TRƯỜNG THPT CHUYÊN HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI ĐỀ NGHỊ LÊ THÁNH TÔNG VẬT LÝ KHỐI 11 NĂM 2023 Câu Tĩnh điện (4 điểm) Ba mặt cầu kim loại mỏng, đồng tâm bán kính R1, R2, R3 (R1< R2< R3) đặt chân không, cách xa vật khác Mặt cầu mặt cầu phía ngồi nối với dây dẫn thơng qua khóa K hình K mở Tích điện q1, q2, q3 cho mặt cầu có bán kính tương ứng R1, R2, R3 Tính điện trường điện điểm cách tâm chung O mặt cầu khoảng r Coi điện điểm xa mặt cầu Đóng K Tính điện lượng chuyển qua dây dẫn nhiệt lượng tổng cộng tỏa dây Giải: Ý Nội dung Điểm Chọn mặt Gaus mặt cầu (C) tâm O bán kính r Đặt k = = 9.109 N.m2/C2 4 +/ Cường độ điện trường 0,25 Với r < R1, C khơng có điện tích Suy ra: Φ = E1.4πr2 = → E1 = Với R1 ≤ r < R2, C có điện tích q1 Suy ra: Φ = E2.4πr2 = q1 q → E = k 21 0 r Với R2 ≤ r < R3, C có điện tích q1 q2 Suy ra: Φ = E3.4πr2 = 0,25 q1 + q q +q → E3 = k 2 0 r 0,25 Với r ≥ R3, C có điện tích q1, q2 q3 Suy ra: Φ = E4.4πr2 = 0,25 q1 + q + q q +q +q → E = k 22 0 r +/ Điện thế: 0,25 r < R1: Tại O điểm R1 có điện (kể mặt cầu R1)  q1 q q  + +   R1 R R  V1 = VO = k  R1< r < R2, ta có dV = − E2dr q q  0,25 → V2 − V1 = k  −   r R1  q q q  → V2(r) = k  + +   r R2 R3  1 r R2< r < R3, ta có dV = − E3dr → V3 − V2(R2) = k(q1 + q )  −   R2  0,25  q1 + q q  +  R3   r → V3(r) = k  Tương tự, r > R3 → V4(r) = k q1 + q + q r 0,25 +/ Đóng K, điện mặt cầu R2 mặt cầu R3 sau thời 0,25 gian → điện trường vùng (giữa mặt cầu mặt cầu 3) Áp dụng O-G, chọn mặt cầu tâm O bán kính r, R2< r < R3: 0,5 Φ = E.4πr2 = → q1 + q'2 = → q'2 = − q1 Điện lượng ∆q chuyển qua R (theo chiều dương từ mặt R2 đến mặt 0,25 R3) là: ∆q = q2 − q'2 = q1 + q2 +/ Đóng K, lượng điện trường giảm chuyển hóa 0,25 thành nhiệt Năng lượng điện trường ban đầu (khi chưa đóng K) là: Wđầu = ½∑qiVi k q12 q1q q1q + )+ = ( + R1 R R3 k q1q q 22 q 2q3 ( + + )+ R2 R2 R3 k q1q3 q 2q q 32 ( + + ) R3 R3 R3 Khi đóng K, q'2 = − q1; q'3 = q3 + ∆q = q3 + q1 + q2 k q12 q12 q1 (q1 + q + q ) − + ]+ R1 R R3 → Wsau = [ k −q1 (q1 + q + q ) R3 0,25 + k (q1 + q + q ) 2 R3 = k (q1 + q + q ) k q12 q12 [ − ] + R3 R1 R Nhiệt lượng tỏa R A = Wtrước − Wsau = k q1q k q1q q 22 k q12 k q12 k q 22 ( ) + ( [ [ ] − [ ] − + ) + ]− R2 R2 R2 R2 R3 R3 k 2q1q ( ) R3 k ( q1 + q ) 1 ( − ) = R2 R3 0,5 Câu Điện – điện từ (5 điểm) 2.1 Khối phổ kế Khối phổ kế thiết bị dùng để đo khối lượng ion Nó hoạt động theo nguyên lý sau: - Các ion gia tốc đến vận tốc lớn, vào phận lọc tốc (vùng A1) theo phương Ox Vùng A1 trường điện từ - Sau ion chuyển động sang vùng A có từ trường - Kính ảnh đặt lân cận điểm P trục Oy vng góc với phương Ox - Các ion chuyển động tới đập vào kính ảnh P Căn vào khoảng cách OP, người ta suy khối lượng ion (xem hình vẽ) Giả sử chùm ion gồm ion 35 𝐶𝑙 37 𝐶𝑙 , gia tốc có vận tốc 1,92.104 m/s; cảm ứng từ vùng A1 A2 B = 0,02 T có hướng vng góc với mặt phẳng Oxy hình vẽ Cho 1u = 1,66.10 -27 kg; mCl35 = 35u; mCl37 = 37u; e = 1,6.10-19 C Xác định độ lớn hướng điện trường vùng A 1? Tính khoảng cách điểm mà ion đập vào phim? Nếu góc chùm ion tới có thăng giáng ±5 (trên mặt xOy) phân biệt vết hai loại ion khơng? 2.2 Thí nghiệm Rowland Thí nghiệm Henry A Rowland năm 1876 hướng đến việc chứng minh điện tích chuyển động tạo từ trường Một đĩa kim loại có bán kính a bề dày b