Phía dưới khung là khu vực từ trường đều, cảm ứng từ B, có phương vuông góc với mặt phẳng khung dây như hình vẽ.. Giới hạn trên và dưới khu vực từ trường đều là các đường thẳng PP' và QQ
Trang 1TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XI
TRƯỜNG THPT CHUYÊN TUYÊN QUANG
*
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
ĐỀ THI MÔN:VẬT LÍ
LỚP:11
Đề thi có 02 trang, 05 câu
có đường đặc trưng vôn-ampe như trên
hình 1 được mắc vào mạch điện như hình 2
Cho biết R = 16Ω, r = 4Ω, suất điện động
của nguồn lí tưởng E = 4V, điện dung của
tụ C = 100µF Các tham số trên đường đặc
trưng vôn- ampe của điôt: U0 = 1V,
I0 = 50mA
a) Đóng khóa K, hỏi tụ được nạp đến hiệu
điện thế bằng bao nhiêu?
b) Sau khi nạp điện cho tụ, mở khóa Tính
nhiệt lượng tỏa ra trên R và trên mỗi điôt
abcd đặt trong mặt phẳng thẳng đứng ab là cạnh
nằm ngang chiều dài l1, bc dài l 2, khối lượng khung
là m, điện trở R Phía dưới khung là khu vực từ
trường đều, cảm ứng từ B, có phương vuông góc
với mặt phẳng khung dây như hình vẽ Giới hạn
trên và dưới khu vực từ trường đều là các đường
thẳng PP' và QQ' cùng song song với ab và chúng
cách nhau một khoảng H (H > l2) Cạnh dưới cd
của khung dây cách PP' khoảng h Thả cho khung
dây rơi tự do trong mặt phẳng thẳng đứng Biết
rằng sau khi khung dây tiến vào từ trường cho đến
trước khi cạnh ab qua biên PP" thì vận tốc khung
dây đã đạt tới đã đạt tới giá trị tối đa Hỏi cả quá
trình từ khi khung dây bắt đầu rơi xuống đến khi
cạnh cd của nó chạm biên QQ' thì lực ampe của từ
trường tác dụng vào khung dây thực hiện công là
bao nhiêu?
Câu 3 (4 điểm): Một thấu kính phân kì có độ lớn tiêu cự là 0,6m
được đặt sao cho một tiêu điểm chính của nó trùng với đỉnh một
gương cầu lõm và đồng trục với nhau Tính tiêu cự của gương, biết
rằng vật thật đặt tại vị trí bất kì trước thấu kính qua hệ luôn cho ảnh
cuối cùng là thật
được dựng thẳng đứng trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang Sát đầu dưới của thanh có
một vật nhỏ cùng khối lượng m Thanh bắt đầu đổ xuống theo chiều như hình vẽ
Tìm vận tốc lớn nhất của vật nhỏ Lấy g = 10m/s2
+0
I 0
+
U I
Hình 1
K
C E
R r
Đ 1 Đ 2
Hình 2
H
Q'
h
P
l 2
l 1
c
d
P'
Q
Trang 2Câu 5 (4 điểm):
Cho các dụng cụ sau:
- Một thấu kính phân kì
- Một thấu kính hội tụ
- Một đèn sáng nhỏ
- Một thước đo có vạch chia đến milimet
- Một màn tối cố định
- các giá đỡ cần thiết
Hãy trình bày và giải thích một phương án thí nghiệm để xác định tiêu cự của thấu kính phân kì
- HẾT
-NGƯỜI RA ĐỀ
Nguyễn Tuyết Hạnh 0915.480.459
Trang 3TRƯỜNG THPT CHUYÊN
TUYÊN QUANG
LỚP: 11
a) Giả sử sau khi đóng khóa K mạch đã ổn định thì cường độ dòng điện qua điôt
là I > I0, khi đó hiệu điện thế hai đầu mỗi điôt là U0 Cường độ dòng điện trong
mạch là: = 0,1A > I0 Vậy điều giả sử là đúng
r R
U E I
Hiệu điện thế giữa hai bản tụ: U = U0 + IR = 2,6V
b) Mở khóa K, tụ phóng điện qua Đ2 , có 2 giai đoạn:
giai đoạn này hiệu điện thế trên tụ là: U' = I0R + U0 = 1,8V
Điện lượng tụ đã phóng: Δq = C( U - U') = 8.10-5 C
Nhiệt lượng tỏa ra trên điôt Đ2: Q1Đ = U0.Δq = 8.10-5 J
Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta tính được nhiệt lượng tỏa ra trên R:
Q1R = 9,6.10-5 J
2
' 2
2 1
2
CU Q
CU
Đ
Giai đoạn 2: Từ lúc hiệu điện thế trên điôt bắt đầu giảm đến khi tụ phóng hết
điện Trong giai đoạn này có thể xem điôt như một điện trở có giá trị RĐ = U0/I0
= 20Ω
Ta có:
4
5 16
20
2
R
R Q
R Đ
Mà Q2Đ + Q2R = = 1,62.10-4 J Do đó: Q2Đ = 9.10-5J; Q2R = 7,2.10-5J
2
2 '
CU
Vậy tổng nhiệt lượng tỏa ra trên R là QR = Q1R + Q2R = 16,8.10-5J
tổng nhiệt lượng tỏa ra trên điôt Đ2 là Q2Đ = Q1Đ + Q2Đ = 17.10-5J
0,5 điểm
0,5điểm
0,5điểm 0,5điểm
0,5điểm 0,5điểm
0,5điểm 0,5điểm
+0
I 0
+
U I
Hình 1
K
C E
R r
Đ 1 Đ 2
Hình 2
Trang 4Câu 2 Hướng dẫn chấm Điểm
trường là v1 thì: mv2 mgh (1)
1
2 1
Sau khi cạnh cd đi vào vùng từ trường, khung dây chịu lực cản của từ trường
nhưng do gia tốc trọng trường khung vẫn rơi xuống (theo đề bài)
Gọi Δh1 là khoảng cách mà cạnh cd rơi xuống qua biên PP'và lúc đó vận tốc của
khung cực đại v0 thì lúc đó suất điện động cảm ứng trong cd là E = B.l 1 v0, dòng
điện qua khung dây là:
R
v Bl R
E
I 1 0
Lực Ampe tác dụng vào khung:
R
v l B BIl
2 1 2
1
Điều kiện để vận tốc cực đại là F = mg do đó ta được 2 (2)
1 2 0
l B
mgR
v
Từ khi cạnh cd rơi đến biên PP' đến khi cd qua biên đoạn Δh1 thì công của trọng
lực thực hiện là A1 = mgΔh1 và công của lực Ampe là A2 Theo định lí động
năng: A1 + A2 = 02 12 (3)
2
1 2
1
mv
mv
Thay (1) , (2) vào (3) ta tìm được A2 = 4 1 (4)
1 4
2 2 3
2B l mgh mg h
R g m
Sau khi đạt vận tốc v0, khung chuyển động đều Khi khung chuyển động đều đi
được khoảng Δh2 = l2 - Δh1 thì cạnh ab đi vào từ trường (qua PP") Quá trình
cạnh cd chuyển động đều xuống dưới đoạn Δh2 thì công trọng lực là
A1' = mg Δh2; công của lực Ampe là A2' nhưng vận tốc khung không đổi nên
theo định lí về động năng A1' + A2' = 0,
do đó A2' = -A1' = - mg Δh2 = - mg(l2 - Δh1) (5)
Sau khi toàn bộ khung dây đi vào từ trường cho đến khi bc chạm biên dưới QQ'
thì lực Ampe tác dụng lên toàn bộ khung dây bằng không, công của lực Ampe
cũng bằng không, khung dây chỉ còn chịu tác dụng của trọng lực
Vậy công của lực Ampe trong toàn bộ quá trình là:
A = A2 + A2' = 4
1 4
2 2 3 2
2B l
R g m h l
mg
0,5điểm
0,5điểm
0,5điểm 0,5điểm
0,5điểm 0,5điểm
0,5điểm
0,5điểm
Sơ đồ tạo ảnh: S d1TK d1'S1d2GCd2'S2d3TK d3'S3
Để ảnh S3 là thật thì ảnh S2phải là vật ảo đối với thấu kính Tức là S2phải nằm
bên phải thấu kính
Theo công thức thấu kính phân kì cho trường hợp vật ảo, ảnh thật ( d,d',f đều
dương) ta có:
k
f d
d
1 '
1 1
3 3
3
3
3'
d f
f d d
k
k
d3'0d3 f k
Vì S2nằm bên phải thấu kính và cách thấu kính đoạn lớn nhất bằng tiêu cự nên
ảnh S2 cách gương cầu một đoạn d2': f k d'22f k
Vật đối với gương là ảnh S1, S1 là ảnh ảo của nguồn thật S qua thấu kính lần thứ
nhất theo công thức thấu kính cho trường hợp này ta có:
k k
f d d f d
d 1
1 ' 1 1
1
1 '
1 1
khoảng cách d từ S đến thấu kính thay đổi từ 0 đến nên khoảng cách từ
0,5điểm
0,5điểm 0,5điểm
0,5điểm
Trang 5S1đến thấu kính là d1' thay đổi từ 0 đến fk
Vậy khoảng cách từ S1đến gương là d2 = fk + d1' thay đổi trong khoảng từ fk
đến 2fk; f k d2 2f k
Như vậy đối với gương ta có khoảng cách từ vật đến gương là:
(1)
k
f 2 2
khoảng cách từ ảnh đến gương là: f k d'22f k (2)
2 '
2 2
2
1 1 1 1 '
1 1
d f d f d
d g g
2 2
2
1 1 1 1 2
1 1 1 1 2
1
d f f d f f
d f
f k g k k g k
Từ (1) suy ra (5)
k
f
1 1 2
1
2
f f
k g k g
4 , 0 3
2 2
3
0,5điểm
0,5điểm
0,5điểm
0,5điểm
Do không có ngoại lực tác dụng lên hệ theo phương
ngang nên khối tâm G của hệ chỉ chuyển động theo
phương thẳng đứng Trong quá trình đổ xuống, khi vật
nhỏ m chưa tách ra khỏi thanh thì vận tốc của vật nhỏ m
bằng vận tốc của đầu A của thanh Khi vận tốc của vật
m cực đại thì nó tách ra khỏi thanh và chuyển động
thẳng đều
Xét thời điểm thanh hợp với phương ngang góc α: khi đó tọa độ khối tâm G theo
phương thẳng đứng cách mặt phẳng ngang là: yG = sin
4
L
Vận tốc khối tâm G là: vG = yG' = cos '= (1)
4
L
cos
4 cos
v
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho hệ tại vị trí ban đầu và vị trí góc lệch
của thanh là α so với phương ngang: 2mg (1- sinα) = 2m (2)
4
2
2G I G
v
Moomen quán tính của hệ với trục quay vuông góc với thanh và đi qua khối tâm
của hệ là:
(3)
2 2
2 2
24
5 16
1 16
1 12
1
mL mL
mL mL
Thay (1), (3) vào (2) ta được: (4)
5 cos 3
cos sin 1 2
3
2
2
gL
v G
Mặt khác dọc theo phương GA ta có: vAcosα = vGsinα (5)
Từ (4) và (5) suy ra: (6)
2 2
sin 3 8
sin sin 1 2
3
gL
v A
2 3 2
3 '
sin sin
3 8 sin 1 24
16 sin 24 sin
3 cos sin 3
gL
gL
v A
Cho vA' = 0 ta được α 45,4 0
Thay α 45,4 0 vào (6) ta được vA 0,82m/s.
0,5điểm
0,5điểm 0,5điểm
0,5điểm 0,25điểm 0,25điểm 0,5điểm 0,5điểm 0,5điểm
Trang 6Câu 5 Hướng dẫn chấm Điểm
- Đặt đèn nhỏ S trước thấu kính hội tụ sao cho tạo ra một chùm sáng song song
- Đặt thấu kính phân kì hứng chùm song song đó, rồi chiếu lên màn tối
- Hình vẽ
- Tính tiêu cự của thấu kính phân kì:
Xét 2 tam giác đồng dạng FOP và FHN:
(1)
HN
OP OH FO
FO
Dùng thước đo các độ dài OH, OP, HN thay vào (1) ta tính được OF = f: tiêu cự
thấu kính phân
0,5điểm 0,5 điểm
1điểm
1điểm 1điểm