Vật lý 11 học sinh giỏi trại hè hùng vương các trường chuyên sơn LA mới nhất

Một vòng dây hình vuông có chiều dài một cạnh là a nằm trong mặt phẳng của các dây dẫn và cách một trong hai sợi dây một khoảng b như hình 4?. 0,5 - Để dựng ảnh của một vật sáng AB đặt v

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XII ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ TRƯỜNG THPT CHUYÊN TỈNH ƠN LA LỚP 11

ĐỀ THI ĐỀ XUẤT (Đề này có trang, gồm câu)

Câu 1 (3,5 điểm)

Hai điện tích điểm q1 = 9.10 - 8 C và q2 = - 10 – 8 C được giữ chặt tại A, B trong chân không, AB = a =

20cm

a) Tìm điểm M tại đó cường độ điện trường tổng hợp

bằng không? Điện thế tại điểm M đó bằng bao nhiêu?

b) Một hạt khối lượng m = 10 – 10 kg, điện tích q0 = 10-8 C chuyển động dọc theo AB như

hình 1 Tìm vận tốc của m khi ở rất xa A, B để nó có thể chuyển động đến B.

Câu 2 (4 điểm)

Cho mạch điện như hình 2, U=12V, R1=10Ω,

R2=100Ω, L=10H, điện trở của L nhỏ không đáng kể

1 Tìm nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R2 khi công tắc

đóng và được giữ ở trạng thái đóng trong một thời gian

dài

2 Tìm nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R2 khi công tắc

sau khi đóng một thời gian dài thì và được ra và giữ ở

trạng thái mở trong thời gian dài

Câu 3: (3,5 điểm)

Cho một thấu kính có dạng một bán cầu tâm

O, bán kính R = 9cm, làm bằng thủy tinh có chiết

suất n1 = 1,5 có trục đối xứng Ox (Hình 3) Môi

trường tiếp xúc với mặt cầu của thấu kính là không

khí (chiết suất n0 = 1) Môi trường tiếp xúc với mặt

phẳng của thấu kính là nước (chiết suất n2 = 4/3)

Các tia sáng truyền vào thấu kính đều thỏa mãn điều

kiện tương điểm

1 Xác định vị trí các tiêu điểm của thấu kính?

2 Dựa vào kết quả tính ở câu 1, hãy trình bày và giải thích cách dựng ảnh của vật sáng bất kỳ đặt vuông góc với trục chính Ox?

Câu 4: (3,5 điểm)

Hai dây dẫn dài vô hạn song song đặt cố định cách nhau

khoảng d mang các dòng điện I bằng nhau nhưng ngược chiều,

trong đó I thay đổi theo thời gian theo quy luật I=k.t (k là hằng

số) Một vòng dây hình vuông có chiều dài một cạnh là a nằm

trong mặt phẳng của các dây dẫn và cách một trong hai sợi dây

một khoảng b như hình 4 Biết d=2b và a=3b.

1 Hãy tìm suất điện động cảm ứng trên vòng dây hình

vuông

2 Biết điện trở trên một đơn vị chiều dài của vòng dây

là r Để vòng dây đứng yên cần tác dụng lên nó một lực như thế nào?

Câu 5: (3,5điểm)

m

q0

q2

q1

B A

Hình 1

x

O

Hình 3

R

2

L

1

-+

Hình 2

U

B

A

a b

d I

I

2 1

Hình 4

cứng k=100N/m, một đầu gắn cố định, một đầu

gắn với một vật nhỏ có khối lượng

m1=200gam Đặt vật m2=50gam lên trên vật

m1 Vật m0= 1

12 kg chuyển động với vận tốc ban đầu v0 đến va chạm đàn hồi xuyên tâm với m1

Bỏ qua lực cản không khí, lực ma sát giữa vật m1 và mặt sàn Hệ số ma sát giữa vật m1 và

m2 là   12 0,6 Cho g = 10m/s 2

1 Giả sử m2 bám m1, sau va chạm hệ (m1 + m2)dao động điều hoà với biên độ A=1cm a) Tính v 0

b) Chọn gốc thời gian ngay sau va chạm, gốc toạ độ tại vị trí va chạm, chiều dương của trục

toạ độ hướng từ trái sang phải (hình vẽ) Viết phương trình dao động của hệ (m1 + m2) Tính

thời điểm hệ vật đi qua vị trí x = + 0,5 cm lần thứ 2016 kể từ thời điểm t = 0.

2 Vận tốc v0 phải ở trong giới hạn nào để vật m1 và m2 không trượt trên nhau trong quá trình dao động ?

Câu 6: (2 điểm)

Cho các dụng cụ và thiết bị sau:

- 1 nam châm vĩnh cửu hình chữ U;

- 1 nguồn điện 1 chiều;

- 1 biến trở;

- 1 vôn kế có nhiều thang đo;

- 1 thanh kim loại mỏng, đồng chất, bằng đồng, tiết diện đều hình chữ nhật;

- Thước đo chiều dài;

- Cuộn chỉ;

- Cân đòn (cân khối lượng);

- Dây nối và khóa K

Hãy trình bày thí nghiệm xác định mật độ hạt electron tự do trong thanh kim loại a) Xây dựng các công thức cần sử dụng

b) Cách bố trí thí nghiệm Nêu các bước tiến hành thí nghiệm

c) Trình bày cách xây dựng bảng số liệu và đồ thị trong xử lí số liệu

(Biết khe giữa hai cực từ của nam châm hình chữ U đủ lớn để có thể đưa các dụng cụ cần thiết vào trong đó)

HẾT

Người ra đề

Ngô Quang Tuấn

Điện thoại: 0983054867

Hình 4

m2

m1

m

0

k

HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN: VẬT LÝ, LỚP: 11 Lưu ý: Các cách giải khác hướng dẫn chấm, nếu đúng cho điểm tối đa theo thang điểm đã định.

1 a) Tại M, có cường độ điện trường E1

, E2

do q1, q2 gây ra Để cường độ điện trường tổng hợp tại M bằng không thì E1, E2 :

- Cường phương: M trên đường thẳng AB

- Ngược chiều: M nằm ngoài đoạn AB

- Độ lớn bằng nhau

0,25

Có: E1=E2 k q12 q2 2

0,25

Điện thế tại M: 1 2

M

V

b) Điện tích q0 chịu tác dụng lực đẩy F1

của q1 và lực hút F2 của q2 Gọi x là

khoảng cách từ điện tích q0 tới B

0,25

Ta có:

 

1 0

k q q F

AB x



k q q F

x



Từ câu a) có: x=AM thì F1 F2

0, 5

Khix AM thì F1 F2; khi x AM thì F1 F2 Vậy khi x AM thì lực

tổng hợp tác dụng lên m sẽ hướng vào A,B

0, 5

Vậy để m có thể chuyển động được tới B thì m phải chuyển động tới M,

sau đó do lực tổng hợp là lực hút, vật m sẽ tự chuyển động tới B

0,25

Áp dụng bảo toàn năng lượng cho hệ:

2 2

0

M M

v v

0,5

0

2q V M v

m

Vận tốc của m khi ở rất xa A, B để nó có thể chuyển động đến B là

0

2q V M v

m

0,25

Câu 2 Xét một điện trở R và một cuộn cảm L mắc nối tiếp với một ắc quy có

suất điện động E Ta có:

.

dI

dt

0,25

Hay:

.

R







0,25

Lấy tích phân hai vế được: ln E I R t t k



    

Trong đô L

R

  và k là hằng số

0,5

Đặt I=I(0) tại t=0 và I=I  khit   0,25

q0

q2

q1

B A

  R

Nghiệm được viết dưới dạng sau:

      0  

t t

0,25

1 Xét trường hợp khi công tắc vừa mới đóng:

 

2 0

2

0,91

R

U



0,25

Sau khi công tắc đóng một thời gian dài:

 

2 0

R

I   vì trong trạng thái dứng, toàn bộ dòng điện sẽ đi qua L vì nó có

điện trở nhỏ không đáng kể

0,25

Vì hằng số thời gian của mạch

1,1

L

s



0,25

Ta có

2 ( ) 2 ( ) 2 (0) 2 ( )

t

Nhiệt tỏa ra trên R2

2 2

2 ( ) 2 0

WR I R t R dt



0

0,91 e t.100dt 45,5J









0,5

2 Khi công tắc mới mở, ta có

(0)

1

10

L

V

R

0,25

Năm lượng tích trữ trong cuộn cảm L tại thời điểm này sẽ chuyển thành

nhiệt tỏa ra trân điện trở R2 Vậy nhiệt tỏa ra trên điện trở R2 là

2

2 (0)

0,5

3 - Từ phía mặt cong nhìn vào ta thấy, thấu kính bán cầu có thể coi là một

hệ gồm một thấu kính mỏng

ghép sát với một bản mặt song

song

- Tiêu điểm vật F0 của thấu

kính mỏng xác định bởi công

thức:

1

9

18

1 1,5 1

R

n

0,5

- Chùm sáng xuất phát từ F0 đi vào thấu kính hội tụ mỏng, biến thành

chùm song song với trục chính, qua bản mặt song song vẫn là chùm

song song với chục chính Vậy F0 là tiêu điểm vật của thấu kính, cách

đỉnh S của bán cầu một khoảng:

F S0  18cm

0,25

- Để tìm tiêu điểm ảnh, ta xét một tia song song với trục chính, gặp mặt

cầu tại I Tia này khúc xạ tại I qua lưỡng chất cầu rồi khúc xạ tại K qua

lưỡng chất phẳng, cuối cùng đến gặp trục chính tại Fi

- Coi chùm tia song song xuất phát từ vật ở xa vô cực qua lưỡng chất

cầu:

0,5

x

O

H

K’

K

r i

i J

F

0

d



- Ảnh này là vật cách lưỡng chất phẳng (tại O) một khoảng:

OJ = d1 = 27 – 9 = 18cm

0,25

- Qua lưỡng chất phẳng cho ảnh tại Fi cách O là:

2

1

OF i d n d 16cm.

n

0,5

2) Xét tia tới song song với trục chính Kéo dài tia tới và tia ló ta thấy

chúng cắt nhau tại một điểm H’ Điểm này cách mặt phẳng của thấu

kính đoạn H’K’

Ta có: OFi = 16cm; OJ = 18cm

SI = HH’ hay SJ.tani = HFi tanr

2

8

n SJ



0,5

- Cách vẽ ảnh: Từ đỉnh S, ta dựng mặt phẳng P1 và từ điểm H cách O

một khoảng 8cm về bên trái, ta dựng mặt phẳng P2 vuông góc với trục

chính

0,5

- Để dựng ảnh của một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của

thấu kính Từ B ta vẽ hai tia:

- Tia từ B qua F0 (cách đỉnh S của mặt cầu 18cm), tia này sau khi gặp

mặt phẳng P1 thì truyền song song với trục chính

- Tia từ B truyền song song với trục chính, sau khi qua P2 thì đi qua tiêu

điểm ảnh Fi

- Giao điểm của hai tia ló là ảnh B’

0,5

Câu 4 1 Từ trường do một dây dẫn thẳng, dài vô hạn mang dòng điện I sinh ra

tại một điểm cách dây dân một khoảng r: 0

2

I B

r





 , từ trường này có vuông góc với sợi dây và mặt phẳng chứa vòng dây

0,25

Từ thông do dây dẫn 1 gửi qua vòng dây hướng vào trong:

a b d

d b

dr



 



 





0,5

Từ thông do dây dẫn 2 gửi qua vòng dây hướng ra ngoài:

b a

b

dr







0,5

B

B’

S

F0

H’

H

Fi

P1 P2

2  Suất điện động cảm ứng trong vòng dây

0 ln 2 0 ln 2



0,5

2 Từ trường do dòng điện cảm ứng sinh ra chống lại sự biến thiên của

từ thông, từ tường này có hướng đi vào phia trong Sử dụng quy tắc bàn

tay phải ta thấy dòng điện cảm ứng chạy theo chiều kim đồng hồ, có độ

lớn:

4

C

I

8

k r





0,25

Từ trường do hai dây dẫn thẳng dài gây ra tại vị trí vòng dây hướng ra

ngoài Lực từ do hai dòng điện tác dụng lên cạnh BC và DA triệt tiêu

Lực từ tác dụng lên AB nằm trong mặt phẳng chứa hai dây dẫn, vuông

góc với hai dây dẫn, hướng ra xa hai dây dẫn Lực từ tác dụng lên CD

nằm trong mặt phẳng chứa hai dây dẫn, vuông góc với hai dây dẫn,

hướng về phía hai dây dẫn

0,25

Có: F AB F CD nên lực từ tác dụng lên khung hướng ra xa dây dẫn và có

0,5

F 

2

2

7

ln 2 64

t k

r





Vậy để khung dây đứng yên cần tác dụng lực hướng ra xa dây dẫn có độ

lớn F 

2

2

7

ln 2 64

t k

r



0,5

Câu 5 1 a) Đặt m = m1 + m2 = 250 g = 0,25 kg

Sau va chạm m dao động điều hoà với tần số góc ω =

m

k = 20 rad/s

0,5

Vận tốc của m ngay sau va chạm v = ωA = 20 cm/s 0,25 Xét quá trình va chạm giữa m0 và m:

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: m0v0 = mv + m0v1 (1)

Áp dụng định luật định luật bảo toàn động năng: 2

1 0 2 2 0

0,5

Từ (1) và (2): 40 ( / )

2

) (

0

0

m

v m m

b) t=0, m qua vị trí cân bằng ngược chiều dương nên phương trình dao

động của m là: x = cos (20t + π/2) cm

0,25

+) Thời điểm m qua vị trí x = + 0,5 cm lần thứ 2016: t =







với Δφ =11

12

 + 2014π

0,5

2 Khi hai vật đứng yên với nhau thì lực làm cho vật m2 chuyển động

chính là lực ma sát nghỉ giữa hai vật, lực này gây ra gia tốc cho vật m2

msn

g



0,25

Mà: 0

2

v



Từ (3) và (4) ta có: 12

0

2

0,6 /

g



Câu 6 a) Xây dựng công thức:

Để xác định mật độ

electron tự do trong

thanh kim loại, ta sử

dụng hiệu ứng Hall

Giả sử cảm ứng từ trong

khe giữa hai cực từ của

thanh nam châm là B

Khi đó hiệu điện thế Hall là: U 1 IB

en d

 (1) Với: I là cường độ dòng điện, B là độ lớn cảm ứng từ trong khe,

e là điện tích nguyên tố, d là chiều dày của thanh, n là mật độ electron tự

do trong thanh

0,25

Mặt khác, ta có thể xác định được cảm ứng từ B thông qua đo lực lừ tác

dụng lên thanh (thanh nằm ngang và vuông góc với đường sức từ) Khi

cho dòng điện I chạy qua thanh, thì lực từ tác dụng lên thanh chính bằng

sự thay đổi của trọng lực ở cánh tay đòn không treo thanh để cân thăng

bằng bền so với trường hợp không có dòng điện chạy qua

F=Δm.g  B.I.l = Δm.g .

.

m g B

I l



  (2)

0,25

Từ (1) và (2) ta có: .

.

n

e ld U



 (3)

Lưu ý trong thí nghiệm hiệu điện thế Hall thu được có giá trị luôn nhỏ

hơn so với giá trị trung bình từ lí thuyết nên mật độ electron tự do thực

tế khoảng: 2 .

3

n

e ld U



 (4)

0,25

Vậy để xác định mật độ electron tự do trong thanh, chúng ta cần đo được

chiều dài l của thanh nằm trong từ trường, chiều dày d của thanh và xác

định được mối tương quan giữa sự thay đổi khối lượng Δm (khi có dòng

điện và khi không có dòng điện chạy qua) với hiệu điện thế U tương

ứng

0,25

b) Cách bố trí thí nghiệm:

- Treo thanh kim loại nằm ngang vào đầu một đòn cân, đặt thanh vào

giữa hai cực của nam châm hình chữ U, đặt các quả cân ở đĩa cân treo ở

đòn cân bên kia sao cho cân thăng bằng

- Nối hai đầu thanh với nguồn điện, biến trở, khóa K

0,25

* Tiến hành thí nghiệm và thu thập số liệu:

- Bước 1: Đo chiều dài l của phần thanh kim loại nằm ngang nằm ngang

trong từ trường và chiều dày d của thanh

- Bước 2: Sử dụng sợi chỉ treo thanh kim loại nằm ngang trong từ trường

và vuông góc với đường sức từ vào một cánh tay đòn của cân

- Bước 3: Mắc mạch điện gồm thanh kim loại, biến trở, khóa K với

0,25

V d

- Bước 4: Khóa K mở, chỉnh cân thăng bằng, ghi lại giá trị của khối

lượng

- Bước 5: Đóng khóa K

+ Sử dụng biến trở để thay đổi cường độ dòng điện trong mạch

+ Chỉnh cân thăng bằng, ghi lại sự thay đổi của khối lượng Δm

+ Dùng vôn kế đo hiệu điện thế Hall giữa mặt trên và dưới của thanh

kim loại Ghi lại giá trị trên vôn kế

- Bước 6: Lặp lại các bước 4 và 5 để thu thập khoảng k bộ số liệu ứng

với k vị trí khác nhau của biến trở

c) Xây dựng bảng số liệu và tính toán:

0,25

- Xác định giá trị trung bình của chiều dài đo được

1

k

i

i

l

l

k





 với k là số lần đo.

- Xác định giá trị trung bình của chiều dày đo được

1

k

i

i

d

d

k





 với k là số lần đo.

- Xác định giá trị ni tương ứng với mỗi cặp giá trị Δmi và Ui theo công

thức (3) hoặc (4)

- Mật độ hạt electron tự do trong thanh có giá trị trung bình:

1

k

i

i

n

n

k







0,25