简单介绍
    2005年6月11日上午，来自不同学校的中学生们在清华大学附属中学内开展了一次别开生面的科技竞赛活动――2005中学生趣味力学制作邀请赛，内容包括两项：设计制作跳高装置进行跳高比赛、设计制作轨道进行抛球障碍赛。
    这次活动的目的，是引导中学生利用所学过的物理知识、常识、经验，自行设计并动手制作出某种具有特定功能的装置，并进行比赛。作为第一届活动，组委会邀请了北京大学附属中学、清华大学附属中学、中关村中学、首都师范大学附属中学等四所学校组织队伍参加，每队由三至五名学生组成，由一位老师带队。本次科技活动是由科普工作委员会（北京地区）举办的，竞赛组委会成员（按拼音排序）为：范国庆，高云峰，李报，鹿振友，任伟然，孙玉柱，孙远翔，汤亚南，王敏中，俞家新，张继达。
    通过这次活动，取得了一些经验和教训。总体来看，这次活动是很成功的。首先是时间安排很紧凑，从8：30－12：00，活动包括了开幕式、两场比赛，还有一场讲座，效率很高；其次是费用比较节省，整个活动的奖品、工具和材料，加在一起不到九百元，最后工具和材料也作为奖品的一部分发给了参加活动的同学；不足之处是参赛作品的限制条件可能应该更明确。
竞赛活动的具体内容：
    邀请赛的内容分为自由设计和现场设计两部分。这两部分内容是希望从不同的侧面考察学生的理论及实践能力。
    第一部分内容是自由设计制作，题目提前一个月通知各中学校，队员们在自己的学校中完成作品，所用的工具、材料均无限制。各队可以根据题目的要求自由发挥制作，最后在现场统一进行比赛。具体题目是：
请设计制作一种装置－－其特点是初始时刻静止在地面上，当其内部的机构运动时，该装置可以跳离地面（例如在很多建筑工地，有一种机构叫“蛤蟆夯”，它可以跳起来，然后砸下去，把地面夯实）。比赛中以该装置跳过横杆的高度作为成绩。该装置的材料不限制，总质量不超过2千克、总体积不超过10立方分米。整个装置在跳起来后应该能在1分钟内落回地面。其动力可以是采用弹簧、橡皮筋，或者是电动装置等，也可以混合使用。如果利用电动装置，则其能量只能由2节5号电池提供，并且比赛中不能换电池。
    第二部分内容是现场设计制作，在比赛现场才公布题目，要求在短时间内（不到两小时）利用指定的工具和材料进行设计制作。具体题目是：
在指定时间内，设计制作出一个轨道，使乒乓球从轨道的一端静止释放后，沿着轨道运动，最终落入指定区域。其中落入塑料桶中的乒乓球每个算2分，落入纸杯中的乒乓球每个算5分，未进入塑料桶算0分。每队共有10个乒乓球。所用的工具及材料由组委会统一提供，包括：老虎钳1把，裁纸刀1把，圈尺1个，胶带1个，夹子6－8个，铁丝2根，绵线一段，铅笔1只，B5复印纸10张。要求轨道的末端应在塑料桶顶部的下方，与塑料桶的距离 。
比赛的过程：
在现场，第一轮首先进行跳高装置的跳高比赛。各队抽签决定参赛次序。比赛类似体育中的跳高，逐渐增加高度。比赛时每队的装置放在坡度不超过10度的斜面上，经裁判同意后才可以起跳。在每一个高度，各队均有三次机会试跳，三次中有一次成功则算过了这一高度，可以进入下一轮比赛。如果三次均未成功，则被淘汰，成绩记为成功跳过的最高高度。由于自由设计的限制很少，结果各学校的参赛作品差异较大。如中关村中学的两个作品一个是火箭，另一个是可乐瓶加橡皮筋和螺旋桨的类似直升飞机的装置；北大附中和首师大附中的作品都是弹簧加上一个开关的装置；清华附中的作品则是竹竿加上橡皮筋。比赛中，中关村中学的火箭飞行高度远远超过了组委会设置的最大高度，估计达到10米以上，其直升机的高度也达到了250厘米的高度；清华附中的成绩是135厘米；北大附中的成绩是50厘米；首师大附中的成绩是40厘米。
    第二轮比赛是现场制作比赛，更有可比性。这个比赛最好首先要进行一些理论分析，包括动能和势能的转换、斜抛运动、障碍的影响、摩擦及空气阻力的影响等等。如果不进行理论分析，轨道需要多长心中没底。
各队的设计是“八仙过海，各显其能”，有的队以铁丝为轨道，有的加上了纸为轨道，有的加上了胶带为轨道，有的队干脆以钢卷尺为轨道。因为时间很有限，各队并没有很好地实现他们自己的设想。
    最后组委会降低了部分要求，使轨道与塑料桶的距离可以更近些。在这种情况下，清华附中获得了36分（满分为50分），中关村中学31分，首师大附中19分，北大附中19分。
    当然，比赛中有些小插曲。如在跳高比赛中有学生及带队老师对一些作品有些疑议。例如：火箭是否符合比赛的要求？组委会的本意是要禁止采用气球或火箭的，所以要求装置在“1分钟内落回地面”，但现场火箭飞行时间的确不到1分钟。如果要特别仔细抠字眼，“整个装置在跳起来后…”这句话是可以排除火箭的，因为火箭在飞行中，有气体向下喷，不是“整个装置”飞起来，更不是跳起来。最后经过商量，组委会本着以鼓励为主的精神，承认火箭的飞行高度有效。
    比赛中的另一个小插曲是北大附中的同学没有及时收到最后的通知，因此他们是根据组委会的讨论稿设计制作了逆行风车，该小车可以在电风扇的风力作用下，逆风前进。当别的队进行完跳高比赛后，组委会让他们专门进行了演示，并给与他们最佳创意奖。
    比赛结束后，北京大学力学与工程科学系教授的武际可教授为大家作了一次生动的科普知识讲座，题目是：“陀螺、飞碟与飞去来”。
    讲座结束后，进行了颁奖仪式。根据两轮比赛的综合成绩，中关村中学获得了一等奖。

高云峰（清华大学航天航空系）
2005年7月1日