Cuộc thi Vật lí quốc tế cho học sinh trung học từ năm 2011
Như chúng ta đã biết, Olympic Vật lý Quốc tế (IPhO) là một cuộc thi Vật lí quốc tế cho
học sinh trung học, lần đầu tiên được tổ chức tại Warsaw (Ba Lan) năm 1967. Năm
nay, có thêm một cuộc thi có qui mô trên toàn thế giới như IphO nhưng hình thức và
tên gọi thì có một chút khác biệt, cuộc thi mang tên World Physics Olympiad (WoPhO)
– Olympic Vật lí Thế giới là một cuộc thi mới dành cho học sinh trung học trên toàn thế
giới và Indonesia là nước đăng cai WoPhO lần đầu tiên.
Cuộc thi WoPhO được tiến hành trong một năm, bao gồm ba vòng:
1. Vòng tuyển lựa (từ ngày 05 tháng 01 đến ngày 30 tháng 6 năm 2011) tạo cơ hội cho đông
đảo học sinh trung học toàn thế giới tham gia cuộc thi thông qua Internet. Có mười bài toán lí
thuyết, không có bài thí nghiệm, đề bài được viết bằng tiếng Anh và tiếng của nước đăng cai.
Đề có thể tải tại website WoPhO.Org (hoặc tại đây). Bài giải cần được gửi về Ban Tổ chức
trước ngày 30 tháng 6. Ngôn ngữ gửi bài cho vòng thi này là một trong số tiếng Anh,
Indonesia, Nga, hay Trung Quốc .
Có 10 câu hỏi, mỗi câu hỏi tối đa 10 điểm. Những người tham gia đạt trên 78% số điểm và
qua được buổi phỏng vấn sẽ có thể được tham dự Vòng chung kết, với tổng số tối đa là 100
người.
Nếu học sinh sử dụng một chương trình máy tính để giải quyết bất kỳ vấn đề, mã của chương
trình sau đó phải được gắn liền với các cách giải và kèm theo mô tả (tức là ngôn ngữ máy
tính được sử dụng, hướng dẫn sử dụng chương trình, các thông số và ký hiệu được sử dụng,
và cách giải thích đầu ra số liệu và đồ thị, vv.)
Một Hội đồng Giám khảo Quốc tế, được lựa chọn từ những giáo sư, giảng viên, các lãnh đạo
đoàn APhO, IPhO và những người đạt huy chương vàng APhO, IPhO, tham gia lựa chọn đề
và chấm điểm cho bài thi Vòng tuyển lựa, phỏng vấn thí sinh đạt điểm trên 78%, giới thiệu
100 thí sinh tham dự vòng chung kết.
2. Vòng thảo luận trên internet (từ 1 tháng 6 đến 27 tháng 12, bằng tiếng Anh) là dịp để
mọi người tham gia thảo luận về lời giải của các bài toán trong Vòng tuyển lựa cùng với các
bài toán khác ở trình độ Olympic vật lí. Đây cũng là diễn đàn của các nhà vật lí tương lai.
Giải thưởng sẽ được trao cho người tham dự tích cực nhất hoặc/và có lời giải sáng tạo nhất.
3. Vòng chung kết sẽ được tiến hành trên hòn đảo du lịch nổi tiếng Bali, từ 28/12/2011 đến
5/1/2012), đây là thử thách cuối cùng với những người tham gia, một dịp để thi tài với các
nhà vô địch về vật lí, những người đạt huy chương vàng APhO và IPhO.
Vòng chung kết gồm vòng thi lí thuyết với ba bài thi, được làm trong năm giờ, và vòng thi thí
nghiệm với hai bài thi, được làm trong năm giờ.
Tổng số điểm tối đa cho vòng thi lí thuyết là 30 điểm, cho vòng thi thí nghiệm là 20 điểm.
Điểm số cao nhất được lấy làm 100%. Giới hạn dưới về điểm cho huy chương vàng là 90% ,
cho huy chương bạc là 78% và cho huy chương đồng là 65%. Không có giải khuyến khích.
Thí sinh nào đạt điểm cao nhất và đạt điểm cao hơn mọi thí sinh huy chương vàng APhO và
IPhO sẽ nhận học bổng trị giá 20 000 USD và danh hiệu “Người chiến thắng của Olympic
Vật lí”. Nếu điểm cao nhất thuộc về thí sính huy chương vàng APhO và IPhO, thì thí sính này
sẽ nhận 15 000 USD và danh hiệu trên. Ngoài ra, sẽ có giải thưởng cho thí sính đạt điểm cao
nhất riêng về lí thuyết và về thí nghiệm, cũng như một số giải đặc biệt.
Mong rằng có nhiều học sinh của Trường Chuyên Hùng Vương Gia Lai nói riêng và của
Việt Nam nói chung tham gia cuộc thi này ngay từ vòng tuyển chọn.
Olympic Vật lý quốc tế lần thứ 42 năm 2011 (IPhO 42) sẽ được tổ chức tại Đại học
Chulalongkorn ở thủ đô Bangkok Thái Lan ngày 10-18 tháng 7 năm 2011.
Trước đó, IPhO 41 được tổ chức tại Croatia, đề bài và lời giải các học sinh có thể tải về:
Theoretical exam:
• Cover sheet
• Problem 1: text, answer sheet, solution
• Problem 2: text, answer sheet, solution
• Problem 3: text, answer sheet, solution
Experimental exam:
• Cover sheet
• Problem 1: text, answer sheet, solution
• Problem 2: text, answer sheet, solution
Nguồn: http://wopho.org
SAU ĐÂY LÀ 10 CÂU HỎI CỦA CUỘC THI WOPHO VÒNG 1 NĂM 2011
Charged Discs
Two thin metal discs of radius 5 cm each are suspended by electrically insulating threads
such that the discs are parallel (see Fig. 1a) and close to each other (for example their
distance could be 2 mm).
1. Calculate the force between the two discs if they are charged with small charges +q
and −qrespectively. As qis small, the displacement of the discs and the possibility of
electric discharge can be neglected.
2. Now consider only one disc; calculate the surface charge distribution on a metal disc of
radius Rhaving total charge +q. (This charge distribution might be useful to answer
the next question.)
After this, the two original discs are each charged +q. A third metal disc of radius R∗>5
cm is carefully inserted between the two discs; the third disc is neutral and is suspended by
an electrically insulating thread. The three discs are all parallel to each other and their
centers lie along the same horizontal line (so that when viewed head-on the discs are
concentric circles). The resulting set-up is shown in Fig. 1c.
3. Find the radius R∗of the third disc such that the net electrostatic force acting on each
charged disc is zero. (The fringing effect is neglected in this problem).
Figure 1: Charged discs set-up
Cylinder Collision
A hollow cylinder with mass Mand radius Ris at rest on a horizontal plane. In the interior
of this cylinder, there is a solid disk with mass mand radius r. Initially, the center of the
disk is at a distance lfrom the center of the cylinder and moves with velocity vˆyas shown
in Fig. 1. Unless otherwise specified, all collisions are elastic and frictions can be ignored.
Figure 1:
1. Determine the velocity (the ˆxand the ˆycomponents of the velocity) of the disk and
the cylinder immediately after the first collision. Write your answer in terms of m,M,
vand θ.
2. Determine the velocity (the ˆxand the ˆycomponents of the velocity) of the disk and
the cylinder immediately after the second collision. Write your answer in terms of m,
M,vand θ.
3. If initially the disk is placed at l= (R−r)/2, determine the velocity of the disk and
the cylinder immediately after the n-th collision.
4. What is the condition for lsuch that immediately after the n-th collision mmoves with
velocity vˆyand Mis at rest? Determine the distance between two successive positions
of the center of Mwhen it is at rest.
5. For this part, the friction between the the disk and the cylinder cannot be ignored. As
in part (a), initially the cylinder is at rest, while the center of the disk is at a distance
l < (R−r) from the center of the cylinder and moves with velocity vˆyas shown in
Fig. 1. If during the collision process the point of contact does not slide, determine the
angular velocity of the disk and the cylinder immediately after the first collision.
Dielectric Slab
Waveguide
1 Total Internal Reflection
The electric field of a polarized monochromatic plane wave can be generally represented as
E(r, t) = Eexp i(k.r−ωt), where Eis the amplitude of the wave, kthe wavenumber, and
ωthe frequency. Suppose that a monochromatic plane wave with frequency ωtravels in
the medium of refractive index n1, and is incident on the boundary of another medium of
refractive index n2. The incoming wave forms an angle θiwith respect to the normal of
the boundary. Throughout this problem, we only consider transverse electric (TE) polarized
wave where the electric field is perpendicular to the plane of incidence and all media are
non-magnetic.
1. In the case of n1> n2, there exists a critical angle θcwhere the incoming wave will be
totally reflected for θi> θc(total internal reflection or TIR). The phase of the reflected
wave lags by δwith respect to the incident wave. Derive δand state it in terms of n1,
n2, and θi.
2. Using the necessary boundary conditions, derive the reflectance Rfor the case of TIR.
Show that the wave is perfectly reflected for all θi> θc.
2 Constructive Phase Matching
The most simple dielectric waveguide is a planar slab with thickness dand refractive index
n1located in a homogeneous background medium with refractive index n2(n2< n1). In the
case of TIR, the slab can be used to guide waves without loss, with the additional condition
that the waves interfere constructively. In other words, the wavefronts should be preserved
as the waves travel inside the waveguide. The wavenumbers for the vacuum, medium n1,
and medium n2are taken to be k0,k1, and k2, respectively.