美国高中物理思维挑战详细介绍

物理碗 带你玩转物理

探索顶尖研究 窥探宇宙奥秘

物理这门酷炫有趣的学科，不仅令人着迷，更引领我们探索未知的未来。在物理学这片广袤的天地中，物理学家们正致力于揭开宇宙最古老的秘密。那么，物理学最前沿的研究究竟是什么呢？

让我们先从宇宙的起源谈起，探索那个神秘的十维宇宙分裂。想象一下，我们所熟悉的维度概念：

一只在直线上行走的毛毛虫只能前后移动，所以，我们把直线或曲线叫做：一维空间；一只阿米巴扁平虫可以在球面上前后左右移动，所以，我们把平面或曲面叫做：二维空间；一只鸟在我们的空间可以上下前后左右移动，所以，我们的空间叫做是：三维空间；加上时间一维，我们的世界是四维的，合称时空。但是，如果存在更高维度的人，他们看待我们的世界，可能就像我们看待一张二维的纸一样，一切尽收眼底。

我们人类只能感知三维世界，但这并不意味着我们看到的就是宇宙的全部。我们的眼睛和大脑是为了适应三维空间和四维时空而演化的，它们并没有赋予我们理解更高维度空间的能力。

在这个背景下，超弦理论应运而生。它提出了一个大胆的设想：宇宙实际上是一个十维的空间。我们熟悉的是四维时空，而超弦理论告诉我们，还有六个维度是隐藏的，它们与我们的时空“垂直”，并且极其微小。在这个十维宇宙中，有一种类似琴弦的基本单元，它们的不同振动模式创造了不同的基本粒子，构成了我们这个丰富多彩的世界。

更进一步，物理学家威藤提出的“M理论”将五种超弦理论和十一维空间的理论融合在一起，试图解释宇宙中所有物质和能量的本质与相互作用。超弦理论和“M理论”的目标宏伟，它们旨在统一爱因斯坦的广义相对论和量子力学，构建一个解释宇宙万物的大统一理论。这，便是理论物理学最前沿的研究方向。

对于高中生而言，或许你已经对物理产生了浓厚的兴趣。但不得不承认，本科物理学与高中物理相比，有着质的飞跃。高中物理主要依靠少量的公式解决问题，而大学物理则在高等数学和微积分的基础上，探讨更加非线性、复杂的现象。从简单的“匀变速直线运动”到复杂的“变速曲线运动”，从“质点运动学和动力学”到“质点系的运动学和动力学”，再到深奥的四大力学，物理学的深度和广度都得到了极大的拓展。

北京大学的一项调查显示，物理系毕业生在就业市场上具有极高的适应性。他们不仅在传统的科研和工业领域大放异彩，还在生物产业、金融等看似与物理无关的领域取得了成功。这是因为物理学教育培养了学生的综合素质，使得他们能够在多个领域脱颖而出。

物理学并非只有学霸才能涉足的领域，它对每一个愿意探索自然规律、追求知识的人来说都是开放的。无论你的背景如何，只要你对物理世界充满好奇，你都可以学习物理。物理学不仅锻炼我们的逻辑思维能力，还能培养我们解决问题的能力，这些技能在生活中的方方面面都是宝贵的。

那么，如何开始你的物理学之旅呢？除了课堂学习，参加竞赛也是一个很好的途径。这里，我们要提到的就是“物理碗”竞赛。物理碗是一项面向中学生的国际物理竞赛，它不仅能够检验和提高你的物理知识，还能激发你对物理学的兴趣和热情。通过参与物理碗，你将有机会与来自世界各地的物理爱好者一较高下，体验物理学的乐趣和挑战。这样的经历，无疑将为你的物理学之旅增添无限色彩。

Physics Bowl 竞赛由美国物理教师协会（The American Association of Physics Teachers ，简称AAPT）主办，已有30年历史，如今在美国极具影响力。

该竞赛由各大美国名校的物理教授以及经验丰富的物理教师进行出题和审核，内容涉及力学、电磁学等所有高中物理各大模块。每年全球 11 个国家超过 500 所著名高中参加。在比赛中获得高分者备受美国名校欢迎。

适合学员

对物理、工程技术、电磁学、通信工程、电子工程等方向感兴趣的9-12年级中学生

竞赛时间线

中国赛区

报名截止日期

2025 年 3 月 7 日

比赛时间

2025年3月18日（周二）17：00-17：45

竞赛内容

考试时长：45分钟

考试题型：40道选择题

参赛形式：个人赛，笔试，没有实验操作

试卷语言：英语

竞赛级别

考试分为两个等级：Division 1和Division 2。每年考试只有1套试卷，试卷共有50道选择题。

选择Division 1级别的考生做第1-40题，Division 1适合高一学生（IB10年级，A-level的G1年级部分优秀学生和G2年级）

选择Division 2级别的考生做第11-50题，Division 2适合高二，高三学生（IB11-12年级，A-level年级）

试卷题目大致按从易到难的顺序排列，所以越往后面题目越难。Division 2的难度大于Division 1，无论参加Division 1还是Division 2的比赛，参赛者都需要在45分钟之内完成40道选择题。

竞赛考察知识点

考试考察内容包含力学、电磁学、热学、光学和现代物理。

力学

测量学基础、运动学计算、牛顿三定律、动量、冲量、动能、能量转换、圆周运动、流体力学等

电磁学

波动、库仑定律、电场、电势、电势能、电容、平行板电容器、高斯定理等

热学

分子运动、内能与热机、理想气体状态方程等

光学

反射、折射、衍射、散等

现代物理

原子结构、量子力学、波粒二象性等

*报名时请于所在学校确认是否有报名参加Physics Bowl物理竞赛资格*

开课时间

2025年1月18日

指导方式

线上9周，26课时

导师介绍

C老师，上海师范大学物理教育硕士，2016年起担任pre-AP、AP物理C-力学和AP物理C-电磁学的教学工作。在日常的教学中，根据国外的课程教材进行生动有趣的教学，通过数学的严谨推导和有趣的实验，激发学生的学习兴趣。2024年C老师指导校内约10名学员参加物理碗的竞赛，其中有3名同学获得银牌，4名同学获得了铜牌