Title Đề thi Học Sinh Giỏi năm 2018 môn Vật Lý lớp 11 - Chuyên Tuyên Quang.pdf ✅

x hình 3 e y O  n0 n1 TRƯỜNG THPT CHUYÊN TUYÊN QUANG -------- ĐỀ THI ĐỀ XUẤT Đề thi có 02 trang KỲ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ NĂM 2018 Môn: VẬT LÝ - LỚP 11 (Thời gian: 180 phút – không kể thời gian giao đề) Câu 1. (4,0 điểm). Tĩnh điện Hai bản của một tụ điện phẳng đặt trong không khí có cùng diện tích S, có thể chuyển động không ma sát dọc theo một sợi dây cách điện nằm ngang xuyên qua tâm của chúng. Một bản có khối lượng m, điện tích Q còn bản kia có khối lượng 2m, điện tích -2Q. Ban đầu hai bản được giữ cách nhau một khoảng 3d. a) Tìm năng lượng điện trường giữa hai bản tụ. b) Ở thời điểm nào đó người ta thả hai bản ra. Hãy xác định vận tốc của mỗi bản khi chúng cách nhau một khoảng d. Câu 2(5,0 điểm). Điện từ Hai dây dẫn dài, mỗi dây có điện trở r0 được uốn thành hai đường ray nằm trong mặt phẳng ngang như hình vẽ. Hai ray phía bên phải cách nhau l1 = 5l0 và nằm trong từ trường có cảm ứng từ B1 = 8B0, hướng từ dưới lên. Hai thanh ray bên trái cách nhau khoảng l2 = l1 = 5l0 và nằm trong từ trường B2=5B0, hướng từ trên xuống. Hai thanh kim loại nhẵn AB và CD có cùng điện trở r0 được đặt nằm trên các ray như hình vẽ, mọi ma sát đều không đáng kể. 1. Giữ thanh CD cố định: a) Kéo thanh AB chuyển động sang trái với vận tốc 0 v không đổi. Tìm dòng chạy trong mạch và lực từ tác dụng lên thanh AB. b) Coi rằng tại thời điểm t = 0 khi đang kéo thanh AB với tốc độ v0 thì thả cho AB chuyển động tự do. Bỏ qua mọi ma sát và sự hao tổn năng lượng do bức xạ điện từ. - Xác định tốc độ của thanh AB tại thời điểm t > 0 và quãng đường mà thanh đi được. - Khi thanh AB dừng, chứng tỏ rằng năng lượng tỏa ra trên các điện trở đúng bằng động năng ban đầu của thanh AB. 2. Để thanh CD tự do: Tác dụng một lực kéo để AB chuyển động sang phải với vận tốc đều v1 = 5v0. Khi đó CD cũng chịu tác dụng một ngoại lực và chuyển động sang trái với vận tốc đều v2 = 4v0. Hãy tìm: a) Độ lớn ngoại lực tác dụng lên CD, biết lực này nằm trong mặt phẳng ngang. b) Hiệu điện thế giữa hai đầu C và D và công suất toả nhiệt của mạch trên. 3. Để thanh CD tự do: Nếu không có ngoại lực tác dụng vào CD, tính vận tốc và quãng đường CD đi được. Cho khối lượng của thanh CD là m. Câu 3. (4,0 điểm). Quang hình Giữa hai môi trường trong suốt chiết suất n0 và n1(n0 > n1 > 1) có một bản hai mặt song song bề dày e. Bản mặt được đặt dọc theo trục Ox của một hệ trục tọa độ Oxy
như hình 3. Chiết suất của bản mặt chỉ thay đổi theo phương vuông góc với bản mặt theo quy luật 0 n n ky  1 , với 2 2 0 1 2 0 n n k en   . Từ môi trường chiết suất n0 có một tia sáng đơn sắc chiếu tới điểm O trên bản mặt, theo phương hợp với Oy một góc . a) Lập phương trình xác định đường truyền của tia sáng trong bản mặt. b) Xác định vị trí điểm của tia sáng ló ra khỏi bản mặt. Câu 4. (4,0 điểm). Dao động cơ Vật m2 có khối lượng 600 g đang đứng yên trên mép bàn, ở độ cao h = 1,25 m. Con lắc đơn có chiều dài l = 5m, khối lượng m1= 400 g, dao động có vị trí cân bằng ở điểm đặt của m2( hình 4). Thả m1 từ biên độ góc 0, đến va chạm xuyên tâm với m2. 1. Va chạm hoàn toàn đàn hồi, sau va chạm m1 dao động điều hòa với biên độ A  5 2 cm. Hỏi m1 được thả từ biên độ góc nào? lấy g =10m/s2 . 2. Viết phương trình dao động của m1 và tầm xa của m2 sau lúc va chạm? Câu 5. (3,0 điểm). Phương án thực hành Một bóng điện ghi 2,5V – 0,1W, có dây tóc đèn có bán kính rất nhỏ nên khi có dòng điện chạy qua là nóng lên rất nhanh. Để dùng nó làm hỏa kế quang học, người ta cần phải đo chính xác điện trở của nó ở nhiệt độ phòng. Cho thêm các dụng cụ: - 01 pin có ghi 1,5V; - 01 biến trở; - 01 milivôn kế có thang đo từ 0 đến 2000mV, mỗi độ chia ứng với 1mV, sai số ± 3mV; điện trở nội rất lớn; - 01 miliampe kế có thang đo từ 0 đến 2 mA, mỗi độ chia ứng với 1μA, sai số ± 3μA. Trình bày cơ sở lý thuyết, cách bố trí thí nghiệm, tiến trình thí nghiệm, lập các bảng biểu cần thiết để xác định điện trở của dây tóc bóng đèn ở nhiệt độ phòng. --------------Hết--------------- Người ra đề: Nguyễn Tuyết Hạnh- 0915.480.459 l 0 m1 hình 4
CÂU ĐÁP ÁN – HƯỚNG DẪN CHẤM ĐIỂM 1 a) Cường độ điện trường do bản tích điện Q (bản 1) và bản tích điện -2Q (bản 2) gây ra lần lượt là : S Q E 0 1 2  và . 2 2 0 2 S Q E   Cường độ điện trường bên trong tụ là: S Q Et E E 0 1 2 2 3     . Năng lượng điện trường trong khoảng không gian giữa hai bản tụ là: S Q d S d S Q Wt Et Vt 0 2 2 0 0 2 0 8 27 3 2 3 2 1 2 1                   0.25 0.25 b) Khi hai bản cách nhau một khoảng d, ký hiệu 1 2 V ,V lần lượt là vận tốc của bản 1 và bản 2. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: 2 0 2 (1) mV1  mV2  V1   V2 Năng lượng điện trường bên trong tụ là: S Q d Sd S Q Wt Et Vt 0 2 2 0 0 2 ' 0 ' 8 9 2 3 2 1 2 1                 Cường độ điện trường bên ngoài tụ (bên trái của bản tụ 1 và bên phải của bản tụ 2) là: S Q En E E 0 2 1 2    Khi hai bản cách nhau là d thì thể tích không gian bên ngoài tăng một lượng là: V  S  2d . Vùng thể tích tăng thêm này cũng có điện trường đều với cường độ En . Do vậy, năng lượng điện trường bên ngoài tụ đã tăng một lượng là: S Q d W En V 0 2 2 0 2 4 1       . Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng: W mV mV Wt Wt     2 2 2 2 2 2 ' 1 (2) 2 4 2 4 2 9 0 2 2 2 2 1 0 2 S mV mV Q d S Q d       Giải hệ phương trình (1) và (2), cho ta: Sm d V Q 0 2 3 2   và Sm d V Q 0 1 3 2 2    . Dấu “ – “ thể hiện hai bản chuyển động ngược chiều nhau. 0.25 0.25 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
2 1. Giữ thanh CD cố định: a. Dùng qui tắc bàn tay phải ta dễ dàng xác định chiều dòng trong mạch (chính là dòng cảm ứng) chạy theo chiều A đến B. Qui tắc bàn tay trái cho ta biết lực từ tác dụng lên thanh AB hướng sang trái. Theo định luật Lenz – Faraday thì trong mạch lúc này xuất hiện một suất điện động (sđđ) cảm ứng có độ lớn: E = Bv0L. Cường độ dòng trong mạch 0 E BL i v R R   . (1) R = 4r Độ lớn lực từ: 2 2 0 B L F BiL v R   . (2) 0,5 b) Sau khi thả thanh một khoảng thời gian ngắn, dễ thấy vận tốc của nó vẫn theo chiều cũ. Ở đây biểu thức sđđ, dòng điện và lực từ giống (1) và (2) ta chỉ thay 0 v bằng v . Chọn chiều dương hướng sang phải, theo định luật II Newton: 2 2 2 2 dv B L dv dv B L F m v m dt dt R dt v mR         (*) (0.25đ) Lấy tích phân 2 vế (*) với điều kiện của các biến tương ứng ta có: 2 2 0 2 2 0 0 e v t B L t mR v dv B L dt v v v mR        0,5 (0.5đ) Quãng đường thanh đi được là: 2 2 0 0 0 e B L t mR s vdt v dt        (0.25đ) 2 2 2 2 0 2 2 0 e B L t mv R mR B L d t B L mR            (0.25đ) = 2 2 0 0 2 2 2 2 0 e B L t mv R mv R mR B L B L     0,5 Dòng điện trong mạch lúc này: 2 2 0 e B L t mR BL BL i v v R R    . (0.5đ) Nhiệt lượng tỏa ra trên R: 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 e B L t mR B L Q i Rdt v dt R        . (0.5đ) 2 2 2 2 2 2 2 2 0 2 2 0 2 . e 2 B L t mR B L mR B L v d t R B L mR            (0.5đ) 2 2 2 2 2 0 0 0 0 e 2 2 B L t mv mv mR K      (0.5đ) Với 2 0 0 2 mv K  chính là động năng ban đầu của thanh MN,từ đó ta có đpcm. 0,5