廖慧敏，荀 坤，陈晓林

（北京大学物理学院，北京100871）

1 引 言

第12届亚洲物理奥林匹克竞赛于2011年5月1日至5月8日在以色列特拉维夫市举行.代表中国参赛的吴宇恺等8名中学生全部获得了金牌，且包揽了总分前5名.

本届竞赛的两道实验题为：“导体在振荡磁场中的悬浮”和“光学‘黑盒子’”.每题考试时间为2.5h，中间休息0.5h.本文试题部分基本为原貌，解答部分采用组委会提供的标准解答（文中称为样本实验），并尽可能对物理图像作出说明.

2 试 题

2.1 试题A：导体在振荡磁场中的悬浮

在足够强的振荡磁场作用下，由于其中感生电流所受的平均磁力不为零，金属导体会悬浮起来.平均磁力不为零源自磁场与感生电流间的相位差，而此相位差又来自导体的电感.本实验将通过测量通有振荡电流的螺线管施加在铝环竖直方向上的力，来导出铝环的自感系数.为方便测量，作用在环上的平均力会指向下方，而不是使环悬浮.

图1 试题A实验装置图

实验器材见图1.图中1是50Hz的交流电源，其2对输出端的输出电压分别约为24V和0.7V，前者只用于对螺线管供电.为防止长时间通电导致的系统过热，开关只有被压下才接通.2是带铁芯的螺线管，其竖直位置可由螺距为h＝1.41mm的螺杆调节.3是由同样材料（铝合金）制成的金属环，其中1个环闭合，2个环开口.第一个开口环尺寸与闭合环相同，只是被切掉了一小段.第二个开口环则比前2个环细很多.4是万用表，分别用作电压表和电流表，交流电压表的……