Глава 22. Опасности олимпиад •
После стандартной проверки Сюй Чуань вошёл в аудиторию и получил экзаменационный лист.
Приборы, расставленные на столе, позволили ему догадаться об общем содержании экзамена, подняв чистый лист, он убедился, что всё примерно так, как он и предполагал.
"Экзаменационные задания по экспериментам всекитайской олимпиады по физике для школьников."
Задание 1: Измерение параметров эквивалентной схемы коаксиального кабеля.
Введение: В обычных цепях, когда частота тока или напряжения сигнала низкая, электрический сигнал в основном передаётся по проводящему контуру.
Если частота сигнала достигает нескольких сотен кГц и выше, то есть является так называемым радиочастотным сигналом, обычные провода будут излучать электромагнитные волны в пространство, как антенна, и поэтому не смогут служить эффективным каналом передачи электрического сигнала.
Для передачи радиочастотных сигналов обычно используется особый тип линии передачи, такой как коаксиальный кабель. При использовании один конец подключается к источнику сигнала, а другой - к нагрузке.
В этом эксперименте разными методами измеряются различные характеристики одного и того же однородного коаксиального кабеля. Потери в коаксиальном кабеле не учитываются. Погрешность во всех результатах не оценивается.
Экспериментальная установка: исследуемый коаксиальный кабель длиной 5,00 метров, источник сигнала (с внутренним сопротивлением r0, может генерировать сигналы различной частоты и формы), два вольтметра переменного тока (могут измерять действующее значение переменного напряжения), двухканальный цифровой осциллограф, резисторы, провода и т.д.
Содержание эксперимента:
a. Измерение эквивалентной ёмкости и эквивалентной индуктивности коаксиального кабеля с помощью низкочастотного синусоидального сигнала (8 баллов).
Когда частота синусоидального сигнала очень низкая, а длина волны намного больше длины исследуемого коаксиального кабеля, исследуемый коаксиальный кабель можно аппроксимировать эквивалентной схемой, показанной на рисунке 2, где c и l - эквивалентная ёмкость и эквивалентная индуктивность всего исследуемого коаксиального кабеля в низкочастотных условиях, и выполняется следующее соотношение:
1/2πc ]] 2πl
b. Измерение характеристического импеданса, скорости распространения волны, эквивалентной ёмкости и эквивалентной индуктивности на единицу длины коаксиального кабеля с помощью импульсного прямоугольного сигнала (32 балла).
(1) Когда частота сигнала высока, а длина волны близка или намного меньше длины коаксиального кабеля, ток, протекающий через центральный проводник, и напряжение между внутренним и внешним проводниками изменяются волнообразно вдоль кабеля. Если разделить коаксиальный кабель на несколько небольших участков, так чтобы длина каждого участка Δx
(2) Характеристический импеданс является основным параметром коаксиального кабеля. Если соединить два коаксиальных кабеля с характеристическими импедансами z₀ и z, как показано на рисунке 4(a), то на границе раздела между ними произойдёт прохождение и отражение сигнала. Предположим, что входной сигнал, проходящий через коаксиальный кабель с характеристическим импедансом z₀, достигает границы раздела с напряжением v.
Одно задание, два эксперимента, три пункта.
Сюй Чуань потратил несколько минут на полный просмотр задания.
По сравнению с письменным экзаменом, в экспериментальном задании на самом деле не было ничего нового, всё сводилось к содержанию школьного курса физики: электричество, оптика, звуковые волны, магнитное поле.
По сравнению с передовой физикой, в школьном курсе физики не так много экспериментов, которые могут выполнять ученики.
Даже если знания учеников, участвующих в олимпиаде, намного превосходят знания обычных старшеклассников, они всё же ещё не поступили в университет, не вышли в общество, и те приборы среднего и высокого уровня, а также опасные эксперименты, например, эксперименты с высоким напряжением, вряд ли будут им доступны.
На этот раз на всекитайской олимпиаде проверялись эквивалентная схема, эквивалентная индуктивность и импульсные сигналы.
Среди физических экспериментов это довольно обычные вещи, сложность задания не очень высокая, но этапы эксперимента довольно громоздкие, требуют от участников экзамена большой внимательности.
Ведь чем больше шагов, тем больше мест, где можно снизить баллы.
Даже Сюй Чуань старательно выполнял эксперимент в соответствии со стандартной процедурой.
"Бум!"
Сюй Чуань не был исключением, повернув голову в сторону звука, он увидел, что один из учеников смахнул со стола измерительный прибор на пол.
Чёрно-белый прибор прокатился по полу пару раз, разбив угол, и от него отлетели два маленьких осколка стекла.
А ученик, которому принадлежал прибор, вероятно, впервые участвовал во всекитайской олимпиаде, от волнения уронил прибор, стоял там, дрожа всем телом, с бледным лицом, не зная, что делать.
Звук привлёк внимание преподавателя-наблюдателя, который подошёл, поднял с пола сломанный прибор и осмотрел его. Стоявший рядом, дрожащий ученик, увидев преподавателя, осматривающего прибор, почувствовал, что натворил бед, и под огромным давлением всекитайской олимпиады, у него потемнело в глазах, тело обмякло, и он упал в обморок.
Вот и хорошо, теперь настала очередь преподавателя-наблюдателя дрожать.
Не обращая внимания на сломанный измерительный прибор, он поспешно подошёл и помог потерявшему сознание ученику подняться.
"Эй!"
"Ученик, ученик."
"Проснись, проснись."
Кто-то потерял сознание, и преподаватели-наблюдатели сразу же забеспокоились, два или три преподавателя немедленно подошли, чтобы оказать первую помощь этому ученику, а другие преподаватели-наблюдатели продолжали поддерживать порядок в аудитории.
"Где медперсонал? В аудитории номер три ученик потерял сознание, срочно сюда."
В аудитории воцарился хаос, преподаватель-наблюдатель, оказывая первую помощь, нажимая на точку между носом и верхней губой и виски, одновременно вызывал медицинский персонал, находящийся за пределами аудитории.
Вскоре прибыл медицинский персонал, получивший сигнал о помощи, и вынес потерявшего сознание ученика.
Потерявшего сознание ученика увезли, преподаватель-наблюдатель вернулся в аудиторию и продолжил наблюдение за экзаменом, но из-за этого инцидента атмосфера во всей аудитории изменилась.
Некоторые стали ещё более напряжёнными, у некоторых дрожали руки, когда они брали источник питания.
Сюй Чуань покачал головой и продолжил свой эксперимент.
На самом деле, будь то математическая олимпиада или олимпиада по физике, каждый год на экзамене кто-то теряет сознание.
Особенно те ученики, которые впервые пробились во всекитайский этап и участвуют во всекитайском экзамене, под огромным давлением любое дуновение ветра может привести к обрыву туго натянутой струны в их сознании.
Но по сравнению с олимпиадой по химии, математика и физика намного лучше, по крайней мере, нет внешней опасности.
На математической олимпиаде нет экспериментальных заданий, а экспериментальные задания на олимпиаде по физике практически не представляют опасности.
Но с олимпиадой по химии всё по-другому, в экспериментальных заданиях на олимпиаде по химии иногда встречаются различные опасные вещества.
Например, такие химические вещества, как полиформальдегид, аминоуксусная кислота, фенилендиамин, фенол и т. д.
Эти вещества являются обычными и часто используемыми материалами на олимпиаде по химии, но все они токсичны, а некоторые даже очень ядовиты, легко проникают в организм через кожу и воздух, причиняя вред.
Те, кто часто проводит эксперименты в химической лаборатории и участвует в олимпиадах по химии, должны знать, что каждый год немало учеников получают отравления из-за олимпиады по химии.
И преподаватели химии, проводящие олимпиады, чаще всего напоминают ученикам о безопасности.
Так что участие в олимпиадах тоже сопряжено с риском.