好，扭成一团糟或突然崩断都时有发生。之后我们改进了仪器设计，成功的做了第一个实验的测量工作。理论方面是在有了好的实验结果才出现关键进展的。然后尝试进行检验，又去设计实验。这回钓线中的力矩显得尤其难测，选用旋转法，虽然只是粗略的测量，但最终还是在误差范围内部分的验证了所提的理论模型。No.5TwoBalloonsBy姚雨含 　　Tworubberballoonsarepartiallyinflatedwithairandconnectedtogetherbyahosewithavalve.Itisfoundthatdependingoninitialballoonvolumes,theaircanflowindifferentdirections.Investigatethisphenomenon. 　　两个未完全充满气的橡胶气球被一个带阀的塑料管连接。可以发现气球中气体由于气球初体积不同而流向不同方向。研究这个现象。 　　我们对实验的预期是：因为气球在一定体积之内（不太大也不太小的时候）表面张力系数基本不变，所以橡皮膜表现出类似于肥皂膜的性质，其体积变化符合拉普拉斯公式（我们能看到大的气球变得更大，小的更小）；然而橡胶有Mullins效应，表面张力系数受气球被吹大的时间和体积的历史最大值影响，这就让这个问题的求解变得相对复杂。 　　我们通过测量和推导气球内外压强差[p]与半径r的变化关系，初步了解了橡胶奇怪的物理性质（[p]随r先升高再降低再升高），之后画出了双气球问题的相图，并做了实验验证，针对实验与理论矛盾的部分给出了我们认为可能的解释。 　　有一个叫Muller的美国物理学家曾经对这个问题做过大量细致的研究，他的书Rubberandrubberballoon给了我们很多启发。No.6MagnusGliderBy刘至远 　　Gluethebottomsoftwolightcupstogethertomakeaglider.Windanelasticbandaroundthecentreandholdthefreeendthatremains.Whileholdingtheglider,stretchthefreeendoftheelasticbandandthenreleasetheglider.Investigateitsmotion. 　　把两个轻质杯子底部粘在一起可以做成一个滑翔机。将一个橡皮筋缠绕在杯子中央，用手捏住橡皮筋的自由端，抓紧滑翔拉伸橡皮筋的自由端，然后释放滑翔机，研究滑翔机的运动。 　　这一题是要研究马格努斯滑翔机（也就是一个旋转的圆柱）在空中运动的情况，这一题理论并不深奥，是简单的流体力学原理，但难点在于滑翔机运动的测量以及理论与实验的符合。这一题我们采取的主要实验方法是用摄像机拍摄滑翔机在空中的运动，然后逐帧分析以计算滑翔机的速度与角速度，另外通过一些简单的实验测量了滑翔机飞行过程所受到的阻力，在通过对理论的不断修正后，理论预言的轨道与实验中滑翔机飞行的轨道得到了较好的符合。No.7ShadedpoleBy程舒羽 　　Placeanon-ferromagneticmetaldiskoveranelectromagnetpoweredbyanACsupply.Thediskwillberepelled,butnotrotated.However,ifanon-ferromagneticmetalsheetispartiallyinsertedbetweentheelectromagnetandthedisk,thediskwillrotate.Investigatethephenomenon. 　　将一个非铁磁性的金属碟放在通交流电的电磁铁上，金属碟会排斥但不会旋转。但如果一块非铁磁性的金属薄片部分被部分插入两者之间，金属碟会旋转。研究这个现象。 　　本题在定性层面上比较容易理解，即插入非铁磁性金属薄片之后，磁场分布具有一定的不对称性，磁场与涡流相互作用，产生力矩使圆盘转动。但是由于磁场分布的不对称性，进行严格计算有一定难度。需要进行建模，发掘不对称性中对称的部分加以简化，得到一个可以进行定量计算的磁场分布，最终得到半定量的结论。经过实验，得到了圆盘转速和电磁铁磁性、金属薄片遮挡面积的关系，在半定量层面上与理论吻合得比较好。No.9HovercraftBy童心言 　　AsimplemodelhovercraftcanbebuiltusingaCDandaballoonfilledwithairattachedviaatube.Exitingaircanliftthedevicemakingitfloatoverasurfacewithlowfriction.Investigatehowtherelevantparametersinfluencethetimeofthelow-frictionstate. 　　将一张CD光盘和一个充满气的气球通过一根管子连接。漏气可以升起装置使其以低摩擦漂浮在一个表面上。研究相关参量如何影响”低摩擦”状态持续的时间。 　　这道题目看起来比较简单，但做起来却无从下手（其实是因为太弱＝＝）。为了寻找切入点，我们首先开始阅读文献，从referencekit中提供的文献可以了解到CD－hovercraft的制作方法和大概的普通气垫船运行原理，即通过气垫船下的布制裙边控制气流形成高压的气垫使气垫船升高，但文献中（至少我们看到的文献）并没有给出一个我们能看懂的定量理论，于是对于气垫船的研究就此搁置。 　　之后，在与穆良柱老师的交流中，穆老师教导我们“不择手段”地进行实验，进行多种尝试。在穆老师的启发下，本着不择手段的原则，我们尝试了超大号的气球，长条形的气球，粗的长条形气球，小号的气球，很紧的气球，正常的气球，质量好的珠光气球等进行实验。并且尝试了改变打气量、负重质量、出气口大小、气球疲劳程度、光盘大小等变量进行了一百多组实验，记录了大量数据。虽然迫于实验手段和条件所限，我们终于还是定性地得出了一些结论。 　　在同时进行的另外一道题目双气球实验中，我们测量了气球内外气压差与气球半径之间的关系。结合双气球实验的文献和一些当时现学到的热学知识和高人指点，我们终于凑出了一套半定量的理论：认为气体通过泻流的方式穿过小孔打在地面上，失去竖直方向速度后，在光盘中心形成一高压区，通过伯努利方程计算出气压随半径的分布再与气垫船受重力进行对比。由于之后的推导过程较麻烦，所以在最后采用通过力平衡方程对泻流时间进行定性修正得总时间。其间做了很多近似假设，但经过计算后发现和实验结果差距竟然并不大。No.13MagneticpendulumBy韩兆宇 　　Makealightpendulumwithasmallmagnetatthefreeend.AnadjacentelectromagnetconnectedtoanACpowersourceofamuchhigherfrequencythanthenaturalfrequencyofthependulumcanleadtoundampedoscillationswithvariousamplitudes.Studyandexplainthephenomenon. 　　探究在一个高频电磁铁附近的小磁摆的无衰减多振幅运动。 　　这个题目物理图像十分清晰，方程很好列出，难度主要来自如何寻找一种有效的分析方法。大多数人使用的是数值模拟方法，但在我看来不够“物理”。我使用的是快慢项分离的办法，同时对力场进行泰勒展开，进行了近似的计算，得到了非常漂亮的结果。经过更多的定性思考后，也解释了绝大部分现象。No.14CircleoflightBy汤欣哲 　　Whenalaserbeamisaimedatawire,acircleoflightcanbeobservedonascreenperpendiculartothewire.Explainthisphenomenonandinvestigatehowitdependsontherelevantparameters. 　　当一个激光束瞄准一根金属丝，在垂直于金属丝的屏幕上可以观察到一个环形光斑。解释这个现象并研究它对相关参量的依赖性。 　　要研究的方面：光圈产生的原因：反射/透射/衍射 　　细丝的质料：透光/不透光？圆柱体（近似）/一般形状 　　我研究的内容：用衍射积分计算了衍射区域和反射区域的光强分布。 　　实验验证了衍射暗斑的位置确如理论所预料的那样。No.16WetanddarkBy陆跃辉 　　Clothescanlookdarkerorchangecolourwhentheygetwet.Investigatethephenomenon. 　　此题要求参赛者研究一个日常生活中再常见不过的现象：为什么衣服浸水颜色会变深？这个问题虽然很普通，其背后的物理解释却是多成因的。 　　其一，处于不同折射率的环境介质中的材料本身的漫反射率会变。这种现象我想出了两钟不同的理论解释。 　　比较简化的模型是把衣物（或者其他漫反射材料如黑板）看做均匀的材料，假设它有一致的复折射率，然后根据菲涅尔公式求出漫反射率。第二种解释是把浸润在水里的衣物看做均匀介质中散布的小微粒，而把漫反射看做光线在其中多次散射的结果。环境折射率的改变会改变每次散射的角分布，从而漫反射率也会改变。 　　其二，液体会在衣物表面形成一层液体-空气界限。光线会在这层表面的内部进行内反射（部分全反射）从而捕获一部分漫反射出的光线，从而进一步降低浸湿衣物的亮度。 　　将这两种因素综合考虑，就可以得到浸湿和不浸湿的亮度的比值与液体折射率的关系。与实验上的结果比较（通过配制不同浓度的蔗糖溶液，将湿与不湿的部分照在同一张相片上），发现拟合得非常好。No.17CoffeeCupBy高学诗 　　Physicistslikedrinkingcoffee,howeverwalkingbetweenlaboratorieswithacupofcoffeecanbeproblematic.Investigatehowtheshapeofthecup,speedofwalkingandotherparametersaffectthelikelihoodofcoffeebeingspiltwhilewalking. 　　物理学家大多喜欢喝咖啡，但是端着一杯咖啡往返于实验室之间会很麻烦。试探究杯子的形状、行走的速度和其他因素对行走中咖啡溅出的可能性的影响。 　　本题涉及到复杂的流体力学问题，其理论分析十分困难，有关文献十分之少。我们根据参考文献，建立理想条件下柱状容器中液体的受迫振动模型，明确可能对液体溅出造成影响的因素：步幅、步行频率、液体深度、杯子直径等。实验中我们以液体最大振幅表示液体溅出的可能性，分别研究了这几个因素对液体溅出造成的影响。实验结果与定性分析结果和理论公式比对，均符合得很好。北京大学物理学院学生会年10月29日