第51届国际物理奥林匹克竞赛实验试题介绍与解答

郭旭波,蒋 硕,宋 飞,安 宇,阮 东,张留碗

(清华大学 物理系，北京 100084)

第51届国际物理奥林匹克竞赛原计划于2020年7月在立陶宛维尔纽斯举行，因受新冠疫情影响推迟到2021年7月17日至24日. 竞赛组织者首次采用线上、线下融合方式，实验和理论考试在参赛代表队所在国家/地区线下进行，实验考试仪器由组织者邮寄到各参赛国家/地区，试卷及扫描后的答卷通过网络传输. 带队/监考老师与组委会的沟通及学生活动等在线上开展. 由清华大学物理系带领的5名参赛中学生全部获得金牌，并取得团体第一的优异成绩[1].

本届竞赛共2个实验题目[2]，每个题目10分. 实验1是“非理想电容器(Non-ideal capacitors)”，内容为测量不同温度下非理想电容器的微分电容. 实验2是“发光二极管(Light emitting diodes，LEDs)”，内容为测量LED电压与电流以及芯片温度之间的关系. 本文将对2个实验的试题和解答进行详细介绍.

1 实验仪器介绍

2个实验题目所用实验器材如图1所示.

图1 实验器材

1)含有待测元件和测量模块的电路板，包括：

a.+9 V,-9 V恒压源(各有2个相同的端子)； b.2个相同的接地端子(GND)；

c.2个相同的电容端子(IN)；

d.电容切换开关(可切换至C1或C2)；

e.高阻抗电压表(内置在电路板中)；

f.带有加热器和温度传感器的恒温器；

g.待测电容器C1和C2；

h.待测LED，与恒流源和电压表相连；

i.重置(RESET)按钮；

j.USB供电接口；

k.六针数据线接口，用于连接平板电脑.

2)电路板电源，具有USB Micro-B接头.

3)2根跳线：W1(接有100 MΩ电阻R1)和W2(0 Ω).

4)恒温器的绝热材料.

5)数据线，用于连接电路板与平板电脑(USB Micro-B插头用于连接平板电脑).

6)运行IPhO2021实验程序……