Đề thi môn vật lý khối 11 năm 2015 thời gian làm bài 180 phút trường THPT chuyên Bắc Giang tỉnh Bắc Giang10248

Câu 2 5 điểm: Hai chiếc vòng mảnh giống nhau cùng khối lượng m và bán kính R nằm trong từ trường đều có cảm ứng từ B0 vuông góc với mặt phẳng các vòng Hình 1.. Ống được đặt nằm ngang tr

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN

VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ

TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẮC GIANG

TỈNH BẮC GIANG

ĐỀ THI ĐỀ XUẤT

ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ KHỐI 11

NĂM 2015

Thời gian làm bài 180 phút (Đề này có 2 trang, gồm 05 câu) Đề gồm câu

Câu 1 (4 điểm): Hai ion có khối lượng và điện tích lần lượt là m1, q1 và m2, q2 Điện

tích của hai ion trái dấu nhau Hai ion được giữ cách nhau một khoảng r0 Tại thời điểm

ban đầu t = 0 chúng được thả ra không vận tốc ban đầu Bỏ qua tác dụng của trọng lực

Hãy tìm

1) Thời gian kể từ lúc thả cho đến khi hai ion gặp nhau

2) Khoảng cách r0’ giữa hai ion để khi thả không vận tốc ban đầu chúng sẽ gặp nhau sau

thời gian gấp 8 lần thời gian khi thả không vận tốc ban đầu ở khoảng cách r0

Câu 2 (5 điểm): Hai chiếc vòng mảnh giống nhau

cùng khối lượng m và bán kính R nằm trong từ

trường đều có cảm ứng từ B0 vuông góc với mặt

phẳng các vòng (Hình 1) Tại các điểm A và C có

tiếp xúc tốt, góc α = π/3 Hỏi mỗi vòng thu được vận

tốc là bao nhiêu nếu ngắt từ trường? Điện trở của

mỗi đoạn dây làm nên mỗi vòng là r Bỏ qua: độ tự

cảm của các vòng dây, ma sát và độ dịch chuyển

trong thời gian ngắt từ trường

Câu 3 (4 điểm): Một ống dẫn sáng thẳng hình trụ có chiết suất tuyệt đối n1 và phần bọc

ngoài có chiết suất tuyệt đối n2, chiều dài L Ống được đặt nằm ngang trong không khí,

hai đáy là hai mặt phẳng vuông góc với trục của ống Một tia sáng đơn sắc chiếu tới một

đáy của ống tại điểm I (I nằm trên trục của ống), tia này hợp với trục ống một góc θi

(hai đáy tiếp xúc với không khí)

1) Tìm điều kiện của góc θiđể tia sáng truyền được trong ống và ló ra khỏi đáy của ống

2) Tính thời gian tia sáng đi hết đoạn ống dẫn sáng thẳng đó khi:

a) Tia sáng truyền dọc theo trục ống

b) Tia sáng truyền đến I theo phương hợp với trục ống một góc θimax Tính hiệu các

thời gian của hai tia sáng trong hai trường hợp này Nếu θ t i thay đổi thì thời gian tia

sáng đi hết đoạn ống đó thay đổi như thế nào? Cho tốc độ ánh sáng trong chân không là

c = 3.108 m/s

Hình 1

A

C

Câu 4 (4 điểm): Một vật nặng gắn chặt giữa hai lò xo được đặt trên mặt phẳng nằm

ngang nhẵn Một đầu lò xo được gắn chặt, đầu còn lại của lò xo kia để tự do Độ cứng của mỗi lò xo bằng k Người ta kéo đầu tự do của lò xo với vận tốc không đổi u theo phương dọc trục của nó và hướng ra xa vật nặng

1) Sau thời gian ngắn nhất bằng bao nhiêu thì vật nặng có vận tốc bằng u?

2) Ở thì điểm đó vật nặng cách vị trí ban đầu bao nhiêu?

Câu 5 (3 điểm):

Xác định nhiệt nóng chảy λ của nước đá và hệ số truyền nhiệt k của nhiệt lượng kế.

Công suất tỏa nhiệt ra môi trường của một vật tỷ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt

độ giữa vật và môi trường xung quanh, nghĩa là: P = k(T – T0)

Trong đó: k là hệ số truyền nhiệt ra môi trường, phụ thuộc vào bản chất của môi trường

và diện tích xung quanh của vật; T là nhiệt độ của vật; T0 là nhiệt độ của môi trường (được coi là không đổi)

Cho các dụng cụ thí nghiệm:

(1)Một nhiệt lượng kế có nhiệt dung C đã biết

(2)Một nhiệt kế bán dẫn

(3)Một đồng hồ

(4)Một cân

(5)Chậu đựng nước sạch có nhiệt dung riêng C0đã biết

(6)Chậu đựng nước đá

(7)Giấy vẽ đồ thị

Trình bày cơ sở lý thuyết, cách bố trí và các bước tiến hành thí nghiệm, dạng đồ thị, cách hiệu chỉnh số liệu

HẾT

Người ra đề

Nguyễn Văn Đóa SĐT: 0973696858

ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN VẬT LÝ KHỐI 11

* Hệ 2 ion là hệ kín, ban đầu các ion đứng yên, khối tâm G đứng

yên:

+ Xét tại thời điểm 2 ion cách nhau r ta có:

1 2

m r

r =

m + m

2 1

m r

r =

m r '

m  m

1

m r '

m  m + Cơ năng bảo toàn nên: + + = (2)

2

1 1

m r ' 2

2

2 2

m r ' 2

1 2

o

q q

4  r

1 2

o 0

q q

4  r

+ Thay (1) vào (2) và đặt M = 1 2 ; k =

m m (m  m ) 1 2o

q q 4

ta có: Mr’2+ k =

k r

+ Do r giảm nên r’ < 0 ta có:

dt

dr

=

-0



 = - dt (3)

o

dr r 1

k Mr

0

r = cos θ r

π

0 θ

2

ta có dr = -2rocos sin d và    r o =

1

r  sin

cos





/2 2

0

2 cos d



 



o

k Mr

o

t

0 dt



to = ro3/2

1 2

M

q q





0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

1,0 1

+ Từ kết quả trên ta thấy 2 3

0 0

t ~ r

2

3

= r = r r = 4r

1

2

Xét một mạch kín AfCbA trùng

với vòng bên trái Dòng sẽ có

chiều trùng với chiều kim đồng

hồ, theo hai nhánh: AfC có i1(t),

và theo nhánh CbA có i2(t)

-Suất điện động cảm ứng bằng

tổng các độ giảm thế

 

2



Với 1 2 là độ dài các cung (AfC) và cung (CbA)

5

tương ứng

 (1)

2

  

 -Tương tự, viết định luật Ôm cho vòng kín AfCdA thì có:

+ Diện tích mạch AfCdA là

S =

2 2

+ Suất điện động cảm ứng:

B t

i 2l i R.



     2 (2)

1

 

 Thay (2) vào (1) ta được:     2

2

 

 -Theo định luật Ampe, mỗi đoạn dây l với dòng i(t) chịu tác dụng

của một lực từ    F i l.B t  hướng dọc theo bán kính Do tính đối

xứng mà các cung AA1 và CC1sẽ chịu tác dụng của các lực cân

bằng và triệt tiêu nhau Phần bất đối xứng (đối với vòng dây bên

trái) chỉ là các cung AfC và A1bC1, do i1  i2

-Tổng hợp các lực tác dụng lên cung AfC sẽ hướng theo O1x:

/6

/6

/6

F i B t cos R.d i B t R sin i B t R









-Tổng hợp lực tác dụng lên mỗi vòng:

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

I1

I1 A

C1

C

A1

b

f d

+ B

O1

I1





R l



-Lực này gây nên biến đổi xung:

2

9 3R m.dv F.dt d B t

10r

  

3 2 0

9 3R

10mr



1,0

1

1 Tìm điều kiện góc i:

Để tia sáng truyền được trong ống thì tại A1 phải xảy ra hiện

tượng phản xạ toàn phần

gh 1

n sin i sin i

n

1

n cos

n

  Theo định luật khúc xạ tại I: sin  i n sin1  (2)

Từ (1) và (2), có: 2 2

sin   n  n Thay số được: 0

i 48 26 '

 

0,5

0,5

3

2

a) Tia sáng truyền theo trục ống:

Thay số:

1 1

n L t

c

1,5.300

3.10



b) Tia sáng truyền đến I theo phương hợp với trục một góc i max:

- Từ hình vẽ:

Đoạn đường mà tia sáng phải truyền trong trường hợp này là

IA A A A J



(3)

2

n L t

cos





2 i

1

sin

n



i max 1 2 sin   n  n

Từ (3), (4) và (5) ta có 12

2

2

L.n t

c.n



2 300.1,5

0,5

0,5

0,5

A2

A n

J

(n 1 )

(n 2 )





i



2

L n

c n

t 0, 23.10 (s)

 

* Khi i thay đổi từ 00đến i max thì: 1 12

2

n L n L

t

c   c.n

1,5.10 (s)   t 1, 73.10 (s)

0,5

0,5

4

Chọn trục Ox như hình vẽ, gốc O trùng vị trí ban đầu của vật Xét

thời điểm t, vật có li độ x; khi đó đầu lò xo đi được một đoạn: u.t

Phương trình vi phân mô tả chuyển động của m là:

mx’’=k(ut - x) - kxmx’’=kut - 2kx (*)

Đặt A= kut - 2kx (1)

A’= ku - 2kx’ ; A’’= - 2kx’’; Thế vào (*) ta được A’’+2kA = 0

m Phương trình này có nghiệm A = A0sin(ωt+φ) với ω = 2k

m Tại thời điểm ban đầu: t = 0; x = 0; x’ = 0

A = A0sinφ = 0; A’= ku – 0 = ωA0cosφ;

Từ đó suy ra: φ=0; A0 = ku ku m

2k





Thay vào (1) ta có: kut - 2kx=ku m sin( t)

2k

2k m sin( t) (2)

ut u m x

2 2 2k

m x’=v= ( t) (3)

m 1) Khi vật có vận tốc bằng u

x’ = v = u = u ucos( t) cos( t)= - 1 t = π

2k

2) Thay t = π m vào (2)

2k

1,0

1,0

0,5 0,5

0,5

u

x O

k2

k1

m

ta được: x = u m u m sin u m



Vậy vật đạt vận tốc u ở thời điểm t = π m , khi đó vật cách vị trí

2k ban đầu một đoạn x = u m

2 2k

1 Cơ sở lý thuyết

Thả nước đá có khối lượng M ở nhiệt độ 0oC vào một nhiệt lượng kế có chứa m0 (kg) nước ở nhiệt độ T0 Khi trạng thái cân

bằng nhiệt được thiết lập, hệ có nhiệt độ T

Ta có: C  m C T 0 0  0  T  M  M.C T 0

(1)

0

C m C (T T)

C T M

Xét sự trao đổi nhiệt của hệ với môi trường xung quanh trong khoảng thời gian (t; t + dt):

- Nhiệt lượng mà môi trường nhận được: dQ = - k.(T – T0).dt

- Nhiệt lượng mà hệ tỏa ra khi hạ nhiệt độ từ T xuống còn T + dT:

dQ = Chệ.dT

Áp dụng PT cân bằng nhiệt, ta có: - k.(T – T0).dt = Chệ.dT

.dt

 Đặt ΔT = T0 – T, thì dT = - d(ΔT) ta được:

 

0

hê

k

C 

0

hê

k

C

Nhận xét: t tăng thì ΔT giảm, do đó T tăng

Đồ thị nhiệt độ của hệ biến đổi theo

thời gian có dạng như Hình 5.1:

- Hiệu chỉnh nhiệt độ của hệ khi cân bằng:

(2)

T T ' T

2





1,0

5

Thời điểm thả đá

Trạng thái cân bằng

T ( o C)

T 0

T 1 T’ 1

0

Xác lập trạng thái cân bằng nhiệt

Trao đổi nhiệt với môi trường

Hình 5.1

C

k T hê

.



a Bố trí thí nghiệm như Hình 5.2:

(1) Nhiệt lượng kế có chứa nước, nước đá

(2) Nhiệt kế bán dẫn

b Tiến trình thí nghiệm:

- Bước 1: Đổ nước vào nhiệt lượng kế, đo nhiệt độ

T0 của nước và cân khối lượng nước m0 trong

nhiệt lượng kế

- Bước 2: Cân khối lượng nước đá M ở 0oC và thả vào nhiệt

lượng kế, bấm đồng hồ đo thời gian

- Bước 3: Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nhiệt lượng kế theo thời

gian, điền vào bảng số liệu

Chú ý: Liên tục theo dõi số chỉ của nhiệt kế để xác định thời điểm

hệ đạt nhiệt độ thấp nhất T1

Xử lý số liệu

- Kết quả đo:

+ Khối lượng và nhiệt độ ban đầu của nước: T0 = …; m0 = …

+ Khối lượng nước đá thả vào nhiệt lượng kế: M = …

- Bảng số liệu đo:

T (oC) T0 … T1 …

- Đồ thị có dạng như Hình 5.1.

Dựa vào đồ thị:

+ Hệ số góc của đồ thị:

hê

k tan

C

 

Hệ số truyền nhiệt của MT:

+ Từ đồ thị ngoại suy ta có nhiệt độ T’1

Nhiệt độ T khi cân bằng xác định theo công thức (2)



Nhiệt nóng chảy của nước đá xác định theo công thức (1)



1,0

-Hết -Hình

(1) (2