TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XII TRƯỜNG THPT CHUYÊN TUYÊN QUANG -ĐỀ THI ĐỀ XUẤT ĐỀ THI MÔN:VẬT LÍ LỚP:11 Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề) Đề thi có 01 trang k, ℓ k, ℓ Câu1(5 điểm): Một đĩa mỏng có khối lượng M bán kính R nối với hai lò xo M có hệ số đàn hồi k với điểm cố định mặt bàn không ma sát Chiếc đĩa quay tự không bị ràng buộc quay mặt phẳng, không bị kéo căng lò xo có chiều dài l thời điểm đĩa cân lò xo bị kéo căng đến độ dài ℓ > ℓ hình vẽ với dao động nhỏ tần số kiểu dao động chuẩn tắc bao nhiêu? Phác họa chuyển động kiểu dao động Câu 2(5 điểm): Một cầu khối lượng m =1,0g, mang điện tích q buộc vào đầu cuối sợi cách điện Đầu sợi buộc vào điểm cao vòng dây có bán kính R= 5,0 cm đặt mặt phẳng thẳng đứng Vòng dây làm dây dẫn cứng có bán kính nhỏ không đáng kể Vòng dây tích điện tích Q = q= 9,0.10 -8C phân bố đặn Xác định chiều dài ℓ sợi dây treo để sau bị đẩy lệch cầu nằm trục vòng dây vuông góc với mặt vòng Cho ε0= 8,9.10-12 F/m Bỏ qua khối lượng dây L Câu 3(5 điểm): Để nạp điện acqui ôtô với suất điện động E =12 V từ nguồn có hiệu điện không đổi U0= 5V, người ta sử dụng mạch điện hình vẽ Mạch bao gồm cuộn dây có độ tự cảm L= 0,1 H, diot lý tưởng D ngắt điện K mà đóng, mở cách tuần hoàn sau khoảng thời gian τ 1= τ2=0,1 s Trong thời gian thực việc nạp acqui để đạt tới điện tích q= 0,1 ampe.giờ? bỏ qua tổn hao trở + J J K K E E U0 Đ E K J K E Câu (3 điểm): Tam giác ABC tiết diện thẳng lăng kính Tại điểm kéo dài cạnh BC hai phía ta chọn điểm D, E Khi đặt ống ngắm với quang trục dọc theo chiều BC sau phải quay ống kính góc 25 nhìn thấy điểm E xuất tâm điểm kính vật kính, chuyển kính sang điểm E với điều kiện tượng tự phải quay góc 12 045’ nhìn thấy điểm D ( xuất kính vật) Tính chiết suất lăng kính Câu (2 điểm): Trình bày phương án thí nghiệm xác định số Faraday điện tích electron phương pháp điện phân - Hết Người đề: Nguyễn Thị Thuần Yên 0914.518.368 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN: VẬT LÝ, LỚP: 11 Lưu ý: Các cách giải khác hướng dẫn chấm, cho điểm tối đa theo thang điểm định Câu Nội dung Chuyển động đĩa bị hạn chế mặt phẳng thẳng đứng Đĩa tham gia vào dao động: - Dao động thẳng theo phương ngang - Dao động mặt phẳng thẳng đứng Xét thời điểm t khối tâm đĩa dịch chuyển đoạn x quay góc α(hình vẽ - xét tới bậc λ góc α tác dụng với góc nhỏ) lực đàn hồi là: F = k(ℓ + x - ℓ) ; F = k( ℓ -x - ℓ) Khi phương trình chuyển động là: Điểm 0.5 0.25 0.25 0.5 0.5 - Phương trình chuyển động thẳng: F - F = Ma = Mx” = -2kx ⇔ x" + 2k x = (1) M Phương trình chuyển động quay: (F + F )Rsinϕ = Iα” (2) ( Rsinα = OI ) sin(π − ϕ ) sin α Với I = MR2 ϕ cho : = ( với x nhỏ α nhỏ) l+ R + x l+ x l+R l+R ⇒ sinϕ = sinα = ( ) α (*) l l l+R Thay (* )vào (2) ta được: (F1 + F2) α = MRα” l 4k (l − l0 )(l − R ) α = (3) ⇒ α” + MlR kết luận: - phương trình (1) cho tần số góc dao động tuyến tính là: 0.5 - 2k M - phương trình (3) cho tần số góc dao động quay: ω1= 4k (l − l0 )(l − R ) MlR Do tần số kiểu dao động chẩn tắc nhỏ là: ω ω f1 = ; ; f2 = 2π 2π Chuyển động hai kiểu dao động chuẩn tắc mô tả hình ω2 = 0.5 0.5 0.5 0.25 0.5 0.25 Câu Nội dung Nếu điều kiện đặt thỏa mãn, nghĩa cầu nằm trục vòng dây vuông góc với mặt phẳng chứa nó, sợi bị căng theo hướng hợp lực lực: trọng lực p=mg lực tương tác tĩnh điện F=qE ( E cường độ dòng điện gây vòng dây điểm nằm trục vòng cách mặt phẳng chứa khoảng x hình vẽ Điểm 0.5 0.5 Hai tam giác OBm mPL đồng dạng, nên ta có: x qE x F = hay R = mg (1) R P Để tính cường độ điện trường ta chia vòng dây thành n phần nhau, Q phần có điện tích n Cường độ điện trường ∆E gây phần nhỏ dây là: Q ∆E = 4πε nl2 5 0.25 Có thể phân tích ∆E thành hai thành phần hướng theo trục x vuông góc với trục x hình vẽ: Q n 0.25 Ta có: ∆Ex = ∆E.cos α = ∆ E x ; l ∆ER = ∆E.sin α Phần dây dẫn xét có phần khác đối xứng với nó, tạo nên hợp phần cường độ điện trường có giá trị ∆ER ngược chiều với ∆ER Vì xét toàn vòng dây ER=0 Do đó: Qx E = n∆Ex = (2) 4πε l3 Từ (1) (2) ta rút ra: 0.25 0.25 0.5 0.5 Câu Nội dung l= 3 Điểm QqR ≈ 7, 2.10−2 m 4πε mg Ở thời điểm ban đầu khóa K mở mạch bị ngắt điện Sau đóng khóa K, mạch chứa nguồn có hiệu điện không đổi, cuộn dây khóa dòng điện bắt đầu tăng lên Theo định luật ôm mạch cho viết: dI U0 − L = dt Vì dòng điện ban đầu không, phụ thuộc dòng điện vào thời gian có dạng: U I (t ) = t L Uτ Sau thời gian τ1 dòng điện cuộn dây trở thành: I (τ ) = L Sau mở khóa bắt đầu trình nạp điện acqui Định luật ôm cho mạch kín viết: E −U0 dI dI U − E − L = hay =− dt dt L Ở chế độ dòng điện giảm theo thời gian cách tuyến tính theo quy luật: I (t ) = Sau thời gian t0 = 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 U0 ( E − U )t τ1 − L L U 0τ dòng điện mạch giảm đến không Vì E −U0 0.5 τ = τ f t0 , dòng điện thực ngừng lại mạch điện bị ngắt thời gian lại, sau đóng khóa tất lặp lại 0.5 Trên hình phụ thuộc tuần hoàn dòng điện qua cuộn dây vào thời gian Phần gạch chéo tương ứng với trình nạp điện Mỗi chu trình nạp điện diễn thời gian τ + τ , điện tích ∆q nạp vào acqui diện tích phần gạch chéo: U 02τ 12 ∆q = I (τ )t0 = 2 L( E − U ) Số chu trình N xác định hệ thức: Từ thời gian nạp điện tổng cộng bằng: N= 2qL ( E − U ) q = ∆q U 02τ 12 0.5 0.5 0.5 Câu Nội dung 2qL( E − U )(τ + τ ) T = N (τ + τ ) = = 22, U 02τ 12 Điểm Câu Nội dung Điểm 0.5 Từ hình vẽ ta thấy: α = 90 − (180 − 25 − 120 ) = 55 0 α ′ = 90 − (180 − 12 45'−120 ) = 430 35' Từ công thức lăng kính ta γ ′ = ϕ − γ = 60 − γ sin α sin α ′ = Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng: hay sin γ sin(60 − γ ) sin α ( + ) = cot γ sin α Mặt khác ta có: cot γ = − sin γ = sin γ n − sin α sin α Vậy từ (1) (2) sau đưa giá trị vào ta 0.5 0.5  sin α  n = sin α 1 − ( − ) = 1,5  sin α  Câu Nội dung Điểm Cơ sở lý thuyết: Trong dung dịch điện phân có phân ly thành ion (+) ion (-) Khi cho dòng điện chạy qua dung dịch (dòng chiều ), ion (+) cực (-); ion (-) cực (+) Sự giải phóng chất điện cực thỏa mãn định luật Faraday - Định luật Faraday thứ cho biết mối liên hệ khối lượng chất thoát điện cực điện lượng q chạy qua bình điện phân m=k.q (1) đó: k đương lượng điện hóa phụ thuộc vào chất hóa học chất thoát điện cực - Định luật Faraday thứ hai tính đến giá trị đương lượng điện hóa: A k =C (2) Z đó: A: khối lượng nguyên tử Z : hóa trị C: hệ số tỉ lệ với chất A Đặt C = thì: K = (3) F F Z A Thế (3) vào (1) ta có: m = (4) F.Z Đại lượng F gọi số Faraday Đại lượng A/Z gọi đương lượng kilogam chất Theo (4) ta thấy số Faraday F có độ lớn giá trị điện lượng qua bình điện phân giải phóng đương lượng kilogam điện cực A Ta có: m = (5) N Z e với N=6,023.1026 số avogadro F e= Từ (3) (5) ta suy ra: (6) N A F = (7) Z K Như đo m q (1) ta xác định k từ (6) xác định F từ (7) xác định e Dụng cụ thí nghiệm - Bình điện phân chứa dung dịch CuSO4 - Hai cực đồng - Nguồn điện chiều a - Biến trở, ngắt điện, ampe kế, đồng hồ đếm giây r - Cân xác 0.25 0.25 0.5 e Bình điện phân CuSO4 Hình vẽ Tiến hành thí nghiệm Câu Nội dung - Mắc mạch điện theo hình vẽ - Dùng cân xác cân khối lượng ban đầu m cực âm đặt vào bình điện phân - Đóng khóa k - Ngắt mạch đồng thời bấm đồng hồ, nhắc cực âm khỏi mạch - Nung cho khô cực âm đưa lên cân xác định khối lượng Như khối lượng chất thoát cực âm: m = m2 - m1 từ (1) xác định k tư (6) xác định F, từ (7) xác định e Điểm 0.5 0.5