Vật lý 11 học sinh giỏi trại hè hùng vương các trường chuyên VÙNG CAO VIỆT bắc mới nhất

Tĩnh điện – 3,5 điểm Tại điểm thấp nhất của một thanh nhẵn không dẫn điện có một hạt cườm khối lượng m và điện tích q.. c Hạt ở trên đang đứng yên ở vị trí cân bằng thì người ta nhất giữ

Hình 1

m, q

0

v 

m, q

Hình 2

E3

N

E2 E1

D M

R

C R E

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XII

TRƯỜNG PT VÙNG CAO VIỆT BẮC

ĐỀ THI ĐỀ XUẤT

-ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ - KHỐI 11

Năm học 2015 - 2016

Thời gian làm bài: 180 phút

(Đề này có 03 trang, gồm 06 câu)

Bài 1 (Tĩnh điện – 3,5 điểm)

Tại điểm thấp nhất của một thanh nhẵn không dẫn điện có

một hạt cườm khối lượng m và điện tích q Phía trên nó là một hạt

cườm khác giống nó (Hình 1) Bỏ qua mọi ma sát và lực cản

không khí

a) Xác định khoảng cách giữa hai hạt khi hệ cân bằng

b) Tìm chu kỳ dao động nhỏ của hạt ở trên

c) Hạt ở trên đang đứng yên ở vị trí cân bằng thì người ta

nhất giữa hai hạt

Bài 2 (Điện – 3,5 điểm)

Cho mạch điện như hình 2 Biết E1 = 4V, E2 = 8V, E = 16V, R1 = 3, R2 = 6, điện trở của biến trở R = 12 Bỏ qua điện trở trong của

các nguồn và điện trở của dây nối

a) Khi điều chỉnh con chạy thì công suất tổng cộng

trên các điện trở R1 và R2 có thể đạt giá trị lớn nhất, nhỏ

nhất bằng bao nhiêu? Xác định điện trở của phần biến trở

AC khi đó

b) Giữ nguyên con chạy của biến trở ở một vị trí

nào đó Nếu nối A, D bằng một Ampekế có điện trở

không đáng kể thì Ampekế chỉ dòng bằng 4A Nếu nối Ampekế đó vào hai điểm A, M

nhiêu?

Bài 3 (Quang hình học – 4,0 điểm)

Hai thấu kính hội tụ L1 và L2 có tiêu cự f1 = 10cm và f2 = 30cm ghép đồng trục cách nhau l = 50cm Một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính, A thuộc trục chính, đặt trước thấu kính L1

1 - Từ vị trí ban đầu, nếu dịch vật lại gần thấu kính L1 thêm 10cm thì ảnh qua quang hệ không đổi chiều nhưng chiều cao ảnh thì giảm 3 lần Xác định vị trí ban đầu của vật

2 - Đặt thêm thấu kính hội tụ L3 có tiêu cự ngắn f3 = 2,5cm vào khoảng giữa hai thấu kính trên thì thấy một chùm sáng song song tới quang hệ cho chùm ló cũng là chùm song song

a) Xác định vị trí đặt L3

b) Chứng minh rằng khi đó nếu đặt vật AB như ý 1 trước quang hệ thì ảnh của

AB qua quang hệ có hệ số phóng đại không đổi Tìm hệ số phóng đại đó

Bài 4 (Từ trường _ Cảm ứng điện từ - 3,0 điểm)

từ B và vuông góc với mặt biên của vùng không gian có từ trường

a) Hãy xác định giá trị của hiệu điện thế V0 để tăng tốc cho prôtôn sao cho hạt prôtôn đi qua được vùng đầu tiên

hai, thì có vận tốc hợp với phương của vận tốc ban đầu một góc 600

Bài 5 (Dao động cơ - 4,0 điểm)

Một lò xo có khối lượng M được phân bố đều dọc theo các vòng của lò xo

a) Để xác định độ cứng k của lò xo này, người ta đặt nó trên mặt phẳng nằm

ngang Khi cân bằng lò xo giãn ra một đoạn l Tính độ cứng k của lò xo

b) Treo lò xo thẳng đứng, lò xo giãn ra bao nhiêu? Nếu móc vào đầu dưới của lò

xo một vật có khối lượng m, thì khi cân bằng lò xo giãn ra bao nhiêu?

c) Cho con lắc dao động theo phương thẳng đứng Hãy xác định chu kỳ dao động của con lắc

Bài 6 (Phương án thực hành – 2,0 điểm)

Một hộp đen quang học là ống hình trụ, hai đầu ống có gắn hai thấu kính, giữa chúng là không khí Xác định tiêu cự các thấu kính

Dụng cụ cho như sau:

* Một hộp đen quang học

* Đèn chiếu sáng

* Một số tờ giấy kẻ mm

* Giá quang học, màn hứng ảnh

* Thước đo chiều dài

Hết

Người ra đề

Vũ Thị Thu

(Điện thoại: 0946 609 612)

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XII

TRƯỜNG PT VÙNG CAO VIỆT BẮC

HƯỚNG DẪN CHẤM

-HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN VẬT LÝ - KHỐI 11

Năm học 2015 - 2016

(Đáp án gồm có 06 trang)

Lưu ý: Các cách giải khác hướng dẫn chấm, nếu đúng cho điểm tối đa theo thang

điểm đã định

Bài 1 (Tĩnh điện – 3,5 điểm)

a –

0,5 điểm

- Khi hệ cân bằng:

2 2 0

q

mg k

r



, suy ra:

2 0

kq r

mg



b –

1,5 điểm

- Chọn gốc tọa độ tại VTCB, chiều dương hướng lên trên.

Phương trình định luật II Niu-tơn:

2 2 0

''

q

''

r x  r 

0,5

Dao động nhỏ, tức x << r0

Do đó pt trên có thể viết thành:

2 3 0

2

mr

Vậy hạt trên dao động điều hòa với chu kỳ:

0 0 2

2

2

r mr T







, với r0 xác định ở trên

0,5

c –

1,5 điểm

- Hai hạt gần nhau nhất khi vận tốc tương đối giữa chúng bằng 0, tức là cả 2 hạt có vận tốc bằng vận tốc khối tâm v

Lực điện là nội lực, hệ 2 hạt chịu tác dụng của ngoại lực là trọng lực 2mg Ban đầu khối tâm có vận tốc là

0 2

v

, khi khối tâm có vận tốc v thì khối tâm G đã đi được quãng đường s, có:

2 2 0

2

2

v

gs    v

  (1)

0,5

- Chọn vị trí ban đầu của hạt ở dưới làm gốc tọa độ và gốc thế năng trọng trường Khi hai hạt ở gần nhau nhất thì hạt ở dưới có tọa độ là x1, hạt ở trên là r0 + x2, còn khối tâm có tọa độ

0,5

N

E2 E1

D M

R

C R E

e, r

E 1

A A

R 1

0 2

G

r

Ta có: 2mx G mx1 m r( 0 x2 ), hay 2s x  1 x2, Suy ra (1) có thể viết thành:

2 2 0

4

v mgs mg x x  m  mv

(2) Bảo toàn năng lượng:

2

1

(3)

Giải (2) và (3) ta được:

2 0

0 0

4 4

r kq x

mr v kq





0,5

Bài 2 (Điện – 3,5 điểm)

a –

1,5 điểm

- Gọi U1 và U2 là hiệu điện thế hai cực của R1 và R2

- Sử dụng phương trình cộng hiệu điện thế:

UAC = UAM + E1 = U1 + 4

UCB = E2 + UNB = 8 + U2

UAB = UAC + UCB

 16 = 12 + U1 + U2

 U1 + U2 = 4 (1)

0,5

- Công suất tổng cộng:

2 1

U



- Tìm được Pmin = 16/9W khi U1 = 4/3V và RAC = x = 4

a –

2,0 điểm

- Ta coi mạch ACDNB như một nguồn tương đương có suất điện động e, điện trở trong

r

- Khi mắc Ampekế vào

A, D:

1 1

4 3

A

I

 

1,0

- Khi mắc Ampekế vào A, M:

0,5

 

2

A

I

- Giải hệ (1) và (2) tìm được: r = 24/7, e = 48/7V

1 1

4 9

e E

r R





0,5

Bài 3: (Quang hình học: 4 điểm)

1 –

1,0 điểm

Sơ đồ tạo ảnh:

Ở vị trí ban đầu, hệ số phóng đại ảnh qua hệ là:

1 2

30

f f k

0,5

Dịch vật lại gần thấu kính thêm 10cm thì hệ số phóng đại ảnh là:

' 1

30 30

k d





Theo đề: k = 3k’ Nên d1 = 15cm

Vị trí ban đầu của vật cách thấu kính thứ nhất 15cm

0,5

2 –

3,0 điểm

a) Xác định vị trí đặt L3: Giả sử L3 cách L1 một đoạn x Sơ

đồ tạo ảnh:

3

L

Để thỏa mãn điều kiện đề bài thì: d 1 ; d 2'

 d1' f d1; 2 f2 d3  x f d1; 3'  l x f2

Thay số và giải phương trình tìm được

x = O1O3 = 15cm; O2O3 = 35cm

1,0

b) Chứng minh k không đổi:

Cách 1: Chứng minh k không đổi và tìm k bằng cách vẽ hình

0,5

α O1

C

d r1

α O1

C

d

r1 d

γ

β

(2) (1)

'

'

k

AB



 Thay số: k = 3

Cách 2: Giải bằng phương pháp đại số, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa

1,0

Bài 4 (Từ trường _ Cảm ứng điện từ - 3,0 điểm)

a –

1,0 điểm

- Trong từ trường đều, hạt mang điện có quỹ đạo là đường tròn, bán kính

r1 = 1

mv qB

- Theo định luật bảo toàn năng lượng:

2 0

2

mv

qV



Từ đó: r1 =

2

0

1

2

1

mv m

mV

q B qB

0,5

- Để prôtôn đi qua được vùng thứ nhất thì r1 > d, do đó:

V0 > m

d qB

2

2 2 1

= 3,1kV

0,5

b –

1,0 điểm

- Sau khi qua vùng 1, prôtôn vẫn giữ nguyên giá trị vận tốc, nhưng có phương thay đổi (Lực Lo-ren-xơ không làm thay đổi độ lớn vận tốc của hạt mang điện)

d

r

Do B2 = 2B1 nên: r2 =

0 1 2

2

2

mV

r

qB 

0,5

- Để prôtôn đi qua được vùng 2 thì:

O H2 > (r2sinα + d) → r1 > 3d

0,5

Vậy: V0 > 9 m

d qB

2

2 2 1

= 28kV

c –

1,0 điểm - Góc lệch toàn bộ: δ = α + γ,

- Theo điều kiện của bài toán

δ = 3



do đó:

sin

3 cos sin



0,5

Vì cosβ =

( sin2 ) 3

 



nên V0 = 12

2 2 1

2

qB d

Bài 5 (Dao động cơ - 4,0 điểm)

a –

0,5 điểm

Độ cứng k của lò xo:

ĐKCB ta có:

F

F k    k 







0,5

SS +ds





O

s V

x

v

s

b –

1,5 điểm

Khi treo lò xo Do có trọng lượng nên lò xo giãn ra Xét một phần tử của lò xo nằm trong khoảng s và s + ds ;

0 s   Phần tử này coi như một lò xo có có độ dài ds và

độ cứng ks Lò xo nhỏ này bị kéo dãn bởi trọng lượng của phần lò xo nằm dưới nó Gọi d là độ giãn của phần tử này,

ta có:

ks

 

M

d     s g

0,5

Mặt khác độ cứng của lò xo tỷ lệ nghich với chiều dài của

k

k ds k k

ds

    

(2)

Mg

k

0

Mg

k



Mg 2k

0,5

Khi đầu dưới có treo vật m thì khi cân bằng lò xo giãn một đoạn

 

0

M 2m g mg



c –

2,0 điểm

Chọn gốc toạ độ tại VTCB Giả sử tại thời điểm t vật m có

li độ x và vận tốc v Sau thời gian dt đầu dưới của lò xo





của lò xo cách điểm treo một đoạn là s sẽ dịch chuyển một đoạn

sdx



0,5

Động năng của phần tử này là

2

2

      nên động năng của lò xo là:

0,5

3 0

ĐLBTNL cho toàn hệ con lắc lò xo ta có:

W =

Lấy đạo hàm 2 vế ta có:

Kxx’ +

M

3

k

M m 3



0,5

Vậy hệ dao động điều hoà với

m 3



Bài 6 (Phương án thực hành – 2,0 điểm)

Bài 6 –

2,0 điểm

+ Bước 1: Xác định quang trục hệ thấu kính, tô đậm môt ô vuông trên tờ giấy mm làm vật Dùng đèn chiếu sáng vật,

xê dich màn để hứng được ảnh rõ nét trên màn

0,5

+Bước 2: Đo khoảng cách d, d/, hệ số phóng đại K

- Lần 1: Vật kính là O1, kính gần màn là O2 : d1, d1/, K1

- Lần 2 :Vật kính là O2, kính gần màn là O1 : d2 , d2/ , K2

0,5

+ Bước 3: Các phép tính:

- Lần 1:

'

1 1 2 1 2 1 2



- Lần 2:

2 2 1 2 2 2 2 2



0,5

- Từ (1) và (2) →

' '

1 2 1 2 1 2

1 1 1 2 1 2 2 1

d d K K d d f

K d K K d d d K





- Lặp lại các thao tác trên và tính giá trị f2

- Làm tương tự ta tính được

' '

1 2 1 2 1 2

2 2 1 2 2 1 1 2

d d K K d d f

K d K K d d d K





- Lặp lại các thao tác trên và tính giá trị f1

0,5

Người phản biện đáp án