IYPT2024

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声明：以下内容仅为个人观点，就是一些初见题目的想法，仅供参考！

如有理论错误欢迎批评指正！QvQ

如内容涉及侵权，请尽快联系我！QAQ

如有相左观点，欢迎评论区or私信友善讨论！

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P1. Invent Yourself

    Take a box (e.g. a matchbox), filled with identical objects (e.g. matches, balls, …). Find a method to determine the number of objects in the box solely by the sound produced while shaking the box. How does the accuracy depend on the  of the objects, the box, and the packing density?

P1. 自己发明

    拿一个盒子（例如一个火柴盒）来说，里面装满了相同的物体（例如火柴、球体等）。找到一种方法，可以仅通过摇动盒子时产生的声音来判定盒子里物体的数量。这种判定方法的准确度会如何取决于物体、盒子和填充密度等性质？

题目思考：

    如果目标是级别高一些的比赛的话，肯定是需要设计一个能够单次或以固定频率和幅度晃动的机构的。摇动盒子的声音的响度、频率（这个是否能出现一些固定的频率呢？我不确定，emmm但不太抱乐观态度）、发声时长、摇动一次的发声次数等等都可能会作为判断依据的参数。

    这个题让我想到了摇骰盅猜骰子数量和点数的魔术……

P2. Droplet Microscope

    By looking through a single water droplet placed on a glass surface, one can observe that the droplet acts as an imaging system. Investigate the magnification and resolution of such a lens.

P2. 液滴显微镜

    透过放置在玻璃表面上的单个水滴，我们可以观察到水滴就像一个成像系统。研究这种透镜的放大倍率和分辨率。

题目思考：

    需要考虑到水与其下方衬底的亲疏性：衬底是疏水还是亲水？水滴角是多大？水滴的表面会呈现出怎样的曲线？能不能解析地表达？

    并且还需要考虑到水滴的量以及下方衬底的材质，综合判断来分析水滴透镜的光学性质。这个光学性质，可以通过简单的焦距来进行描述吗？用水滴成像会不会畸变？会畸变到什么程度呢？

    后来又想到，如果是一个很大的水滴，和显微镜下的很小的水滴，会不会有什么不一样呢？如果手边有合适的显微镜的话，也可以试试看呀！

站内相关视频：BV1AL4y1H7pe、BV1tL41147Hk、BV1r64y1W748、BV1cg4y1i7Gg

P3. Rigid Ramp Walker

    Construct a rigid ramp walker with four legs (e.g. in the form of a ladder). The construction may begin to ‘walk’ down a rough ramp. Investigate how the geometry of the walker and relevant parameters affect its terminal velocity of walking.

P3.刚性坡道行走器/刚性坡道步行者

    用四条腿（例如梯子形式）构建一个刚性的坡道机器人。该机器人的构造可以开始在崎岖的坡道上"行走"。研究机器人的几何结构和相关参数如何影响其行走时的终端速度。

题目思考：

    网上查了一下，终端速度——是指当对物体的抵抗力与其速度同时增大时，物体将稳定在一定的速度上，此时的速度即为终端速度。

    给我的感觉，这个题目好像是那种能在斜坡上摇晃着一直往下走的玩具。在很多木工up主的视频里都能看到类似的东西。研究这个机构运动的模式以及他能达到的最大速度。研究内容（也许）包括腿的长度比例、重心位置、斜面倾角、摩擦阻力、运动时的晃动频率等等……

站内相关视频：BV1a84y1B7Lp、BV1mu411Q7zg、BV1Tq4y1s7Vg、BV1iF411f7my、BV1Eu411p7Yp

P4. Charge Meter

    A lightweight ball is suspended from a thread in the area between two charged plates. If the ball is also charged it will be deflected to one side at a certain angle. What is the accuracy of such a device for measuring the amount of charge on the ball? Optimise your device to measure the smallest possible charge on the ball.

P4. 电荷测量计/电量计

    一个轻质球被一根细线悬挂在两个带电极板之间的区域。如果球也带电，它会以一定的角度偏转到一边。这种测量球上电荷量的装置的精度是多少？优化你的装置来测量球上尽可能小的电荷量。

题目思考：

    我的感觉，其实就是对指针式验电器在不同电荷下的张开角度做定量分析，也很类似于库伦扭称实验。并且题目还尽可能的给简化了，把整个金属片换成了轻质小球。实验的难点在于如何控制以及获得球&极板上的精确电荷量。并且，接触过富兰克林铃铛的话应该能理解，这个模型，感觉一不小心，就会让那个小球在两个极板之间疯狂撞撞撞hhhhh让它稳定估计需要费一番力气，可以在这个上面用心设计一下~

站内相关视频：BV1dU4y1K7oe、BV1kp4y117kP

P5. Ping Pong Rocket

    A ping pong ball is placed in a container of water. When the container is dropped, the ping pong ball will get launched to a great height. What maximum height can you reach with up to 2 liters of water?

P5. 乒乓球火箭/乒乓火箭

    一个乒乓球被放在一个盛水的容器里。当容器落下时，乒乓球会被弹射到很高的地方。用最多2L水，你能把乒乓球弹射到的最大高度是多少?

题目思考：

    这个实验在网上很多人都做过了，是个很常见的实验。但我确实没仔细思考过这个的详细原理。仔细想的话，弹射高度可能会和释放的高度、容器形状有关，以及还有可能需要研究的是如何在最短的时间内卸去容器下落的速度？可以在这个角度去细化研究一下。

站内相关视频：BV1hg411W7Qx、BV1Bp4y1z7fH、BV1Ct4y1t72G、BV11z4y1Y7gK、BV1vP4y1F7Ww

P6. Non-contact Resistance

    The responses of a LRC circuit driven by an AC source can be changed by inserting either a non-magnetic metal rod or a ferromagnetic rod into the inductor coil. How can we obtain the magnetic and electric properties of the inserted rod from the circuit’s responses?

P6. 非接触式电阻

    通过在电感线圈中插入非磁性金属棒或铁磁性棒，可以改变由交流源驱动的LRC电路的响应。我们如何从电路的响应中获得插入杆的磁性和电学性质?

题目思考：

    Σ(っ °Д °;)っ这个我确实不懂……但感觉本质也就是改变了线圈中的磁感线分布，通过楞次定律对LRC震荡电路产生扰动。

    或许可以通过测量扰动从开始到消失的时间间隔、扰动能达到的瞬时最大值等等参数来对插入的棒的性质进行表征？

P7. Giant Sounding Plate

    When a large, thin and flexible plate (e.g. plastic, metal or plexiglass) is bent, it may produce a loud and unusual howling sound. Explain and investigate this phenomenon.

P7. 巨型发声板/巨型声板

    当一个又大又薄又有弹性的板（例如塑料、金属或有机玻璃等）被弯曲时，它可能会发出一种响亮而不寻常的嚎叫声。解释并调查这一现象。

题目思考：

    这个题和去年的Siren有一些相似的。板弯曲回弹，就会振动起来，这样一来就会有声音（网上有做克拉尼图形实验的视频，那个里面，当板振动起来时，会听到很尖锐的声音，下面的视频里就有）。说白了研究的是板子振动模态的问题，激发源的位置、板子的振动频率、板子的形状、材质等等……这个题目对工科生可能会相对更友好一些叭。

    另外，近期又发现了一种，即下面的视频里出现的，自由抖动金属板所发出的声音。但这个研究起来难度似乎会更大了，这种板有弹性，但如果力气用的大，会揉出皱纹，也会使问题变得更复杂。

站内相关视频：BV1aT411R7hd、BV1r14y1h7mv、BV1R7411e7eP、BV1K54y11735、BV1bF411o7qJ

P8. Another Magnetic Levitation

    Place a large disk-shaped magnet on a non-magnetic conductive plate. When a smaller magnet is moved under the plate, the magnet on top may levitate under certain conditions. Investigate the levitation and the possible motion of the magnet on top.

P8. 另一类磁悬浮/另一种磁悬浮

    将一个大的圆盘形磁铁放在非磁性导电板上。当一个更小的磁铁在板下移动时，在一定条件下，上面的磁铁可能会悬浮起来。研究顶部磁铁的悬浮以及可能的运动。

题目思考：

    这个现象我没见过QAQ。非磁性、但是可以导电的金属板，难道是小磁铁在下面运动造成了板内产生电流从而出现了磁场？又或者金属板会起到一个“均匀化”的效果，把下方磁铁的运动以某种动态的力分布到上方，实现稳定的悬浮？这个确实不确定，需要各位在实际的实验中自己发现一下了。

    顺便还想提一下“Polarity Free Magnetic Repulsion（PFMR，无极性磁束缚）”，有一篇21年的Symmetry，感兴趣可以去找来看看，讲的是高速旋转的磁铁对另一个磁体的束缚态，蛮有意思的，没准能得到些灵感。DOI:10.3390/sym13030442

更新：最近在B站刷到了相关的视频，悬浮的原因感觉上像是普通的同极相斥，但是被金属板内楞次定律产生的电流给延缓了，导致是缓慢悬浮起来的。这样理解的话原理上应该还好，如何稳定悬浮是难点。

P9. Juicy Solar Cell

    A functional solar cell can be created using conducting glass slides, iodine, juice (eg. blackberry) and titanium dioxide. This type of cell is called a Grätzel cell. Make such a cell and investigate the necessary parameters to obtain maximum efficiency

P9. 果汁太阳能电池/多汁的太阳能电池

    一个功能性的太阳能电池可以用导电玻璃片、碘、果汁（例如黑莓汁)和二氧化钛制备。这种类型的电池称为格拉兹尔电池。制作这样一个电池并研究必要的参数以获得最大的效率。

题目思考：

    （╯－＿－）╯╧╧这个我一点都不懂……所以，以下是copy自网络的回答：

    Grätzel电池，也被称为染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells，DSSCs），是一种第三代太阳能电池技术。它由瑞士化学家Michael Grätzel于1991年提出，并以他的名字命名。Grätzel电池的工作原理是通过染料分子吸收光能，然后转化为电能。它的结构主要由以下几个部分组成：1. 被染料吸附的电极（阳极）：通常是由氧化铟锡（indium tin oxide，ITO）涂覆的玻璃或透明导电材料构成。染料分子以单层方式吸附在电极表面。2. 电解质：通常是以有机溶剂中溶解了一种电子可接受剂，例如碘/碘离子（I3-/I-）来实现电子传导。3. 反应电极（阴极）：提供电子回流的场所，通常是由塑料或金属材料构成。Grätzel电池的工作过程如下：1. 光吸收和电子注入：当光照到达电极上的染料吸附层时，染料分子吸收光能，激发电子跃迁到染料的高能态。从染料上注入到电解质中的电子会留下正电荷（空穴）。2. 电子传导和离子迁移：注入电解质中的电子在电解质中传导到阴极。在此过程中，电子通过外部电路供给电力。离子在电解质中进行迁移以保持电荷平衡。3. 电荷再组合：电子从阴极回流到阳极，与阳极上染料分子捕获的空穴再结合，形成中性状态。

    这个完全是在我领域外的东西了……如果要我选的话，这个题应该是会被我直接放弃的qwq

站内相关视频：BV1Pm4y1F7vQ、BV1Du411J7QU、BV14m4y1s7wy

P10. Magnetic Gear

    Take several identical fidget spinners and attach neodymium magnets to their ends. If you place them side by side on a plane and rotate one of them, the remaining ones start to rotate only due to the magnetic field. Investigate and explain the phenomenon.

P10. 磁力齿轮

    用几个相同的指尖陀螺，在它们的末端贴上钕磁铁。如果你把它们并排放在一个平面上，旋转其中一个，剩下的就会仅仅因为磁场而开始旋转。调查并解释这一现象。

题目思考：

    这个的实验现象也很好想，指尖陀螺最火的那几年甚至网上有很多很多人做这种视频发到网上。但是我们假设一个最普通的指尖陀螺有三个扇叶（我也不知道专业说法是叫啥，就先用扇叶代指叭qwq），在每个扇叶上放置磁铁，先考虑最简单的两陀螺体系，从动的陀螺受到的磁力是怎样的？这样来考虑的话，其实还是蛮复杂的，更别提要考虑磁铁的极性了，是S极在上还是N极在上呢？所以感觉最难的还是动力学的问题，磁铁与磁铁之间的磁力，如果是我来做这道题目，可能会先把磁力简单的考虑为平方反比进行计算，得出一些普遍性的趋势之后再对理论进行修正。先通过研究最简单的条件找到什么是值得研究的。

站内相关视频：BV1Kt411w7s3、BV1Rx411q7c1、BV1x4411G7Ma

P11. Pumping Straw

    A simple water pump can be made using a straw shaped into a triangle and cut open at the vertices. When such a triangle is partially immersed in water with one of its vertices and rotated around its vertical axis, water may flow up through the straw. Investigate how the geometry and other relevant parameters affect the pumping speed.

P11. 吸管水泵

    一个简单的水泵可以用一根吸管做成三角形，在顶点处切开。当这样一个三角形包括一个顶点的部分浸入水中并绕其垂直轴旋转时，水可能会通过吸管向上流动。研究几何形状和其他相关参数如何影响抽速。

题目思考：

    这个后来找到实验视频看明白了。原理上就是吸管内倾斜的水柱，在高速的转动下，水会做离心运动，被甩出去，也就间接实现了水泵的功能。这个难度可能不太高，但是实验设计方面需要好好考虑一下，怎么分开泵出来的水和旋转溅起来的水。可以研究的方向，比如说水泵的工作效率，出水量和转速的关系，和三角形角度的关系，水泵的工作和三角形不接触水的那条边有没有影响？如果去掉，只是抽象为两根倾斜吸管的话可不可以？

站内相关视频：BV1yu4y117jj

P12. The Soap Spiral

    Lower a compressed slinky into a soap solution, pull it out and straighten it. A soap film is formed between the turns of the slinky. If you break the integrity of the film, the front of the film will begin to move. Explain this phenomenon and investigate the movement of the front of the soap film.

P12. 肥皂螺旋

    将压缩弹簧（个人倾向于是类似于彩虹圈一类的）放入肥皂液中，把它拉出并拉直。在弹簧的转弯处形成肥皂膜。如果破坏了肥皂膜的完整性，肥皂膜的前端就会开始运动。解释这一现象并研究肥皂膜前端的运动。

题目思考：

    我的感觉哈，这个题想表达的是用彩虹圈拉出来一条螺旋气泡，然后戳一下，在表面张力的驱动下，肥皂膜就会被逐渐拉离。在研究中，我们需要考虑到弹簧的螺距会不会影响到气泡的运动速度，但是一定要注意的，彩虹圈拉出来的螺旋不是等距的，这会对实验现象造成什么影响呢？以及每年都会遇到的问题，肥皂泡的稳定性问题，什么样的肥皂液是好用的？

站内相关视频：BV1DX4y177iD

P13. Shooting Rubber Band

    A rubber band may fly a longer distance if it is non-uniformly stretched when shot, giving it spin. Optimise the distance that a rubber band with spin can reach.

P13. 射击橡皮筋/发射橡皮筋

    如果在发射橡皮筋时，将橡皮筋不均匀拉伸并使其旋转，则可以飞出更远的距离。优化带旋转的橡皮筋发射所能到达的距离。

题目思考：

    这是怎么个发射手法我没亲身实验过……总觉得这道题目和iypt2020的Playing card有点点相似？都是研究一种发射手法，然后研究这种手法会给“子弹”带来怎样的运动加成。

站内相关视频：BV1L7411t7uQ、BV1Rs411i7uT

P14. Ruler Trick

    Place a ruler on the edge of a table, and throw a ball at its free end. The ruler will fall. However, if you cover a part of the ruler with a piece of paper and repeat the throw, then the ruler will remain on the table while the ball will bounce off it. Explain this phenomenon, and investigate the relevant parameters.

P14. 尺子魔术/尺子把戏

    把尺子放在桌子边缘，在它的自由端扔一个球。尺子将会掉落。然而，如果你用一张纸盖住尺子的一部分并重复投掷球，那么尺子将留在桌子上，而球将被它弹开。解释这一现象，并调查相关参数。

题目思考：

    这个是一两年前科普博主们做过好多次的一个实验，总的来说，是由于大气压力压住了尺子，从而导致了尺子不会被球打飞。这个题目感觉相对来说蛮简单的。

站内相关视频：BV164411b7MK、BV1PT4y1D72L

P15. Wet Scroll

    Gently place a piece of tracing paper on the surface of water. It rapidly curls into a scroll and then slowly uncurls. Explain and investigate this phenomenon.

P15. 湿纸卷/潮湿卷曲

    轻轻地把一张描图纸（也叫硫酸纸）放在水面上。它会迅速卷曲成一个筒，然后慢慢展开。解释并调查这一现象。

题目思考：

    这个的话实验现象应该非常好出，印象里我以前玩过。原理上，我来猜的话……可能会猜测先是水会进入到纸的一侧，把纸撑开，等到逐渐浸没到纸的另一侧后，纸就又摊平了。我记得以前看过一个科普，讲为什么泡过水以后再晾干的纸是皱的，也许能对题目有帮助。

    也许还会有表面张力的影响。如果是亲水的话，水会把纸拉开。

站内相关视频：BV14Y411F7Cu、BV1wE411b7jB

P16. Cushion Catapult

    Place an object on a large air cushion and drop several other objects in such a way that the first object is catapulted away. Investigate how the exit velocity depends on relevant parameters.

P16. 气垫弹射器/缓冲弹射器

    把一个物体放在一个大气垫上，然后把其他几个物体扔下去，这样以来，第一个物体就会弹射出去。研究出射速度如何取决于相关参数。

题目思考：

    这个就是气垫里的气压，其他物体落到气垫上后，气垫内的压力增大，因此陷入气垫的力就不平衡了，需要重新调整物体陷入气垫的深度，如果这个速度很快，那物体便会被弹射到空中，这个也蛮好想象的。就是研究起来或许会复杂一点。

站内相关视频：BV1rM411h7wN、BV1cw411Z72e、BV1cw411Z72e

P17. Quantum Light Dimmer

    If you put a flame with table salt added in front of a vapour sodium lamp, the flame casts a shadow. The shadow can become lighter, if the flame is put into a strong magnetic field. Investigate and explain the phenomenon.

P17. 量子调光器

    如果你把加了食盐的火焰放在蒸汽钠灯前，火焰会投射出阴影。如果把火焰被置于强磁场中，这个阴影会变得更轻。调查并解释这一现象。

题目思考：

    这个原理上就是塞曼效应。颜色反应是物理性质，火焰给Na原子提供能量，使价带电子能够向导带跃迁，由基态转变为激发态，再由激发态回到基态时，会向四面八方发射光子。当用Na灯照射火焰时，Na原子除了可以从火焰获得能量，还可以直接吸收Na灯发出的光子，被吸收后从四面八方发射出去，这就使得光变弱了，看到的火焰影子也就是黑色的了。当引入磁场时，Na原子在外磁场中发光谱线发生分裂，偏离原本的吸收波段，这样原本能够被火焰中的Na吸收的光，现在吸收不了了，所以透过的光变多，阴影就变淡了。

站内相关视频：BV1jK411N7DS、BV1qL411x7xA、BV1x44y1s7nj

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封面来源：BV1Qq4y1T7WX

文章作者：誊书画昴