国际物理奥林匹克（IPhO）简史

1.IPhO的诞生

武侠小说中常有争强好胜者，设擂台挑战天下高手。早期从事物理研究工作的斯文学者，偶尔也会萌发类似的激情，欲在学科的某个兴奋点上与同行们较量一番。

与Newton（牛顿）1同时代的物理学家和数学家Johann Bernoulli （约翰·伯努利），在1696年6月号的《教师月报》上，提出了当时被称为“最速降线”的问题，作为向其他物理学家和数学家的挑战。问题要求在一个竖直平面内，找出从一个给定点P1到不是在它正下方的另一个点P2的一条曲线轨道，使得小球（可处理为一个质点）沿此轨道从P1下滑到P2所用的时间最短。这里假设小球在P1处的初始下滑速度是给定的，且忽略摩擦和空气阻力。在当时，它确实是一道极有趣且富有挑战性的题目，因为Galileo（伽利略）早在1630年和1638年就已经系统地研究过这个问题，给出的答案是圆弧曲线，此结果已被确认是错误的。对 Johann Bernoulli 的挑战， Newton、Leibniz （莱布尼兹） 、 L'Hospital 以及 Johann 的哥哥 James （詹姆士）等各自努力，都成功地找到了正确的答案，即一条向下凸的滚轮线，也称为摆线。所有这些解法，都发表在1697年5月号的《教师月报》上。在这里稍微解释一下，所谓滚轮线就是沿平直轨道做纯滚动的车轮边缘上任何一点的动迹线，这样一条动迹线显然是向上凸的，将它绕着平直轨道向下翻转180°，便成为向下凸的滚轮线。如果平直轨道是水平的，向下凸的滚轮线便左右对称。将小球放在这一曲线轨道内侧的任一位置，静止释放后，小球便会往返滚动，或者说往返摆动。若是没有一切阻力，摆动周期必与初始位置无关。于是向下凸的滚轮线又可称为摆线，小球在其上的摆动称为等时摆。等时摆是荷兰物理学家Huygens（惠更斯）首先发现的，若原滚轮的半径为R，那么对应的等时摆的周期为T＝4π（ R/g） 1/2。曾经试验过，在已给等时摆具有等时性的前提下，参加物理竞赛的少部分学生，能想出纯中学的方法求得上述周期公式。

回到由Johann Bernoulli挑起的那场关于最速降线的“擂台”赛，若是根据各位高手的表现，要给他们打分的话，相信研究物理学史的专家会把最高分判给Bernoulli兄弟。兄长James的解法尽管麻烦，却具有普遍意义，而且在这基础上，诞生了一门新的数学分支——变分法，现在的大学理论力学课程中，几乎都是采用变分法来求解最速降线的。弟弟Johann作为挑战者，当然已经解决了这一问题，他所用的方法非常巧妙、简捷，归纳起来，一是速度分析，二是光学类比。小球从给定高度点出发，以确定的初始速率不受阻力地运动时，其运动速率仅由所到处的高度唯一确定；光在不同媒质中的行进速度由媒质折射率n确定，如果媒质折射率n随高度连续变化，那么光行进速度也仅由高度唯一确定，这就是速度分析。小球在重力场中的最速降线问题，可以模拟为光在媒质折射率n随高度做相应变化的竖直平面上的最速行进路线问题。由几何光学中著名的Fermat（费马）原理可知，光的真实行进路线必定是最速路线。根据这一原理可以导出光的折射定律，由折射定律则可确定折射率n随高度连续变化时光行进的最速曲线，于是就得到了小球在重力场中的最速降线，这就是光学类比。

行文至此，忆起一段往事。第24届IPhO中国代表队队员韦韬在阅读Morris Kline所著《古今数学思想》第2册（上海科学技术出版社，1979年8月版）时，得知Galileo曾不正确地认为圆弧曲线是最速降线，出于对Galileo的崇敬，他和第23届IPhO中国代表队队员李翌、石长春想证明圆弧曲线必定比直线段省时。当然他们猜测Galileo也许已证明这一结果，但还是希望能自己想办法，而且是用初等的方法进行证明，为的是可以介绍给中学生读者。他们做到了这一点，所用的方法正是速度分析法，同时运用了平面几何证题中添加辅助线的技巧，成文后，以“伽利略快速圆弧问题”为篇名，刊登在一本中学生读物上。

Johann Bernoulli的挑战，引发的是在学者之间进行的一次课题研究竞赛；当今的国际物理竞赛，则是由教师命题，组织世界各地优秀中学生参加的物理学科竞赛。

中学生的学科竞赛事实上起源于入学考试。在希望进入大学学习的高中毕业生人数多于可被录取的人数时，竞赛性的入学考试有助于选拔优秀者入学。

最早的物理竞赛出现在1916年，由匈牙利数学会和物理学会发起并组织了第1次全国性的物理竞赛。到了1923年，在匈牙利，由学校出面组织一年一度的不同学科（包括自然科学、人文、经济学及其他实用科学）的竞赛。所有这些竞赛中的获奖者都可以优先进入大学学习，因此受到了学生们的普遍欢迎。后来，各类竞赛在其他一些国家相继出现，并逐渐着重于激发学生的学科兴趣。尽管如此，在若干国家和地区竞赛的保送性质延续至今。在苏联，第1届物理竞赛于1939年举行。波兰和捷克斯洛伐克分别于1951年和1959年举办第1届全国性物理竞赛。在我国，学科竞赛起步较晚，全国性的中学生物理竞赛从1984年开始，每年举行一次。

物理竞赛在东欧各国的成功开展，激起了捷克斯洛伐克的R. Kostial教授、匈牙利的R. Kunfalvi教授和波兰的C. Scistowski教授组织国际性物理竞赛的构想。他们中的每一位都认真研究了在自己国家举办第1届国际赛事的可能性，最后取得共识，认定波兰可以为这样一次盛会提供最良好的条件和营造最热情的气氛。赛前几个月，东道主波兰向所有东欧国家发出了邀请。捷克斯洛伐克、匈牙利、保加利亚和罗马尼亚接受了邀请。邀请信中要求每支竞赛队由3名中学生队员和1名成人领队组成，竞赛按波兰全国物理竞赛决赛模式进行，一天考理论，一天考实验。 1967年，由波兰主办、5国参加的首届国际物理竞赛在波兰首都华沙正式举行。据说，这是一次令人愉快的家庭式的聚会。理论考3道题，实验考1道题，题目都不难，其间还组织各代表队到波兰的克拉科夫、格但斯克和海上进行了游览，队员和领队们的心情自然十分愉快。至此，国际性物理竞赛正式产生，东道主安排的旅游活动也就成为国际赛事中一个令人感兴趣的项目。

第1届国际物理竞赛有7名学生获计名次的奖，4名学生获表扬奖，余下4名未获奖。匈牙利学生Sandor Szalay荣获个人第1名。

国际物理竞赛的正式名称为国际物理奥林匹克，它的英文全名是International Physics Olympiad，缩写为IPhO,1967年是IPhO的诞生年。

1 外国人名均写原文，对我国中学生读者熟悉的知名人物，在第一次出现的原文人名后用括号给出中文译名。