第6届全国周培源大学生力学竞赛团体赛试题和规则.docx

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第6届全国周培源大学生力学竞赛团体赛试题和规则

第6届全国周培源大学生力学竞赛团体赛

目录：

（1）攻防对抗赛—参赛各队分别设计制作发射装置和保护装置，抽签后相互用发射装置攻击对方的保护装置.

（2）纸条拉力赛—用A4纸制作一个3cm宽试件，上面有一个1cm长的切口.通过裁去部分材料，尽可能使试件承受大的拉力.

（3）不倒翁的设计—设计制作一个装置，使其摆动周期尽可能接近指定的周期.

（4）混合加载（比赛中由于时间关系删去了）—用A4纸设计制作加载装置，通过选择适当的加载位置，在给定的变形范围内承受尽可能多的重量.

（5）姜太公钓鱼—设计制作钓鱼台和钓鱼的器具，在指定时间内钓上尽可能多的啤酒瓶.

第6届全国周培源大学生力学竞赛团体赛

比赛内容和规则

竞赛组委会

（命题人：

高云峰（清华大学航天航空学院））

第1轮比赛：

攻防对抗赛

1内容

在一些描写古代战争的电影中，常可见到一方用抛石机

抛掷石头攻击对方城堡的场面．进攻者当然希望抛石机威力

巨大；而防守者自然希望城堡固若金汤．

本次竞赛各队既要做出“抛石机”，又要造出“城堡”．

然后各队之间相互比较谁的“抛石机”威力大，谁的“城堡”

更结实．

2要求

（1）发射装置由各队事先准备好，应能由一名队员不借

助工具搬动，且最大尺寸不超过2m．

（2）发射装置的动力方式不限，不限制初始释放的速度，

但不能由人直接投掷，可以手扶发射装置以保持稳定．

（3）先确定一点为靶心，画一系列同心圆，每个半径增

加20cm．最里面的圆标100分，向外依次为80，60，40，20，

0分．

（4）发射装置的出口距地面不超过1m（误差不超过

10cm1．

（5）在距离靶心2．5m（误差不超过10cm）处有一横线，

发射装置出口的投影不能超过该横线，最多可后退0．5m（限

制最大发射距离不超过3m以保证安全）．

（6）利用组委会统一发放的工具和材料（牙签、棉签、木

筷、胶水、纸张），设计制造保护装置，防止鸡蛋被对方击

碎．每个保护装置内部要能放置1枚生鸡蛋．保护装置加鸡

蛋的质量不超过250g．每队设计制作3个保护装置用于比

赛，并标明队名和号码．

（7）所发射重物由哑铃的圆盘组成，每次发射的重量限

制在2kg至4kg之间，允许误差为0．1kg．

（8）发射时圆盘的具体的数目可自行决定．多个圆盘可

以绑在一起发生，如果发射时脱落导致多个落点，精度取成

绩最差的1个，但是任意一片打碎鸡蛋均有效．

（9）直接击碎鸡蛋与落地后滚动击碎鸡蛋同样计分．

（10）障碍物基本处于保护装置与横线的中间位置，高约

0．8m．

（11）某队发射时，操作者l3人均可，其余人员应在

发射口的后面．

3比赛规则与流程（约60min）

（1）17日中午抽签获得比赛用的鸡蛋．准备设计制作保

护装置．并可在适当地方进行发射调试．

（2）比赛开始后，在10min时间内抽签分组，并测量保

护装置加鸡蛋的重量，如果明显超重（超50％以上），将不

能参加比赛．

（3）20个队分为l0组．抽到A与鼠的队为同一组

（i=l，2，⋯，10）．两队并列排列，正式比赛前每队有5min

进行调试．

（4）每队有3次机会攻击对方的鸡蛋，A先发射1次，

B再发射1次，然后交替进行．一队发射时，另一队把自己

的保护装置放在靶心．

（5）每次发射前，裁判提醒并开始计时．各队每次发射

的时间不超过3min．裁判在最后30s时有义务提醒．若超

时而未发射，该次发射算0分．

（6）一队发射后，裁判应让另一队队员在30s内把自己

的保护装置拿开放在指定位置．等本轮比赛结束后统一查看

鸡蛋破损情况．

（7）比赛中，如果出现分歧，由裁判长进行最终判决．

4评判标；隹

（1）本轮比赛根据鸡蛋的完好率和射击精度给分．事先

制定好表格，标明各项内容和评分值，由各组裁判负责纪录，

比赛结束后裁判和队长要签字．

（2）如果装置的质量或尺寸不符合要求，（在每次发射

中）每一项不合格扣l0分．

（3）如果保护装置的质量或尺寸不符合要求，（在本次

发射中）每一项不合格扣l0分．

（4）在某次射击中，满分为200分．计分包括落点成绩

和鸡蛋破碎成绩：

如果未直接击中对方的保护装置，以落点的位置值为射

击准确得分，压线时取两区域的平均分．如果直接击中对方

的保护装置，射击准确得分为100分．

如果多片圆盘分散落下，成绩以最差的计算．

对鸡蛋，不论是直接击中还是落地后滚动击中，计分情

况如下：

鸡蛋未出现肉眼可见的裂纹，得0分．

鸡蛋出现肉眼可见的裂纹，但无液体流出，得50分．

鸡蛋有液体流出，得100分．

（5）如果本队队员人为损坏了对方的鸡蛋，对方按上述

标准加分．

（6）每队取3次成绩中较好的2次进行排名，前l2名

将直接进入第3轮比赛，后8名则进入第2轮比赛争夺继

续比赛的权力．

（7）对于第l2名附近成绩相同的队，将根据全部的成

绩进行排名．如果根据成绩仍不能区分，考虑3个保护装置

及鸡蛋的质量总和，轻者排名在前．

（8）如有争议，由裁判长负责解决．

第2轮比赛：

纸条拉力赛

1内容

生活中我们经常可以看到，很多塑料包装袋上有个小切

口，它可以方便撕开包装袋；但是如果手提袋上已经有了小

切口，有什么办法尽量避免手提袋破坏呢?

下面就让参加比赛的队来回答吧．用纸作为试件进行拉

伸试验，但是试件上有缺陷．

2要求

试件只能由A4纸、2根筷子和胶水制作而成．如图

2（a）所示，各队用一张A4纸，沿长边裁剪出3cm宽的纸

条（允许误差为lmm），然后在两头用胶水与竹筷（非木筷）

相连．两筷子之间纸条长度至少为15cm，且不能涂胶水．

将两筷子之间的纸张分为三等份，在中间一份的任意位

置用裁纸刀划出垂直于纸条的一个切口（切口可以完全在纸

中间，也可以一端与边接触），切口长度不小于lcm．

试件做好后给裁判检查是否符合要求，符合要求的试件

才能进行比赛．参加本轮比赛的各队可多做几个试件备用，

但比赛时只需要2个合格的试件．

对于允许参加比赛的试件，各队不能再在试件上增加物

质，但可以减少物质．例如不能用胶水把切口再粘起来，但

是可以挖去试件上适当的部分以降低应力集中．2个试件

处理方式可以不同．

拉力试验如图2（b）所示：

某队把试件的一端筷子放在

固定物（如桌子）上，用胶带粘好．把弹簧秤悬挂在试件的

另一端筷子上，弹簧秤下端挂容器，逐渐向容器中注水或沙

子．在纸片断裂前弹簧秤的最大读数为该队的成绩．

如弹簧接近最大值而试件未破坏，可在弹簧秤与筷子之

间增加重物（如哑铃）．

3比赛规则与流程（约40min）

（1）在比赛开始前的休息时间内抽签分组分为4组，每

组2个队．弹簧秤也抽签选取．各队自行检查弹簧秤，如有

问题可找裁判员．

（2）比赛开始后，各队有5min时间同时进行调试准备．

（3）裁判示意后，各队同时开始操作．各队要在30min

内完成操作并得到两试件的最大承重量．由裁判员负责计时

和记录成绩．

（4）裁判员示意后，队员可以向容器内加水（或沙）．每

个试件加注的次数最多为10次（在弹簧秤与筷子之间增加

重物算1次），但每次的加注量由各队自行决定．加注时手

不能接触试件．

（5）某次加注结束后，队员可让裁判记下弹簧秤的读数

（精确到最小刻度）．本队队员可以在旁监测．裁判员应在30s

内读出读数．如有可能，队员可以利用数码相机拍下读数以

节省时间，但是要注意读数应能清楚分辨．裁判可在获得读

数后允许队员继续加注．

（6）加注过程中试件如断裂，或者筷子与纸张脱落，成

绩按加注前的成绩记．

（7）如果规定时间已到，或加注次数已满，而试件仍未

破坏，以试件的当前加载量为该试件的成绩．

（8）在规定时间还差一分钟时，裁判员有义务提醒参赛

队员．

（9）比赛结束后，读出相机中的成绩．裁判和队长要签

字．

比较．前4名进入第3轮比赛，后4名被淘汰退出比赛，获

优秀奖．

（3）对于成绩相同的队，将根据另一根试件的成绩进行

排名．如果还不能区别，考虑试件的质量，轻者优先．

（4）如有争议，由裁判长负责解决．

第3轮比赛I：

不倒翁

1内容

设计制作一个不倒翁，要求其摇摆的频率尽量给定值．

2要求

（1）利用组委会提供的工具和材料，或者自行购买部分

材料，设计制作一个装置，类似不倒翁可以往复运动．

（2）最大尺寸要超过10cm为好，质量不限．

（3）外部可以有装饰．

（4）能在10次摆动后仍能明显看出较大的摆幅．

（5）尽量让摆动周期接近3s（比赛中将测10次摆动周

期）．

（6）不倒翁上允许有移动装置用于调节摆动周期．

3比赛规则与流程（约40min）

（1）在比赛前的休息时间进行抽签，16个队分为4组．

抽到A，B，C，D的队为同一组．

（2）比赛开始后，每队有5min进行调试，同时裁判可

以试着计时．

（3）每队有2次机会，顺序为ABCDABCD．每次摆

动要在3min内完成．

（4）每次有8位裁判同时计时，队员示意开始，裁判负

责计时．各队让不倒翁运动起来，裁判测量10个周期并记

录．由于释放时间不易确定，记录从第2到第儿个周期的

时间．1个周期定义为：

摆动时同一侧角速度两次为零的时

间间隔．

（5）根据8位裁判的计时，去掉最大和最小的2个计

时，把其余的计时进行平均，为某队的比赛成绩．

（6）比赛中如有争议可找裁判长，裁判长的裁决为最终

裁决．

4评判标准

（1）本轮比赛根据不倒翁的周期精度给分．事先制定好

表格，标明各项内容和评分值，由裁判负责纪录，比赛结束

后裁判和队长要签字．

（2）在测周期时，幅度自行确定，以能明显看出并测量

（10）比赛中如有争议可找裁判长，裁判长的裁决为最终为准

裁决．

4评判标准

（1）事先制定好表格，标明各项内容和评分值，由裁判

负责纪录．

（2）本轮比赛根据各队2个试件的承载量中较大者进行

（3）每队取2次成绩中误差最小的1次进行排名．

（4）如有争议，由裁判长负责解决．

（5）根据第3轮比赛的成绩排名，前4名进入第4轮

比赛争夺一等奖；第5,~10名获三等奖，后6名的队获优秀

奖．

第3轮比赛II：

混合加载

（由于时间关系未进行）

1内容

用A4纸设计制作一个装置，使其在承受压、弯、扭的

载荷下不易破坏．

2要求

（1）利用4张A4纸和胶水，设计制作一个装置，可以

承受尽可能大的载荷．

（2）装置由OA，AB，BC三段组成，各段两两相互垂

直，OA段可以粘在底板上且垂直于底板（底板统一由组委

会提供，允许在其上挖孔）（见图3）．三段纵向尺寸均要大于等

于20cm，径向尺寸均要小于等于3cin．在接头处f0，，B

点）直径要小于等于4cm．各段形式、重量不一定要相同．

（3）悬空的容器G通过2根细绳与装置相联，其中一

根细绳要系在端附近1cm的范围内，另一根细绳可系在

AB，BC的任何位置上．绳子系好后不能再移动．两绳子长

度均小于10cm．

（4）在加容器之前，装置的质量不超过4张A4纸总质

量的20％．

（5）容器G内可以逐渐加沙子．

3比赛规则与流程（40min）

（1）装置的尺寸和质量可以在比赛前一天称量，不合格

者要重做，合格者可以与底部相连．

（2）按前一轮分组比赛．

（3）参赛开始，各队同时进行比赛，时间限制是30min．

（4）各队需要把容器挂上，然后在容器内加沙子（为方

便测量，把沙子包在纸内成为沙包，可准备多个沙包，可以

事先准备，也可以临时准备）．

（5）每次加载要经过裁判同意．但是最多允许加载10

次，每次增加沙包的数码不超过2个．

（6）如果装置被破坏，称量容器及重物的质量．装置

破坏定义为：

C点的垂直位移变化超过2cm．

（7）如果绳子断而装置未坏，允许换绳子重新开始．

（8）如果时间已到，或者加注次数已到，而装置未坏，

以当时的重量计算．

（9）如果装置c点的垂直位移未达2cm时已失稳破

坏，以破坏前的质量计算．

（10）由各队自行称量沙包质量，并由裁判记录．如有泄

漏，自行负责．

4评判标准

（1）本轮比赛根据容器及重物的质量给分．事先制

定好表格，标明各项内容和评分值，由裁判负责纪录，比赛

结束后裁判和队长要签字．

（2）如果载荷相同，改由高精度天平测量．若再相同，

可根据装置重量，轻者优先．

（3）如有争议，由裁判长负责解决．

第4轮比赛，姜太公钓鱼

1内容

姜太公钓鱼的故事人人皆知．我们今天就来学学姜太

公，看看谁能钓到最多的鱼．

今天的鱼就是空啤酒瓶，而“姜太公”有4位，谁是真

正的姜太公呢?

2要求

（1）利用组委会提供的工具和材料，制作一个钓鱼台，

同时制作钩钓装置．

（2）钓鱼台的形状不限制，但台面应高于1m．钓鱼台

与地面接触处应在半径为1m的圆周内（该圆称为本队的得

分区），其它部分的投影不限制是否一定要在圆周之内．

（3）钓鱼台的台面上至少能容纳1名队员，各队自行决

定上钓鱼台的人数．

（4）鱼杆及具体的垂钓装置的尺寸和质量不限制．

（5）5个空啤酒瓶在另一半径为0．3m的圆周内（该圆

称为本队的钓鱼区）．如图4．

（6）在各队钓鱼区的中间为公共钓鱼区，放10个瓶子．

3比赛规则与流程（2h）

（1）各队抽签决定位置．

（2）首先把各队的酒瓶放置好，然后各队同时开始进行

设计制作．

（3）某队可以开始垂钓的必要条件是：

钓鱼台能承受至

少一位队员的重量．且要经过裁判同意．裁判如认为尺寸不

合要求，有义务指出．

（4）队员应在钓鱼台面上进行垂钓，本队其他队员可以

提供一些帮助，如保护、遮阳、平衡等．

（5）某队首先在本队的钓鱼区内钓鱼，并放在自己的得

分区．如果本钓鱼区已无鱼可钓，可到公共钓鱼区中钓．如

果本钓鱼区和公共钓鱼区已无鱼，可到他队的钓鱼区中去钓

（但不能去他队的得分区中钓）．

（6）如果在钓的过程中瓶子倒地且在得分区内，裁判可

以把瓶子立起来．

（7）如果在钓的过程中瓶子倒地且在得分区外，裁判将

把瓶子撤走．

（8）如果某队在比赛过程中钓鱼台倒塌，该队将停止垂

钓，至到修好钓鱼台为止．

（9）垂钓过程中允许队员替换，也允许重新放置钓鱼台

的位置．但是裁判要重新测量台面的高度．

（10）当所有的鱼都被钓完后，或者比赛已经超过了

2h，结束比赛．

（11）在钓鱼时，如果某队已经在钓某个瓶子，其他队不

能进行干扰．

（12）故意干扰者，裁判第1次提出警告，以后每次要扣

分．

（13）无故放弃者，或恶意捣乱者，将做降级处理，由后

续队补上，并且其平台和所钓成果直接转给补进的队．

4评判标准

（1）当比赛结束后，统计各队得分区的瓶子数目．

（2）如果钓鱼台的尺寸不符合要求，台面每低10cm扣

1个瓶子．不足10cm时四舍五入．

（3）如有其他犯规（如先钓他队的鱼、故意干扰等等），

第1次裁判应提醒，再犯时扣0．2个瓶子．

（4）将各队的实际瓶子数目减去扣除的数目，最多者获

一等奖，其他获二等奖．

（5）如果一等奖数目超过2名，比较钓鱼台台面的高度，

高者获胜．

（6）如有争议，由裁判长负责解决．__