HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊNVÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ TRƯỜNG THPT CHUYÊN NGUYỄN BỈNH KHIÊM TỈNH QUẢNG NAM ĐỀ THI ĐỀ XUẤT ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ KHỐI 11 NĂM 2015 Thời gian làm bài 180 phút
Trang 1HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN
VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
TRƯỜNG THPT CHUYÊN NGUYỄN BỈNH KHIÊM
TỈNH QUẢNG NAM
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ KHỐI 11 NĂM 2015
Thời gian làm bài 180 phút (Đề này có 02 trang, gồm 05 câu)
Câu 1: (Tĩnh điện)
Một lượng chất lỏng có thể tích V với mật độ điện khối ρ đồng nhất được phun vào một căn phòng, tạo thành các giọt hình cầu Giả sử rằng tất cả các giọt nhỏ có cùng bán kính R Bỏ qua các lực tương tác giữa các giọt và cho V>>R3
a. Tính thế năng tĩnh điện của mỗi giọt riêng lẻ?
b. Tính tổng năng lượng điện của tất cả các giọt?
c. Cho hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng là σ Tính tổng năng lượng mặt ngoài của các giọt chất lỏng
d. Tính bán kính cân bằng của mỗi giọt chất lỏng?
Câu 2: (Từ - Dòng điện):
Một xylanh rỗng có chiều dài l, bán kính r và độ dày d, trong đó l >> r >> d, và được làm
từ vật liệu có điện trở suất Một dòng điện I biến thiên theo
thời gian chạy qua xylanh theo hướng tiếp xúc với bề mặt
xylanh (như trong hình vẽ) Xylanh được cố định để không thể
di chuyển được , và cho rằng không có một từ trường nào được
tạo ra bởi các yếu tố bên ngoài trong suốt câu hỏi
a Tìm cảm ứng từ bên trong xylanh, biểu diễn theo I, các chiều
của xylanh (l, r, d) và các hằng số cơ bản
b Tìm mối quan hệ của suất điện động được tạo ra dọc theo
chu vi mặt cắt của xylanh với các chiều của xylanh (l, r, d), độ
biến thiên của dòng điện theo thời gian và các hằng số cơ bản.dI
dt
c Tìm mối quan hệ của với cường độ dòng điện I, điện trở suất và các chiều của xylanh
(l, r, d)
d Cường độ dòng điện tại t =0 là I0 Cường độ dòng điện I(t) là bao nhiêu tại thời điểm t > 0
Câu 3: (Dao động cơ).
Một cơ hệ dao động như hình vẽ Lò xo không khối
lượng có độ cứng k nối với một tấm phẳng nhỏ B khối
lượng m trên mặt phẳng nghiêng góc α so với phương
ngang Quá trình dao động của hệ được mô tả như sau:
Lò xo đẩy tấm phẳng đi từ B đến A thì dừng lại, ngay
sau đó một vật khối lượng M được đặt nhẹ lên tấm làm
l
I
r
A
B
Lò xo
Vật rơi ở
vị trí này
M
m
Trang 2x O
n1
n 1
đi lên đến điểm A thì dừng và nhận một vật có khối lượng M và đi xuống Quá trình lặp được
đi lặp lại Khoảng cách giữa hai vị trí A,B là L, hệ số ma sát động và hệ số ma sát tĩnh của vật cũng như tấm phẳng với mặt phẳng ngang đều bằng µ Chuyển động về phía A hay B đều
là chuyển động điều hòa
a Gọi µ0 là hệ số ma sát ứng với trường hợp vật M bắt đầu trượt trên mặt phẳng nghiêng (khi không chịu tác dụng của lò xo), cho hệ số ma sát 0 Tính µ theo g, α, M
2
b Để cho hệ thống này để hoạt động, cần phải có tỷ lệ chính xác giữa khối lượng M của vật
và khối lượng m của tấm phẳng Sao cho khi di chuyển xuống khối và tấm chỉ dừng lại ở điểm B, khi đi lên chỉ dừng lại ở điểm A Tìm tỷ lệ R M
m
c Vật chuyển động từ A về B mất thời gian T0, tấm phẳng chuyển động từ B về A mất thời gian T’ Tính tỉ sô T0/T’
d Tấm phẳng chỉ dao động một số ít lần sau khi nhận được vật cuối cùng Xác định vị tri tấm dừng lại so với điểm B
Câu 4:(Quang hình)
Sợi quang có chiết suất thay đổi, phần lõi có chiết suất biến đổi
theo quy luật , trong đó , a là bán
2
2 2
0 1 2
y
a
2 2
0 1 2 0
2
n n
B
n
kính phần lõi Phần vỏ có chiết suất n1 Xét một tia sáng truyền
tới tâm sợi tại O trong mặt phẳng trục và ở trong lõi dưới góc tới
i0.Tìm quỹ đạo của tia sáng và chứng tỏ tia sáng cắt trục hoành tại những điểm cách đều nhau một khoảng d Tính d
Câu 5: ( Thựcnghiệm) Xác định điện dung một của tụ điện hóa
Dụng cụ và vật liệu:
+ Tụ điện cần đo điện dung
+ Các điện trở mẫu (giá trị điện trở đã biết)
+ Nguồn điện một chiều
+ Vôn kế một chiều
+ Đồng hồ đo thời gian
+ Các loại công tắc
Người ra đề: Nguyễn Hoàng Nam - ĐT liên hệ: 0983210195
Ký tên
Trang 3ĐÁP ÁN VÀ BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN VẬT LÝ KHỐI 11 Câu 1:
a. Nếu giọt chất lỏng hình cầu có bán kính r , nó có điện tích
3 4 3
q r
và do đó bề mặt của nó có điện thế
2
0 0
r
Để tăng bán kính thêm một khoảng dr, thì điện tích thêm dq = 4πr2dr phải
được đưa vào từ vô cùng, tốn một công
0
4 3
r
Vì vậy, để tăng bán kính từ r = 0 đến r = R đòi hỏi
0 4 2 5 2
Thế năng tĩnh điện của mỗi giọt là Ue = U
0,25
0,25
0,25
0,25
b. Mỗi giọt có thể tích
4 3 3
i
vì vậy số lượng giọt chất lỏng là
3 3
3
3
i
n
Vì ta đang bỏ qua lực tương tác giữa các giọt, tổng năng lượng điện của các
hạt là chỉ đơn giản là tổng của năng lượng điện của mỗi giọt:
4
3
e
R
0,5
0,5
c. Mỗi hạt có diện tích bề mặt 4πR2, nên năng lượng căng bề mặt 4πR2σ
Như câu trước, tổng năng lượng do sức căng bề mặt chỉ là tổng của năng
lượng của các hạt riêng biệt
3
3
4 3
s
V
R R
1,0
Trang 4d. Tổng thế năng từ hai nguồn là
2 2
0
3 5
tot
R
R
Trạng thái cân bằng được đạt khi tổng năng lượng là tối thiểu;
2
2 0
5
tot
Cho giá trị này bằng không thì
2
2 0
3 0
2
1 3 0 2
5 15 2 15 2
R
R R
R
0,25
0,25
0,5
Câu 2:
a Từ trường bên trong của xi lanh được cho bởi
B = μ 0 I/l
nên từ thông là
Φ B = BA = πμ 0 r 2 I/l
Độ tự cảm là
L = Φ B /I = πμ 0 r 2 I/l
0.5
0.5
b Suất điện động là:
dI 0r2 dI L
1.0
c.Nhưng vì suất điện động sẽ tạo nên dòng điện, do đó:ε = IR trong đó R là
điện trở, được tính bằng
trong đó l’ là chiều dài, A’ là diện tích mặt cắt
' '
l
R A
Ở đây chiều dài bằng chu vi, 2rπ, và A’ là diện tích mặt cắt của vật dẫn điện,
ld Do đó:
2 d
r I l
0.5
0.5
Trang 5Vậy từ hai phương trình trên ta có:
2 0 2
d
I
Có thể viết lại thành:
I dI
dt
trong đó
0
2
rd
Khi đó đáp án là
I(t) = I(0)e -αt
0.25
0.25
0.5
Câu 3:
a. Để không bị trượt , từ sơ đồ, ta có
μmg cos α ≥ mg sin α Như vậy,
μ ≥ tan α
Vì vậy μ0 = tan α và do đó
tan 2
b. Trong một chu kỳ, năng lượng đầu vào của hệ thống là
MgLsin α
Sự mất mát năng lượng trên đường lên là
Lμmg cos α
và sự mất mát năng lượng trên đường xuống là
Lμ(m + M)g cos α
Vậy
MgLsin α = Lμmg cos α + Lμ(m + M)gcos α
và vì 2μ cos α = sin α , nên
2
2
M R m
c. Thời gian chuyển động của tấm từ B về A
T
k
Thời gian chuyển động của vật từ A về B
0.5
0.5
0.25
0.25 0.25
0.25
0.5
Trang 6
0
0
3
3 '
T
T T
d. Như đã đề cập ở phần (c), chuyển động lên và xuống đều là chuyển động điều hòa, Các vị trí cân bằng cho hai chiều là khác nhau Trong chiều lên, vị trí cân bằng rõ ràng là ở một khoảng cách L / 2 từ B, vì A, B là hai biên
của dao động Đối với chiều đi xuống, vị trí cân bằng sẽ dịch một khoảng y
sao cho
ky mg mg
Do đó, các điểm dừng (vị trí biên) nằm ở cách B
n(2mg sin α)/k và L - n (2mg sin α)/k cho số nguyên n Các tấm sẽ ngừng vĩnh viễn khi
n(2mg sin α)/k > L/2 hoặc
L - n(2mg sin α)/k < L/2 + (mg sin α)/k, bất cứ điều kiện nào xảy ra đầu tiên (điều kiện đầu tiên tương ứng với đi
xuống và dừng lại phía trên trung điểm, điều kiện thứ hai tương ứng với đi lên
và dừng lại phía dưới điểm cân bằng trên ) Điều kiện thứ hai có thể được viết
lại như sau
1 (2 sin ) / / 2 2
0.5
0.25 0.25 0.25
0.25
Câu 4:
Chia bản thành các lớp rất mỏng bằng các mặt phẳng vuông góc với trục Ay sao cho chiết suất của mỗi lớp hầu như không thay đổi và bằng n1, n2, n3 …do
đó phần truyền của tia sáng trong mỗi lớp được xem như là đoạn thẳng Áp dụng định luật khúc xạ ta có:
n0sini0 = n1sin1 = n2sin2 … = nsini
0 sin 0 (1)
sini n i
n
2
sin tan
1 sin
i
2 2 2
0 0
sin sin
dx
2
2 2 y
0.25
0.25
0.25 0.5
Trang 7y
i 1
i 2
O
i 0
y
x d
Hình vẽ 10
sin 2
ac i
B
cos 2
ac i
B
Thay vào (3) ta có 0
2
sin
cos
2 1 sin
2
ar sin
2 cos
ar sin cos
0 0
B y
B y
0
ar sin
cos 2
x
B
2 2
0 1
2 2
2
Vậy quỹ đạo tia sáng là một đường hình sin
Hàm 0 0 02 12 sẽ cắt trục Ox tại những điểm cách đều nhau
2 2
0 0
0 1
cos sin
sin
2 2
0 1
a sin
d
0.5
0.5
0.5
0.25
0.5
0.5
Câu 5
Cơ sở lý thuyết:
Tích điện cho tụ điện đến giá trị U0 sau đó nối tụ điện với điện trở cho trước R Hiệu điện thế trên tụ giảm theo quy luật hàm mũ
0
t RC
U U e
t
0.25
0.25
Trang 80 ln 0
t
e
0 ln
t C
U R U
Đo được các hiệu điện thế U0 và U, thời gian phóng điện từ U0 đến U thay vào công thức trên tính được giá trị của C
Các bước tiến hành:
Lắp sơ đồ mạch điện như hình vẽ:
C R
K
V
Chuyển công tắc K sang vị trí nguồn để tích điện cho tụ C
Sau một thời gian tích điện chuyển công tắc sang vị trí nối với R
Đồng thời bấm đồng hồ tính giờ và quan sát trên vôn kế để đọc giá trị của
U0 sau một khoảng thời gian t đọc hiệu điện thế U Ghi các giá trị đọc được vào bảng
1
2
3
Tính giá trị trung bình của C:
3
Tính sai số trung bình
3
Két quả C đo được:
C C C
0.25
0.25
0.5
0.25 0.25
0.5
0.5
1.0
Nguyễn Hoàng Nam - ĐT liên hệ: 0983210195
Ký tên