深中学子在2023年度美国青年物理学家邀请赛中斩获佳绩！

2023年2月4日至5日，深中代表队参加了在美国加州努艾瓦学校（The Nueva School）举行的2023年度美国青年物理学家邀请赛（USIYPT），获得总分第三的好成绩！

USIYPT

赛事简介

USIYPT（美国青年物理学家邀请赛）是一项面对高中学生的年度物理研究和辩论赛，于每年2月的第一周举行。每支参赛队伍研究四道物理探究类题目，并将研究成果通过报告和答辩的形式呈现。

每一轮比赛，正方的一名学生会对所研究的问题进行10分钟报告，正反两方的学生再就该课题进行12分钟的答辩。反方需提出一系列关于正方的问题，帮助听众了解正方课题研究的优缺点。正反方答辩完成后，进入评委提问环节，评委对正反方的评价不仅取决于他们课题的展示水平，还取决于两方学生提问和回答问题的能力。

此次参赛队伍均为世界著名高中，如Phillips Exeter与Phillips Andover是美国老牌顶尖私立高中；东道主The Nueva School以培养“天才学生”为宗旨，是注重培养创新能力的硅谷理工强校，在全美中学生创新大赛中获奖无数；The Harker School是位于硅谷的顶尖STEM高中；Rye Country Day School是以倡导传统和创新相结合的知名高中；Woodberry Forest School是著名的私立男校。

而本届USIYPT邀请赛的评委均为物理领域的学术大咖。他们有来自当地斯坦福大学、加州理工学院和伯克利大学的教授学者，也有来自东岸哈佛大学、麻省理工学院、普林斯顿大学、芝加哥大学、佐治亚理工学院、航空航天中心、国家实验室及科技公司的教授专家等。这些评委很多在物理领域有着杰出的成就，对物理研究有着极大的热情。作为USIYPT的评委，他们对参赛者的展示提出了非常有价值的问题，激发了同学们对于物理的求知欲与探索热情。

强强对话，深中代表队的同学们在比赛中沉着冷静、自信大方，展现出深中学子“追求卓越，敢为人先”精神风采，赢得了对手与评委的热烈掌声。

USIYPT比赛的对抗过程模拟了科学探究中寻求科学真理的过程。科学探究没有标准答案，正如东道主The Nueva School物理教室贴着的一行字：

USIYPT

This is research. Don’t try to get it correct. Try to get it better than last time.

 ——这是研究，无需保证正确，只要尽力比上次做得更好！

USIYPT

“The essence of science is communication,” says Greg Jacobs, president of the U.S. Association of Young Physicists Tournaments, “we want to see students who know the science and can communicate their findings. It makes them better physicists.”

——“科学的本质是交流，”美国青年物理学家锦标赛协会主席格雷格·雅各布斯说，“我们希望懂科学的学生能够交流他们的科学发现，这会让他们成为更好的物理学家。”

科学研究不在于寻找绝对的正确，更不是为了获得奖牌，而是通过探索与交流，不断更新已有的认知，带着热情坚持不懈地寻求科学真理。我们相信，未来会有更多的深中人能够怀着同样的热情，加入到追求真理的行列，为学术进步贡献自己的一份力量！

值得一提的是，在比赛结束等待结果的间隙，深圳中学容懿同学身着汉服为全体参赛人员表演了一段古筝。筝声悦耳，让更多人领略了中国古典音乐之美，感受到了中华传统文化之美，同时也让美国的同学和老师们看到了赛场下深中学子多才多艺的魅力与风采！

参赛感言

USIYPT

01

付 豪

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本次比赛中，除了四位主辩手在紧张的比赛外，其他队员都在聆听其他国际名校之间的切磋。每一个学校都有着不同的研究方法，这种思维的碰撞是十分难得的，我们从中学习到了很多他们的思维逻辑、思考方式，对于我们个人乃至整个团队都有帮助。

本次比赛有一个环节是Q&A，就是反方会问正方一些问题，以此来帮助正方将课题得到进一步完善，就像物理课题的研讨会一样。其他学校都很擅长去发现对方的问题，并且也善于去提出问题，这可能与他们生活的环境有关，他们上课时就有大量的机会来提问题，从而使得他们具备了这种能力。并且每一个学校的主辩手在进行展示的时候都充满了自信，哪怕有一些问题他们并不知道答案，但是还是会很有自信的说出他们的见解和想法。

他们并不把此次比赛当作比赛来看待，而是当作一次向外展示自己研究成果，与他校交流的机会。“山外有山，天外有天，人外有人。”我们还有很多需要向国际名校学习的地方，通往成功之路还很艰辛，任重而道远！

02

容 懿

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这次比赛我们能够成功参加并且取得第三名的好成绩，离不开学校的大力支持和老师们的指导帮助。尽管我们在刚开始比赛时略有紧张，但经过调整后，我们也都发挥出了应有的水平。

我也在比赛中挑战了自己，去做好一个presentation。比赛结束后，我们还开了一个小派对，我认识了很多外国的好朋友，也获得了联系方式。让我比较惊喜的是有好多人会说中文，Trinity学校开设了中文的选修课，他们都或多或少会一点中文，可以和我们用中文交流。

03

郭法诺

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身为深圳中学的高一学生，能作为USIYPT的成员参加比赛，我感到非常荣幸。

在参赛之前我犹豫很久，怕自己难以胜任这个任务。但是，如今比赛结束，我才发现，这段比赛已经成为了我人生中最难忘最精彩的一段记忆。我非常感恩深圳中学提供的平台，感激老师和学长学姐的帮助，也很感谢当初选择参赛的自己。

比赛的两天，也是最令人难以忘怀的两天，美国的各个学校，不乏济济人才，看着他们在比赛场上闪闪发光的样子，我也更加坚定了在物理之路上深耕的信念。

04

龙天勤

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USIYPT与其说是一场比赛，不如说是一场学术会议。我们与来自全美顶尖高中的学生交流着自己对物理问题的理解。USIYPT的宗旨“Search For The Truth”十分令人寻味，它关注的更多的是我们作为高中生对物理问题的求真精神。

无论我们的知识多少，无论我们的国籍与背景，USIYPT社区里的朋友们都是名副其实的青年物理学家。

05

李佳桐

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在比赛的过程中，我一直试图摸清楚组委会希望看到的学生表现，而最终我也得到了答案。第一，评委们不喜欢过于礼貌、内敛以至于拘谨而显得不自信的学生。我在比赛中没有刻意收敛自己的表现，而是凸显出坦率的特点，并且脸上一直带着微笑，最终评委们一致决定给我不错的分数。第二，评委不强求正确的答案，但要求有合理的逻辑。

在这次青年物理学家比赛中，有着众多来自Stanford, MIT, Princeton, Caltech的博士、研究生作为评委, 还有一两位核物理学家以及来自Stanford的教授，可谓强者如云，而参赛的学生普遍不具备与这样的大佬切除交流的物理水平，但是，提问的评委们在听到学生们相对稚嫩甚至错误的回答后也常常会表示满意，因为他们关注的更多是一种逻辑的自洽以及一种严密的思考方式，只要你说的内容make sense，评委就不会在分数上吝啬。

从这两点也可看出他们对于物理学，乃至科学研究本身的理解：科学本就是人类受好奇心驱动而对与自然界奥秘做出的不懈探索，而在这个过程中，面临未知领域的环绕本就是正常的，研究者也不应该为自己的无知或者犯下的错误而感到自卑。但是研究者需要无比严谨地对待将要探索的知识，每一步的逻辑都需要小心谨慎，而每一个结果都应该被反复检验。

我注意到东道主The Nueva School的物理学教室上贴着一行字：This is research. Don’t try to get it correct. Try to get it better than last time. 而印度队长在离开教室前和同伴聊天时的一句话也令我印象深刻：My reason is not based on instinct. 这两句话大概最能够说明我此行归来对美国科研精神的理解与感悟。

06

高山凌云

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USAYPT是我参加的第一个物理团体竞赛，我们也没有辜负大家的期望，成功取得了比赛的第三名。而相比于我们最终所取得的结果而言，我更在比赛的过程中获得了更多的收获。

1. 方向比努力更重要

我们声速小组和其他小组一样，把将近一个寒假的时间都投入到了比赛上面，而最终我们的研究成果却是所有小组中最不完善的。我们因为审题不标准，出现了大方向的失误，实验进度远远落后与其他小组。

2. Failure Is Not An Option（失败不是一项选择）

面对几乎不可能完成的实验，我们曾考虑过要不要放弃我们的展示，干脆只负责反方提问，但最终我们决定还是继续完成这个项目。严峻紧迫的情况逼迫我们夜以继日的做实验、改PPT、练习演讲和答辩。幸不辱命，最终我们成功的在赛场上向大家展示出我们的研究成果，并取得了不错的成绩。

07

施鉴书

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这次USIYPT之行是令我难忘的，我能有幸见识到各大顶尖学校学生之间的学术交流，这次活动也对我实验素养和对物理的兴趣起了极大地积极作用。

最后我想要感谢学校对于我们比赛的大力支持和老师们的辛苦付出，胡剑老师和张梅老师在每一场辩论之后跟我们完善对理论的理解和分析对手的漏洞。特别是胡剑老师是我们团队的学术顶梁柱，同时感恩张梅老师对全组整体的组织沟通以及家长们的全力支持。

08

刘子黟

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比赛第一天的圣何塞一直下雨，却在我们离境的最后一天万里无云，像极了那两天经历过的大起大落。

Day1小组赛的倒数第二场由于临时更换阵容，我在没有准备的情况下就做了反方。连续比赛带来的疲倦、加之以紧张和本身对反方准备的不充分，让我发挥得很差：对方的课题没有理解、反驳逻辑是混乱的、说出来的话也变成了散装英语。煎熬地度过了一小时后，我走出赛场找了个没人的地方坐下，可以说非常非常难过，觉得自己辜负了之前的努力，明明很简单的事情却搞得一团糟。

在这里很感谢我的小伙伴，那天赛后在校园里找失魂落魄的我、以及在黑板和tape里写下那些后面一直鼓励我很久的话，让我非常的感激、给了我很大的动力。

第二天的final round我们很巧地再一次遇到了相同的学校，他们也不出意外地选择了我的课题。但此次作为正方，我一改昨日的心态，有着触底反弹的信心，加之以赛前无数次的演练，我很自信、很清晰地完成了演讲和答辩。正如我每次上台都会和自己说的那句话一样：“I’m the king of my kingdom. ”

赛后对方辩手也主动和我们愉快地聊了许久（才发现他们原来也是华人）、交换了社交软件、以及当他们说出那句“We are really impressed by your speech!（你的演讲给我们留下了深刻的印象！）”时，顿时觉得一个月以来付出的努力都有了回报。

09

刘晨宇

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十分庆幸我能参加USIYPT这个比赛。在这里，我感受到了非常纯粹且积极的学术氛围，比如在台上的时候，感觉没有人把这当成了一次激烈的比赛，而是认真地倾听，友善地跟对方探讨问题，仿佛台下没有评委也没有观众，而他们的交流只是为了探寻真理。

同时，通过这场比赛，也结识了一群志同道合的伙伴，不管是在学校、在实验室还是在美国，忙碌且充实的同时也感受到了真实的快乐。总而言之，感恩遇见，感谢USIYPT，也感谢所有为这次比赛竭尽全力付出的我们。

10

曹宇萱

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正所谓宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。这一个月我们面对重重的困难：实验器材缺少，队员签证不全，准备时间太少。但是我们团结一致，为着同一个目标而努力，最终跨越了所有艰难险阻，取得了一个耀眼的名次。

这段宝贵的经历使我收获颇丰：我收获了宝贵的队友，学到了团结合作的重要性，在比赛中开拓了我的国际视野，体会到不同国家的学生对于物理的不同理解，更在比赛中取得了非凡成绩。

在庆祝取得好名次的同时，我们所有的成就也离不开老师们的无私奉献和辛勤耕耘，感谢以张梅、胡剑老师为代表的教师团队和所有为我们比赛准备而全心投入的指导老师们。

11

杨思瀚

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在USIYPT的赛场上，我见证了一众国外强校的参赛队伍，无论是做正方还是反方，他们都体现出了对比赛题目独特且深刻的理解。做正方时他们的辩手清晰准确地将他们对题目的理解传达给听众，反方时则能敏锐地发现对手的漏洞，充分展现出他们的批判性精神。

我们也曾遇到实力较弱的国外队伍，他们在了解了我们的思路后会谦虚地学习我们的实验方法。当我们的辩手给出了一场精彩的演讲，其他队伍，甚至是台下观众都会对我们赞赏有加甚至在结束后热情地跑上来与我们握手，整场比赛不像是一个竞争激烈的辩论而是一场学术研讨会。

我被他们的热情以及渊博的物理知识所打动，也期待在将来还有机会能与他们进行这样的比赛切磋。

12

圣泽源

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我在本次比赛中最大的收获是经历了一次完整的假设、实验、统计数据、分析数据、学术报告的过程。这是在平时的课堂上学不到的。我也在与国外高校的学生交流中学到很多，他们参加这次比赛不是为了输赢，而是真的想要交流物理知识。在比赛结束后，我跟其他队伍的研究组长交换了联系方式，希望在回国之后进行进一步交流。

回顾这一个多月的备赛、参赛过程，我要感谢我的父母以及同学们的家长的支持，没有他们，我们很难有条件拿到这么多的实验仪器，也要感谢封老师，谭老师和郑老师，没有他们一一带队，指导我们理论推导、帮助我们改进我们的实验，缺少相关经验的我们将寸步难行。更要感谢领队的张老师、胡老师，在外国参赛期间给予我们必要的支持与鼓励，与我们一起奋战到凌晨。感谢所有的老师以及同学们，放弃了大年初二的团圆，来到实验室一起讨论，改良。我只想说：我们的成绩证明了这一切都是值得的。

13

宋星霖

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在这次比赛中，我作为第四道题静电摆锤实验组的一名高一学生，我感觉自己受益匪浅。在研究理论的途中，我进一步加深了我对静电学的理解，如对向电荷的考虑和电偶极的产生和计算。在做实验之时，我发现实验并不是我以前想象的那么简单与粗糙。

我们对仪器的设置与摆放常常就要花几个小时了；本以为所需的电压只需几百伏，可电压必须到上千伏才有明显的现象。这让我懂得了实验的重要性。

团队介绍

USIYPT

带队老师

张　梅　胡　剑

Co-captain

圣泽源　付　豪　刘子黟　容　懿

辩手

李佳桐　容　懿　刘子黟　杨思瀚

研究组长

龙天勤　高山凌云　付　豪　圣泽源

成员

高山凌云　施鉴书　郭法诺　刘晨宇

曹宇萱　宋星霖　伍修远

比赛题目

USIYPT

Problem 1：The Tuning Forks

问题1：音叉

组长：付　豪

辩手：容　懿

组员：郭法诺　容　懿

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英文题目：The Tuning Forks

The tuning fork has been used for frequency calibration since 1711, when it was invented by the great British trumpeter John Shore. For example, in the mid-1800s Leon Foucault used a tuning fork to calibrate the train whistle that drove his spinning mirror at a constant rate, allowing him to measure the speed of light to unprecedented accuracy. Unfortunately the frequency of a tuning fork can change, depending on the temperature or if it has been damaged in some way.

Explore the physics of pristine, and damaged, tuning forks. Test your hypotheses experimentally, until you have a robust model of the workings of a tuning fork that is both qualitatively and quantitatively accurate.

中文题目：音叉

音叉自1711年起就被用于频率校准，当时它是由伟大的英国小号吹奏者约翰·肖尔发明的。 例如，在1800年代中期，莱昂·福柯 (Leon Foucault) 使用音叉校准以恒定速率驱动他的旋转镜的火车汽笛，使他能够以前所未有的精度测量光速。不幸的是，音叉的频率可能会发生变化，具体取决于温度或是否已以某种方式损坏。

探索完好和损坏的音叉的物理机制。通过实验检验提出的假设，直到获得一个从定性上和定量上皆精确的音叉工作的物理模型。

Problem 2: The Speed of Sound

问题2：声速

组长：龙天勤

辩手：李佳桐

组员：李佳桐　高山凌云　施鉴书

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英文题目：The Speed of Sound

The speed of sound in air is a well-understood simple function of temperature, or so we are to believe. In a recent paper[1], the speed of sound travelling in pipes was measured to travel about 5% slower than in open air. Moreover, time of flight measurements of the velocity of sound have been studied in depth for centuries, and continue to this day as any literature search will reveal. Investigate, both theoretically and experimentally, the speed of sound in air. Go into as much depth as you can, but make sure to experimentally test any theory that you present.

[1] Sidebottom, D.L., American Journal of Physics 88, 521 (2020)

中文题目：声速

空气中的声速是温度的简单函数，至少我们应该这样认为。在最近的一篇论文中，测量到声音在管道中传播的速度比在室外传播的速度慢约5%。此外，声速的飞行时间测量已经被深入研究了几个世纪，并且一直持续到今天，任何文献搜索都会揭示出来。从理论上和实验上，研究空气中的声速。尽可能深入，但要确保对你提出的任何理论都进行了实验测试。

Problem3：Investigating Optical Depth

问题3：光深

组长：刘子黟

辩手：刘子黟

组员：刘晨宇　曹宇萱

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英文题目：Investigating Optical Depth

As light passes through a semi-opaque medium, it can be partially absorbed or scattered. Moreover, the cross-section for absorption or scattering may be a function of the light's wavelength, producing such effects as blue skies and red sunsets. A recent paper [1] discusses simple laboratory procedures to measure fractional absorption as a function of dye concentration and path length, however, a satisfying explanation of their experimental results was beyond the scope of the paper. Investigate, both experimentally and theoretically, the transmission of light through a semi-transparent medium. Go into as much depth as you can, but make sure to experimentally test any theory that you present.

[1] Lamelas, F. and Swaminathan, S., American Journal of Physics, 88, 137 (2020)

中文题目：光深

当光通过半透明介质时，它可以被部分吸收或散射。此外，吸收或散射的横截面可能是光波长的函数，因此产生蓝天和红色日落等效果。附件中的论文讨论了染料浓度和光程对纯吸收作用的影响。然而除此之外，仍有许多方面值得探索。请从实验和理论上研究光在半透明介质中的传播。尽可能深入地研究，并通过实验验证你提出的任何理论。

Problem 4：Electrostatic Pendulum

问题4：静电摆

组长：圣泽源

辩手：杨思瀚

组员：杨思瀚　宋星霖

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英文题目：Electrostatic Pendulum

Consider a small ball with mass m and charge q suspended on an insulative string between two large metal plates separated by a distance d with a voltage drop V between them, what is the angle of deflection θ? The solution to this problem is simply θ=tan^−1qv/mgd, as one can easily show.

However, in practice, this problem is more complicated than it appears. Investigate, both theoretically and experimentally, the electrostatic pendulum, as well as fascinating extensions of your choosing. Go into as much depth as you can, but make sure to experimentally test any theory that you present.

中文题目：静电摆

考虑一个质量为m，带电量q的小球，它悬挂在两个大金属板之间的绝缘串上，这两个金属板间隔距离d，电压降为V。偏转角θ是多少？这个问题的解决方案很简单，即θ=tan^−1qv/mgd，这很容易证明。然而，在实际中，这个问题比它看起来更复杂。请尽可能深入地从理论和实验两方面研究静电摆。请尽可能深入研究，但请确保对任何您提出的理论进行实验测试。

学校向获奖的同学表示热烈的祝贺，同时向带队老师及支持比赛工作的国际部、物理科组、外教团队、班主任、科任老师、家长表示诚挚的感谢。

希望同学们继续努力，未来取得更加优异的成绩！

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