HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ TRƯỜNG THPT CHUYÊN HOÀNG VĂN THỤ TỈNH HÒA BÌNH ĐỀ THI ĐỀ XUẤT ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ - KHỐI 11 NĂM 2015 Thời gian làm bài: 180 phút Câu 1 (Tĩnh điện): Một tụ điện trụ dài L, bán kính các bản tụ tương ứng là r và R. Không gian giữa hai bản tụ được lấp đầy bởi hai lớp điện môi cứng, cùng chiều dày, có hằng số điện môi tương ứng là ε 1 và ε 2 (Hình 1). Lớp điện môi ε 1 có thể kéo được ra khỏi tụ điện. Tụ điện được nối với hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi. Ở thời điểm t = 0, lớp điện môi ε 1 bắt đầu được kéo ra khỏi tụ điện với tốc độ không đổi v. Giả thiết điện trường chỉ tập trung trong không gian giữa hai bản tụ, bỏ qua mọi ma sát. Xét trong khoảng L 0 t v < < hãy: 1. Viết biểu thức điện dung của tụ theo thời gian t. 2. Tính lực điện tác dụng lên lớp điện môi ε 1 ở thời điểm t. 3. Xác định cường độ và chiều dòng điện qua nguồn. Câu 2 (Từ trường): Hai thanh ray dẫn điện đặt song song với nhau và cùng nằm trong mặt phẳng ngang, khoảng cách giữa chúng là l. Trên hai thanh ray này có đặt hai thanh dẫn, mỗi thanh có khối lượng m, điện trở thuần R cách nhau một khoảng đủ lớn và cùng vuông góc với hai ray. Thiết lập một từ trường đều có cảm ứng từ B 0 thẳng đứng trong vùng đặt các thanh ray. Bỏ qua điện trở các ray, độ tự cảm của mạch và ma sát. 1. Xác định vận tốc của mỗi thanh dẫn ngay sau khi từ trường được thiết lập. 2. Xác định vận tốc tương đối giữa hai thanh tại thời điểm t tính từ thời điểm từ trường đã được thiết lập. Câu 3 (Quang hình): Đặt một vật sáng AB vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ L 2 có tiêu cự f 2 ; trên màn E đặt cách vật AB một đoạn a = 7,2f 2 ta thu được ảnh của vật. a, Tìm dộ phóng đại của ảnh đó. b, Giữ vật AB và màn E cố định. Tịnh tiến thấu kính L 2 dọc theo trục chính đến vị trí cách màn E 20 cm. Đặt thêm một thấu kính L 1 (tiêu cự f 1 ) đồng trục với L 2 vào trong khoảng giữa AB và L 2 , cách AB môt khoảng 16 cm thì thu được một ảnh cùng chiều và cao bằng AB hiện lên trên màn E. Tìm các tiêu cự f 1 và f 2 Câu 4 (Dao động): Hai đầu một thanh không trọng lượng có chiều dài l=10cm, người ta gắn 2 quả cầu nhỏ, mỗi quả có khối lượng m=9g. Biết rằng 2 quả cầu tích điện trái dấu và độ lớn của các điện tích đó bằng q=3µC và toàn bộ hệ thống được đặt trong một điện trường đều có cường độ E=600V/m và có hướng song song với thanh khi ở VTCB. Bỏ qua tác dụng của trọng lực. Đẩy thanh lệch khỏi vị trí cân bằng góc α=5 0 1. Tính tần số góc của dao động của hệ. 2. Tính công suất tức thời lớn nhất của lực điện tác dụng lên điện tích q trong quá trình hệ dao động. Câu 5 (Phương án thực hành): Trình bày phương án thực hành xác định gần đúng hệ số ma sát trượt giữa gỗ và mặt sàn nhà ngang với các dụng cụ sau: + 01 thước thẳng độ chia nhỏ nhất đến mm. + 01 vật rắn là khối gỗ hình hộp chữ nhật có kích thước 20cm x 30cm x 60cm (không được coi là chất điểm đối với sàn nhà) + 01 bút viết còn mực Có thể coi lực ma sát nghỉ cực đại gần đúng bằng lực ma sát trượt Yêu cầu: Chỉ rõ những điều cần lưu ý trong khi tiến hành thí nghiệm để sai số là nhỏ nhất. Hết ĐÁP ÁN Câu 1: Khi rút một phần lớp điện môi ε 1 ứng với chiều dài x ra khỏi tụ, phần còn lại trong tụ có chiều dài L - x. Tụ lúc này tương đương với hệ gồm 4 tụ có các điện dung lần lượt: ( ) 0 1 1 1 2 C (L x) a (L x); ln R '/ r πε = ε − = ε − ( ) 0 2 2 2 2 C (L x) b (L x) ln R / R ' πε = ε − = ε − ( ) 0 3 2 C x ax ln R '/ r πε = = ; ( ) 0 4 2 2 2 C x b x ln R / R ' πε = ε = ε với ( ) ( ) 0 0 2 2 R r R ' , a= , b= 2 ln R '/ r ln R / R ' πε πε + = Các tụ ghép theo sơ đồ: (C 1 nt C 2 ) // (C 3 nt C 4 ) Ta có: C = C 12 + C 34 ⇒ 2 1 2 1 2 1 1 1 1 2 1 2 1 2 ab ab ab L C x A x B A vt B a b a b a b   ε ε ε ε ε = − + = + = +  ÷ + ε ε + ε ε + ε   (1) Dễ thấy hệ số A < 0. Như vậy điện dung của tụ trụ giảm đều theo thời gian. Tụ được nối với nguồn, hiệu điện thế giữa hai bản cực là U không đổi. Khi kéo lớp điện môi ra khỏi tụ một đoạn x = vt thì năng lượng trong tụ thay đổi, áp dụng định luật bảo toàn năng lượng có: Fdx dW dA+ = với dA là phần công của nguồn thực hiện khi lớp điện môi được rút ra một đoạn dx. Vậy: 2 2 1 1 Fdx Udq U dC U dC 2 2 = − = (2) Thay (1) vào (2) ta có: 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2 2 1 2 (1 )1 1 1 1 Fdx U d(A x B ) A U dx F A U ab U 2 2 2 2 (a b )(a b ) −ε = + = ⇒ = = ε + ε ε + ε Nhận xét: F < 0 chứng tỏ lực điện hướng vào lòng tụ, F không đổi. Chọn chiều dương của dòng điện đi vào bản cực nối với cực dương của nguồn, dòng điện trong mạch: 2 2 1 1 2 2 1 2 (1 )dq UdC 1 i A Uv ab Uv dt dt 2 (a b )(a b ) − ε = = = = ε + ε ε + ε nhận thấy i có dấu âm và giá trị không đổi (khi đó nguồn điện trở thành nguồn thu). Câu 2: 1. Giai đoạn 1: + Trước hết ta hiểu rằng quá trình thiết lập từ trường mặc dù rất nhanh nhưng phải xẩy ra trong một khoảng thời gian nào đó. Ta xét một thời điểm tuỳ ý khi mà cảm ứng từ đang tăng lên. Sự tăng lên của từ trường dẫn đến sự xuất hiện điện trường xoáy làm cho các electron chuyển động trong mạch. Do đó làm xuất hiện suất điện động cảm ứng: dt dB b.l dt d e −=−= φ + Dòng điện chạy trong mạch kín có cường độ: dt dB . R2 b.l R2 e i == + Lực tác dụng lên mỗi thanh bằng: )B(d R4 bl B.l.iF 2 2 == + Phương trình chuyển động của mỗi thanh có dạng: dt )B(d . R4 bl dt dv m 22 = Hay: )B(d. mR4 bl dv 2 2 = + Tích phân hai vế của pt trên ta được: ∫ ∫ = 0 0 v 0 B 0 2 2 )B(d. mR4 bl dv Suy ra vận tốc của mỗi thanh ngay sau khi từ trường được thiết lập là: mR4 B.bl v 2 0 2 0 = 2. Giai đoạn 2: + Sau đó từ trường ổn định với cảm ứng từ B 0 . Chọn t = 0 là lúc mỗi thanh có vận tốc v 0 (các vận tốc hướng về các thanh) + Xét tại thời điểm t: hai thanh có toạ độ tương ứng là x 1 , x 2 và đang chuyển động đến gần nhau. Dòng điện cảm ứng có chiều chống lại sự giảm từ thông qua mạch nên dòng điện cảm ứng đổi chiều. + Pt chuyển động của hai thanh lần lượt là (chiều dương là chiều vận tốc của thanh bên trái ban đầu)    = −= 0 // 2 0 // 1 B.i.lmx B.i.lmx + Trong khoảng thời gian dt rất nhỏ kể từ thời điểm t, dòng điện cảm ứng có độ lớn: R )xx.(l.B Rdt dSB R e i / 2 / 100 − = − ==        −= −−= ⇒ )xx( R lB mx )xx( R l.B mx / 2 / 1 22 0 // 2 / 2 / 1 22 0 // 1 2 2 // / 0 1 2 1 2 2 ( ) ( ) B l m x x x x R ⇒ − = − − ta có 2 2 0 2 2 2 / / 0 12 1 2 12 12 12 2 ( ) . . B l t mR B l v x x mv v v C e R − = − ⇒ = − ⇒ = Câu 3 Khoảng cách vật thật - ảnh thật: a = d + d ’ = 7,2.f 2 = d + 2 2 fd df − có phương trình: d 2 - 7,2f 2 d + 7,2 2 2 f = 0 có nghiệm: d 1 = 6f 2 và d 2 = 1,2 f 2 Độ phóng đại: 5 1 1 2 2 −=⇒ − = k df f k và k 2 = -5 b, Sơ đồ tạo ảnh: AB A 1 B 1 A 2 B 2 + Theo bài ra: d 1 = 16 cm; d 2 = 20 cm Suy ra: a = 7,2f 2 = 16 + l + 20 -> l = 7,2f 2 – 36 Do đó: 2 ' 2 2 ' 2 11 11 2 ' 12 )362,7( fd fd fd fd fdld − = − −−=−= 1 1 2 2 2 16 16 362,7 20 20 f f f f f − −−= − ⇒ (1) * Mặt khác: 2 2 1 1 20 . 16 1 f f f f k − − == (2) L 1 L 2 d 1 ' 1 d d 2 ' 2 d T (1) v (2) ta suy ra: 2 2 2 2 2 20 16 362,7 20 20 f f f f f = Cú phng trỡnh: 010020 2 2 2 =+ ff -> f 2 = 10 cm thay vo (2) ta tỡm c: f 1 = 8 cm Cõu 4: 1, Vì tổng các lực tác dụng lên hệ bằng không, nên hệ quy chiếu gắn với tâm quán tính của hệ là một hệ quy chiếu quán tính. Do đó ta có thể xem điểm giữa của thanh là đứng yên. Để làm tham số đặc trng cho độ lệch của hệ khỏi vị trí cân bằng, ta chọn góc quay của hệ. Động năng của hệ là: E k =2 222 )2/( 2'22' mllm = . Điều này có nghĩa là khối lợng hiệu dụng của hệ bằng m hd =ml 2 /2. Độ biến thiên thế năng khi thanh quay một góc bé bằng công mà lực điện trờng thực hiện lấy với dấu ngợc lại. E t = 2qE ( ) cos1 2 l =qEl 2 2 . Điều này có nghĩa là độ cứng hiệu dụng của hệ bằng k hd =qEl. Từ đó suy ra tần số góc của dao động của thanh là: hd hd m k = = ml qE2 =2 (rad/s) 2. Fmax P qE.sin . .cos 2 2 2 = ữ ữ l Cõu 5: Cơ sở lý thuyết: + Khi tác dụng một lực theo phơng ngang lên khúc gỗ đặt trên sàn nhà với kích thớc lớn nhất là chiều cao, thì tuỳ vào điểm đặt của lực mà khúc gỗ có thể trợt trên sàn hoặc quay quanh trục quay tạm thời đi qua 1 cạnh đáy của khúc gỗ (hình vẽ). + Ta có thể tìm đợc điểm đặt của lực sao cho khúc gỗ có trạng thái trung gian giữa quay và trợt, khi đó lực ma sát nghỉ chuyển thành lực ma sát trợt. + Điều kiện cân bằng của khúc gỗ: 0F ms FQP =+++ P = Q; F = F ms F = àN = àQ = àP (1) Với trục quay qua A: M F = M P F.h = P.a/2 (2) + Từ (1) và (2) 2 a Ph.P. =à h2 a =à (*) (a và h trong công thức (*) có thể đo đ- ợc bằng thớc thẳng khi làm thí nghiệm) Trình tự thí nghiệm: + Đo một bề rộng a thích hợp của khúc gỗ bằng thớc thẳng + Dùng bút (hoặc thớc, đầu ngón tay) tác dụng lực theo phơng ngang lên khúc gỗ với điểm tác dụng thấp gần đáy, ban đầu khúc gỗ sẽ trợt trên mặt sàn + Dịch chuyển dần điểm tác dụng của lực lên cao dần, khi khúc gỗ bắt đầu lật, dùng bút đánh dấu điểm đó trên khúc gỗ. + Đo chiều cao h của điểm đặt so với mặt sàn. Chú ý khi tiến hành thí nghiệm: + Sai số gặp phải trong việc tạo ra trạng thái trung gian giữa quay và trợt. Để hạn F ms F P Q a/2 h a A chÕ sai sè nµy cÇn lµm l¹i thao t¸c t×m ®iÓm ®Æt cña lùc F nhiÒu lÇn. . HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ TRƯỜNG THPT CHUYÊN HOÀNG VĂN THỤ TỈNH HÒA BÌNH ĐỀ THI ĐỀ XUẤT ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ - KHỐI 11 NĂM 2015 Thời gian làm bài:. trái dấu và độ lớn của các điện tích đó bằng q=3µC và toàn bộ hệ thống được đặt trong một điện trường đều có cường độ E=600V/m và có hướng song song với thanh khi ở VTCB. Bỏ qua tác dụng của trọng. với trục chính của một thấu kính hội tụ L 2 có tiêu cự f 2 ; trên màn E đặt cách vật AB một đoạn a = 7,2f 2 ta thu được ảnh của vật. a, Tìm dộ phóng đại của ảnh đó. b, Giữ vật AB và màn E cố