TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XII TRƯỜNG THPT CHUYÊN TỈNH ƠN LA ĐỀ THI ĐỀ XUẤT ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ LỚP 11 (Đề có trang, gồm câu) Câu (3,5 điểm) Hai điện tích điểm q1 = 9.10 - C q2 = - 10 – A C B m giữ chặt A, B chân không, AB = a = q2 20cm q1 q0 a) Tìm điểm M cường độ điện trường tổng hợp Hình không? Điện điểm M bao nhiêu? – 10 -8 b) Một hạt khối lượng m = 10 kg, điện tích q0 = 10 C chuyển động dọc theo AB hình Tìm vận tốc m xa A, B để chuyển động đến B Câu (4 điểm) K Cho mạch điện hình 2, U=12V, R 1=10Ω, R1 R2=100Ω, L=10H, điện trở L nhỏ không đáng kể + U R2 Tìm nhiệt lượng tỏa điện trở R công tắc L đóng giữ trạng thái đóng thời gian dài Tìm nhiệt lượng tỏa điện trở R công tắc Hình sau đóng thời gian dài và giữ trạng thái mở thời gian dài Câu 3: (3,5 điểm) Cho thấu kính có dạng bán cầu tâm O, bán kính R = 9cm, làm thủy tinh có chiết n0 n1 n2 suất n1 = 1,5 có trục đối xứng Ox (Hình 3) Môi x O trường tiếp xúc với mặt cầu thấu kính không khí (chiết suất n0 = 1) Môi trường tiếp xúc với mặt phẳng thấu kính nước (chiết suất n = 4/3) Các tia sáng truyền vào thấu kính thỏa mãn điều kiện Hình tương điểm Xác định vị trí tiêu điểm thấu kính? Dựa vào kết tính câu 1, trình bày giải thích cách dựng ảnh vật sáng đặt vuông góc với trục Ox? Câu 4: (3,5 điểm) Hai dây dẫn dài vô hạn song song đặt cố định cách I khoảng d mang dòng điện I ngược chiều, d I thay đổi theo thời gian theo quy luật I=k.t (k I số) Một vòng dây hình vuông có chiều dài cạnh a nằm A b B mặt phẳng dây dẫn cách hai sợi dây a khoảng b hình Biết d=2b a=3b D C Hãy tìm suất điện động cảm ứng vòng dây hình Hình vuông Biết điện trở đơn vị chiều dài vòng dây r Để vòng dây đứng yên cần tác dụng lên lực nào? Câu 5: (3,5điểm) Cho lắc lò xo lí tưởng, lò xo có độ cứng k=100N/m, đầu gắn cố định, đầu gắn với vật nhỏ có khối lượng m1=200gam Đặt vật m2=50gam lên vật m1 Vật m0= kg chuyển động với vận tốc ban đầu 12 k m2 m0 m1 O x Hình v0 đến va chạm đàn hồi xuyên tâm với m1 Bỏ qua lực cản không khí, lực ma sát vật m mặt sàn Hệ số ma sát vật m1 m2 µ12 = 0, Cho g = 10m/s2 Giả sử m2 bám m1, sau va chạm hệ (m1 + m2) dao động điều hoà với biên độ A=1cm a) Tính v0 b) Chọn gốc thời gian sau va chạm, gốc toạ độ vị trí va chạm, chiều dương trục toạ độ hướng từ trái sang phải (hình vẽ) Viết phương trình dao động hệ (m + m2) Tính thời điểm hệ vật qua vị trí x = + 0,5 cm lần thứ 2016 kể từ thời điểm t = Vận tốc v0 phải giới hạn để vật m1 m2 không trượt trình dao động ? Câu 6: (2 điểm) Cho dụng cụ thiết bị sau: - nam châm vĩnh cửu hình chữ U; - nguồn điện chiều; - biến trở; - vôn kế có nhiều thang đo; - kim loại mỏng, đồng chất, đồng, tiết diện hình chữ nhật; - Thước đo chiều dài; - Cuộn chỉ; - Cân đòn (cân khối lượng); - Dây nối khóa K Hãy trình bày thí nghiệm xác định mật độ hạt electron tự kim loại a) Xây dựng công thức cần sử dụng b) Cách bố trí thí nghiệm Nêu bước tiến hành thí nghiệm c) Trình bày cách xây dựng bảng số liệu đồ thị xử lí số liệu (Biết khe hai cực từ nam châm hình chữ U đủ lớn để đưa dụng cụ cần thiết vào đó) .HẾT Người đề Ngô Quang Tuấn Điện thoại: 0983054867 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN: VẬT LÝ, LỚP: 11 Lưu ý: Các cách giải khác hướng dẫn chấm, cho điểm tối đa theo thang điểm định Câu Nội uu dung Điểm r uur 0,25 a) Tại M, có cường độ điện trường E1 , E2 q1, q2 gây Để cường độ uur uur điện trường tổng hợp M không E1 , E2 : - Cường phương: M đường thẳng AB - Ngược chiều: M nằm đoạn AB - Độ lớn k q1 q2 0,25 → AM = 3BM = Có: E1=E2 2 AM BM Có AM − BM = AB → BM = 10cm; AM = 30cm kq kq Điện M: VM = + = 1800 V/m AM BM uur b) Điện tích q0 chịu tác dụng lực đẩy F1 A uur q1 lực hút F2 q2 Gọi x khoảng cách từ điện tích q0 tới B Ta có: F1 = k q1 q0 ( AB + x ) F2 = q1 0,25 0,25 B M q2 m q0 k q2 q0 0, x2 Từ câu a) có: x=AM F1 = F2 Khi x > AM F1 > F2 ; x < AM F1 < F2 Vậy x < AM lực tổng hợp tác dụng lên m hướng vào A,B Vậy để m chuyển động tới B m phải chuyển động tới M, sau lực tổng hợp lực hút, vật m tự chuyển động tới B Áp dụng bảo toàn lượng cho hệ: 0, 0,25 0,5 M v v = q0 VM + m 2 2q0VM →v≥ m m 0,25 Vận tốc m xa A, B để chuyển động đến B v= 0,25 0,25 2q0VM 600m/s m Câu Xét điện trở R cuộn cảm L mắc nối tiếp với ắc quy có 0,25 suất điện động E Ta có: dI = I R dt − RdI dt = −R Hay: E − I R L E−L 0,25 t Lấy tích phân hai vế được: ln  E − I( t ) R  = − + k τ Trong đô τ = L k số R 0,5 0,25 Đặt I=I(0) t=0 I= I ( ∞ ) t → ∞ Khi k = ln  E − I( 0) R  ; I ( ∞ ) = E R Nghiệm viết dạng sau: I ( t ) = I ( ∞ ) +  I ( 0) − I ( ∞ )  e t − τ 0,25 Xét trường hợp công tắc vừa đóng: 0,25 U = 0,91A R + R2 I R2 ( 0) = Sau công tắc đóng thời gian dài: 0,25 I R ( ∞ ) = trạng thái dứng, toàn dòng điện qua L có điện trở nhỏ không đáng kể Vì số thời gian mạch 0,25 τ= L = 1,1s R R2 / ( R1 + R2 ) Ta có I R (t ) = I R ( ∞ ) +  I R (0) − I R ( ∞ )  e 2 − t τ 0,5 = 0,91e−0,91t A Nhiệt tỏa R2 ∞ ∞ 0 0,5 WR2 = ∫ I R22 (t ) R2 dt = ∫ 0,91 e −1,82t 100dt = 45,5 J Khi công tắc mở, ta có I L (0) 0,25 V = = 10 A R1 Năm lượng tích trữ cuộn cảm L thời điểm chuyển thành 0,5 nhiệt tỏa trân điện trở R2 Vậy nhiệt tỏa điện trở R2 WR2 = LI L (0) = 10.100 = 500 J 2 - Từ phía mặt cong nhìn vào ta thấy, thấu kính bán cầu coi 0,5 hệ gồm thấu kính mỏng I S H’ K’ ghép sát với mặt song K n0 n1 n2 song r i H O S J - Tiêu điểm vật F0 thấu F F0 x kính mỏng xác định công thức: i f = R = = 18cm n1 − 1,5 − - Chùm sáng xuất phát từ F0 vào thấu kính hội tụ mỏng, biến thành 0,25 chùm song song với trục chính, qua mặt song song chùm song song với chục Vậy F0 tiêu điểm vật thấu kính, cách đỉnh S bán cầu khoảng: F0 S = 18cm - Để tìm tiêu điểm ảnh, ta xét tia song song với trục chính, gặp mặt 0,5 cầu I Tia khúc xạ I qua lưỡng chất cầu khúc xạ K qua lưỡng chất phẳng, cuối đến gặp trục Fi - Coi chùm tia song song xuất phát từ vật xa vô cực qua lưỡng chất cầu: n0 n1 n1 − n0 d =∞ n1 n1 − n0 + =  → = ⇒ d ' = SJ = 27cm d d' R d' R - Ảnh vật cách lưỡng chất phẳng (tại O) khoảng: OJ = d1 = 27 – = 18cm - Qua lưỡng chất phẳng cho ảnh Fi cách O là: OFi = d = 0,25 0,5 n2 d1 = 16cm n1 2) Xét tia tới song song với trục Kéo dài tia tới tia ló ta thấy 0,5 chúng cắt điểm H’ Điểm cách mặt phẳng thấu kính đoạn H’K’ Ta có: OFi = 16cm; OJ = 18cm SI = HH’ hay SJ.tani = HFi tanr SJ 27 t anr n2 = = = = ⇒ OH = 8cm HFi OH + 16 tani n1 - Cách vẽ ảnh: Từ đỉnh S, ta dựng mặt phẳng P từ điểm H cách O 0,5 khoảng 8cm bên trái, ta dựng mặt phẳng P vuông góc với trục P1 P2 H’ B S H F0 Fi B’ - Để dựng ảnh vật sáng AB đặt vuông góc với trục 0,5 thấu kính Từ B ta vẽ hai tia: - Tia từ B qua F0 (cách đỉnh S mặt cầu 18cm), tia sau gặp mặt phẳng P1 truyền song song với trục - Tia từ B truyền song song với trục chính, sau qua P qua tiêu điểm ảnh Fi - Giao điểm hai tia ló ảnh B’ Câu Từ trường dây dẫn thẳng, dài vô hạn mang dòng điện I sinh 0,25 điểm cách dây dân khoảng r: B = µ0 I , từ trường có 2π r vuông góc với sợi dây mặt phẳng chứa vòng dây Từ thông dây dẫn gửi qua vòng dây hướng vào trong: 0,5 φ1 = a +b+ d ∫ d +b µ0 Ia µ Ia a + b + d µ0 Ia dr = ln = ln 2π r 2π d +b 2π Từ thông dây dẫn gửi qua vòng dây hướng ngoài: φ2 = b+a ∫ b µ0 Ia µ Ia b + a µ0 Ia dr = ln = ln 2π r 2π b 2π 0,5 Từ thông toàn phần gửi qua vòng dây: φ = φ2 − φ1 = 0,25 µ0 Ia ln hướng 2π Suất điện động cảm ứng vòng dây E=− 0,5 µa d φ µ0 a dI = ln = k ln dt 2π dt 2π Từ trường dòng điện cảm ứng sinh chống lại biến thiên 0,25 từ thông, từ tường có hướng vào phia Sử dụng quy tắc bàn tay phải ta thấy dòng điện cảm ứng chạy theo chiều kim đồng hồ, có độ lớn: I C = E E µ = = k ln R 4ar 8π r Từ trường hai dây dẫn thẳng dài gây vị trí vòng dây hướng 0,25 Lực từ hai dòng điện tác dụng lên cạnh BC DA triệt tiêu Lực từ tác dụng lên AB nằm mặt phẳng chứa hai dây dẫn, vuông góc với hai dây dẫn, hướng xa hai dây dẫn Lực từ tác dụng lên CD nằm mặt phẳng chứa hai dây dẫn, vuông góc với hai dây dẫn, hướng phía hai dây dẫn Có: FAB > FCD nên lực từ tác dụng lên khung hướng xa dây dẫn có 0,5 µ0 I µ0 I µ0 I µ0 I độ lớn: F=FAB-FCD= ( 2π b − 2π (b + d ) ) I C a − ( 2π (a + b) − 2π (a + b + d ) ) IC a F = k2 0,5 µ02t ln 64π r Vậy để khung dây đứng yên cần tác dụng lực hướng xa dây dẫn có độ lớn F = k µ02t ln 64π r Câu a) Đặt m = m1 + m2 = 250 g = 0,25 kg 0,5 Sau va chạm m dao động điều hoà với tần số góc ω = k = 20 rad/s m Vận tốc m sau va chạm v = ωA = 20 cm/s Xét trình va chạm m0 m: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: m0v0 = mv + m0v1 (1) Áp dụng định luật định luật bảo toàn động năng: m0 v02 = mv + m0 v12 (2) Từ (1) (2): v0 = (m + m0 )v = 40(cm / s) 2m0 0,25 0,5 0,25 b) t=0, m qua vị trí cân ngược chiều dương nên phương trình dao 0,25 động m là: x = cos (20t + π/2) cm ∆ϕ 0,5 +) Thời điểm m qua vị trí x = + 0,5 cm lần thứ 2016: t = với Δφ = ω 11π + 2014π 12 → t ≈ 316,5 s Khi hai vật đứng yên với lực làm cho vật m2 chuyển động lực ma sát nghỉ hai vật, lực gây gia tốc cho vật m2 Fmsn = m2a = − m2ω x < µ12 m2 g ⇒ A < µ12 g ω2 (3) 0,25 0,25 Mà: v0 = 2ω A ⇒ A = v0 2ω 0,25 (4) µ12 g = 0, 6m / s ω Từ (3) (4) ta có: v0 < Câu a) Xây dựng công thức: Để xác định mật độ electron tự kim loại, ta sử dụng hiệu ứng Hall Giả sử cảm ứng từ khe hai cực từ nam châm B 0,5 0,25 V V d Khi hiệu điện Hall là: U = IB en d V (1) Với: I cường độ dòng điện, B độ lớn cảm ứng từ khe, e điện tích nguyên tố, d chiều dày thanh, n mật độ electron tự Mặt khác, ta xác định cảm ứng từ B thông qua đo lực lừ tác 0,25 dụng lên (thanh nằm ngang vuông góc với đường sức từ) Khi cho dòng điện I chạy qua thanh, lực từ tác dụng lên thay đổi trọng lực cánh tay đòn không treo để cân thăng bền so với trường hợp dòng điện chạy qua ∆m.g F=Δm.g → B.I l = Δm.g → B = Từ (1) (2) ta có: n = g ∆m e.ld U I l (2) (3) 0,25 Lưu ý thí nghiệm hiệu điện Hall thu có giá trị nhỏ so với giá trị trung bình từ lí thuyết nên mật độ electron tự thực tế khoảng: n = g ∆m e.ld U (4) Vậy để xác định mật độ electron tự thanh, cần đo 0,25 chiều dài l nằm từ trường, chiều dày d xác định mối tương quan thay đổi khối lượng Δm (khi có dòng điện dòng điện chạy qua) với hiệu điện U tương ứng b) Cách bố trí thí nghiệm: 0,25 - Treo kim loại nằm ngang vào đầu đòn cân, đặt vào hai cực nam châm hình chữ U, đặt cân đĩa cân treo đòn cân bên cho cân thăng - Nối hai đầu với nguồn điện, biến trở, khóa K * Tiến hành thí nghiệm thu thập số liệu: 0,25 - Bước 1: Đo chiều dài l phần kim loại nằm ngang nằm ngang từ trường chiều dày d - Bước 2: Sử dụng sợi treo kim loại nằm ngang từ trường vuông góc với đường sức từ vào cánh tay đòn cân - Bước 3: Mắc mạch điện gồm kim loại, biến trở, khóa K với nguồn điện - Bước 4: Khóa K mở, chỉnh cân thăng bằng, ghi lại giá trị khối lượng - Bước 5: Đóng khóa K + Sử dụng biến trở để thay đổi cường độ dòng điện mạch + Chỉnh cân thăng bằng, ghi lại thay đổi khối lượng Δm + Dùng vôn kế đo hiệu điện Hall mặt kim loại Ghi lại giá trị vôn kế - Bước 6: Lặp lại bước để thu thập khoảng k số liệu ứng với k vị trí khác biến trở c) Xây dựng bảng số liệu tính toán: l Lần đo d Δm U n k l d n - Xác định giá trị trung bình chiều dài đo k l= ∑l với k số lần đo i i =1 k - Xác định giá trị trung bình chiều dày đo k d= ∑d i =1 i với k số lần đo k - Xác định giá trị ni tương ứng với cặp giá trị Δmi Ui theo công thức (3) (4) - Mật độ hạt electron tự có giá trị trung bình: k n= ∑n i =1 k i 0,25 0,25