Đề thi đồng bằng duyên hải bắc bộ năm học 20142015 môn vật lý Lớp 11 thời gian làm bài 180 phút11467

TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẮC NINH ĐỀ THI ĐỒNG BẰNG DUYÊN HẢI BẮC BỘ NĂM HỌC 2014-2015 MÔN VẬT LÝ - LỚP 11 Thời gian làm 180 phút o0o - Bài 1: ( điểm) Trong không gian chân không Anốt hình trụ rỗng bán kính R Catốt đèn điện tử dây đốt thẳng nhỏ nằm  dọc theo trục Anốt, người ta tạo điện trường xuyên tâm E hướng từ  Anốt đến Catốt, có độ lớn khơng đổi từ trường B có hướng trùng với hướng Catốt (Hình 1) Bằng cách dùng hiệu ứng nhiệt, Catốt phát electron với vận tốc ban đầu nhỏ không đáng kể Viết phương trình vi phân hệ toạ độ trụ (r, ฀, z) mô tả chuyển động electron khoảng không gian Catốt Anốt Hãy lập phương trình quỹ đạo electron Tìm vận tốc dài electron thời điểm t z  E  B O M r z  rM’ x y  er Hình Bài 2.(4 điểm) Cho mạch điện hình Biết C1  C ; C2  2C ; R1  R; R2  R Hiệu điện xoay chiều đặt vào hai điểm A, B có biểu thức u  U cos t V Thay đổi giá trị ω khoảng rộng Hình a Tìm giá trị cực đại hiệu điện hiệu dụng U1 hai đầu điện trở b Khi U1 đạt cực đại hiệu điện hiệu dụng U2 bao nhiêu? Bài (4 điểm) Cho hai thấu kính mỏng L1 L2, trục cách 30cm Tiêu cự hai thấu kính 10cm 5cm Bán kính rìa thấu kính hai thấu kính 4cm 2cm Một đĩa trịn sáng AB có bán kính 2cm đặt trước thấu kính L1, cách thấu kính L1 khoảng 20cm, cho tâm đĩa nằm trục hai thấu kính mặt phẳng đĩa vng góc với trục hai thấu kính a Tìm vị trí để hứng ảnh rõ nét đĩa AB qua hệ hai thấu kính b Rìa ảnh khơng sáng rõ trung tâm Tại sao? c Để tạo ảnh rõ nét có độ sáng đồng đều, người ta thêm vào thấu kính L3 Tìm vị trí đặt, tiêu cự bán kính đường rìa thấu kính Bài 4: (4 điểm) Bốn giống nhau, có chiều dài b, khối lượng m A phân bố đều, nối với thành hình thoi (hình thoi biến dạng được, tất khớp nối khơng có ma sát) Bốn lị xo nhẹ giống  nhau, độ cứng k, nối với điểm O nối với bốn đỉnh A, B, C, D hình thoi Hệ đặt nằm yên mặt bàn nằm ngang nhẵn (Hình 3) Độ biến dạng hình thoi xác định góc  B đường chéo AC cạnh AB Các lị xo có độ dài tự nhiên chúng D O    Ban đầu hệ giữ cho biến dạng góc 0 bng khơng vận tốc đầu Xác định phương trình vi phân theo  mô tả hệ ThuVienDeThi.com C Hình Trong trường hợp 0 gần  Xác định phương trình  theo thời gian tìm chu kì dao động nhỏ hệ Bài 5: (3 điểm) Xác định độ từ thẩm chất sắt từ Cho linh kiện thiết bị sau: - lõi sắt từ hình xuyến tiết diện trịn; - cuộn dây đồng (có điện trở suất biết) sử dụng để quấn tạo ống dây; - điện kế xung kích dùng để đo điện tích chạy qua nó; - nguồn điện chiều; - ampe kế chiều; - biến trở; - Thước đo chiều dài, panme, thước kẹp; - Ngắt điện, dây nối cần thiết Hãy nêu sở lý thuyết phương án thí nghiệm để đo hệ số từ thẩm μ lõi sắt từ Hết -(Cán coi thi khơng giải thích thêm) Họ tên thí sinh: ………………………………….Số báo danh: ………… (Đề thi có 02 trang) ThuVienDeThi.com HƯỚNG DẪN CHẤM Bài Nội dung Điểm   Êlectron M từ catốt phát ra, hệ toạ độ trụ, có toạ độ OM(r, , z) cảm ứng từ B có thành phần (0,0,B) Lực tác dụng lên M là:     F  e  E  v  B  Các thành phần lực hệ toạ độ trụ là: Fr  e(  E  v Bz  vz B )  e(  E  r  B ) F  e(  vz Br  vr Bz )  e( r B ) Fz  e(  vr B  v Br )    Theo định luật II Newton F  ma , viết toạ độ trụ, ta có: 2  F e ar   r  r    r   (  E  Br  ) m   m F e 1d (r  )   (Br ) r dt m m F az  z  z  m Vậy ta có hệ phương trình sau: .2 e  ( r  r  )     E  Br   m  d  e  r    Br r dt   m a  (1 ) (2) z0 (3) Tích phân phương trình (3) ta z = vz = const Nhưng vận tốc êlectron 0, tức vz = 0, suy z = const Điều có nghĩa êlectron catốt phát điểm trục z vẽ nên quỹ đạo phẳng mặt phẳng tiết diện thẳng vỏ trụ qua điểm Tức song song với mặt phẳng xOy e r2 + Tích phân phương trình (2), ta được: C r 2  B m Vì t = 0, r = r  = 0, suy C = Suy eB (4)   Tích phân (4), ta được: 2m eB   t 2m (5) (Chú ý không cần quan tâm tới số tích phân, ta chọn vị trí trục Ox Oy để số 0) + Lưu ý (4), phương trình (1) viết lại sau: e2 B e eB   r r E r    4m m 2m  Hay: e2 B eE  r r 4m m Nghiệm tổng quát phương trình tổng - Nghiệm riêng phương trình có vế phải: ThuVienDeThi.com r 4mE eB - Nghiệm tổng qt phương trình khơng vế phải: với   r  acos t    4mE eB tức là: r( t )   acos( t   ) eB 2m Để xác định số a  ta dùng điều kiện ban đầu: t = 0, r = r  Dễ dàng tìm 4mE 4mE   eB   và a  Do đó: r( t )   cos  t  (6) 2  eB eB   2m   4mE Từ (5) (6) suy (7) r( t )  1  cos  eB 8mE    Hay r( t )  sin   eB 2 Đây phương trình quỹ đạo êlectron toạ độ cực  Từ (4) (7) suy hai thành phần v toạ độ cực là: 2E 4mE 2E (  cos ) r  sin    sin  r  B eB B Vậy độ lớn vận tốc v  r  r 2  4E  eB  sin  t B  4m  a) Vẽ giản đồ vec tơ Dòng qua R2 , C2 4E   sin   B 2 Hay: v  U   U  I       R   ZC  2 I  U Uy  U  U        R   ZC  IC  UR IR UR Ux ,   U I có phương trùng với phương R        U  U1  U R  U C2 Với U  U R1  U C1   U U Chiếu lên phương vng góc với I R  I cos , IC  Isin  1 ZC  2ZC  ZC ; U x  U1  U R cos   U C sin   U1  2RI 2 IR IC  ZC I  U1 I I 1 U y  U R sin   U C cos   2IR sin   ZC I cos   2I R IC R sin   ZC cos   U1 (2tg  cot g)  cos  2sin  2 1 ThuVienDeThi.com U0 49  U 2x  U 2y  U1  (2tg  cot g) 2 U0  U1  49  (8tg  2cot g) 2 U 4tg  cot g  tg  U1 max U U1max   b) Khi hiệu điện hiệu dụng hai đầu R2 có giá trị: 2RI R 10 U R  2IR   2RI R  tg 2  2U1max  tg 2  U  0, 45U cos  ' ' d1 ( L1 ) d1 d ( L2 ) d  A ' B '   A" B " Sơ đồ tạo ảnh: AB  Từ đầu bài, ta có: L12 = 30(cm); f1 = 10(cm); f2 = 5(cm); d1 = 20(cm) a Xét q trình tạo ảnh qua thấu kính L1 Ta có: d1’ = d1.f1/(d1 –f1) = 20(cm) Vị trí A’B’ thấu kính L2 d2 = L12 – d1’ = 10(cm) Xét trình tạo ảnh qua thấu kính L2 Ta có: d2’ = d2.f2/(d2 –f2) = 10(cm) Vậy để hứng ảnh rõ nét đĩa AB cần đặt sau thấu kính L2 cách thấu kính L2 đoạn 10(cm) b Ánh sáng từ đĩa AB sau qua thấu kính L1 đến thấu kính L2 tạo ảnh A”B” ( hình vẽ) A A’ B B’ A” L2 B” L1 Quan sát hình vẽ ta thấy lượng ánh sáng từ nguồn tới rìa ảnh A”B” tâm ảnh A”B” Do rìa ảnh khơng sáng rõ tâm ảnh c Để độ sáng ảnh A”B” đồng nhau, ta cần ghép thêm thấu kính L3 hình vẽ A B A” F3 B” L2 L3 Để vị trí ảnh A”B” khơng Lthay đổi ta phải đặt vào vị trí ảnh A’B’ thấu kính L3 Thấu kính phải có bán kính đường rìa cho hứng tồn ánh sáng ló từ thấu kính L1 Đồng thời ánh sáng ló khỏi L3 phải tới L2 Từ hình vẽ, sử dụng tam giác đồng dạng, ta có tiêu cự thấu kính L3 f3 = 6,67cm Vị trí L3 cách thấu kính L1 đoạn 20cm cách thấu kính L2 10cm, bán kính đường rìa thấu kính L3 nhỏ bán kính đường rìa thấu kính L2 Bỏ qua ma sát, khơng có lực tác dụng theo phương ngang nên tâm O đứng yên Áp dụng định luật bảo toàn năng: W = Wđ + Wt = const Động thanh: 1  b2 2  2 2 '  Wđ   mvG2  I m ' mb        mb  '  12  2 2 (1) ThuVienDeThi.com Thế đàn hồi lò xo:   k  b cos   b cos  4 Wt, OA = Wt, OC =    k  b sin   b sin  4 Wt, OB = Wt, OD =  Suy đàn hồi lò xo:     k  b cos   b cos  k  b sin   b sin  4 +  4 Wt = 2(Wt,OA + Wt, OB ) =     1    kb   cos   sin   2kb 1  cos       2   =  = (2) Từ (1) (2) ta có:         2kb 1  cos      mb 2 ' 2kb 1  cos       +      = const = (3) 2 Phương trình (3) phương trình vi phân mà góc  phải tuân theo     ฀ rad   '   '    với Nếu  gần với ta đặt 2 W  2kb 1  cos  mb  ' theo ta có: + = const Lấy đạo hàm hai vế ta được:  mb 2 ''  '  2kb 2 '   ฀ suy sin    3k  ''      ''   2  0; 2m suy : 3k 2m T  2 3k 2m chu kì dao động bé: Với: Phương trình có nghiệm dạng:     0 cos t             0 cos t     0 sin     0   0'              0 cos    0    thời điểm ban đầu: Vậy phương trình biến đổi theo thời gian góc :    3k        cos 0t    4 2m với Xác định độ từ thẩm chất sắt từ a) Cơ sở lý thuyết: Xét lõi sắt từ hình xuyến có quấn hai cuộn dây có số vòng dây N1 N2 Khi cho dòng điện chạy qua cuộn thứ (N1), lòng lõi sắt xuất từ trường từ trường qua cuộn dây thứ hai (N2) Gọi d đường kính trung bình lõi hình xuyến Chu vi hình xuyến πd chiều dài mạch từ Khi dịng điện chạy qua cuộn thé I1 cảm ứng từ chạy mạch từ là: ThuVienDeThi.com N1I1 , với μ0 = 4.10-7 H/m d Từ thông gửi qua cuộn thứ hai là; NN I   N BS  0 S , với S tiết diện mạch từ d Khi vừa ngắt khóa K, dịng điện chạy qua cuộn thứ I1 giảm gây biến thiên từ thông chạy qua cuộn thứ hai (giảm từ Φ → 0) tổng điện tích chạy qua điện kế xung kích q Xét khoảng thời gian Δt nhỏ, từ thông qua cuộn thứ hai giảm ΔΦ tương ứng với điện lượng qua Δq Ở cuộn thứ hai sinh suất điện động ec2 dòng điện i2 Lượng điện qua điện kế là: t  t  q  i2 t  ec  (R2 điện trở cuộn dây N2)  t R2 R2 R2 Toàn điện lượng qua cuộn thứ hai là: 1   0  N1 N 0 I1S q   q     R2 R2 dR2 qdR2 Suy ra:   N1 N 0 I1S Các bước thí nghiệm: * Chuẩn bị: d  d2 - Đo đường kính ngồi lõi sắt từ hình xuyến d1 d2, tìm d  - Đo đường kính e sợi dây đồng panme - Quấn hai cuộn dây với số vòng N1 N2 lên lõi sắt từ - Tính điện trở cuộn dây N2: l N  d  d1  N d  d  R2       22 s e e   2 * Thao tác: - Chỉnh biến trở để thay đổi dịng I1, mở khóa K, đọc giá trị q điện kế xung kích, ghi giá trị vào bảng sau: Lần đo I1 Điện lượng q … … … … … … - Tính độ từ thẩm μ ứng với lần đo: d  d2 N d  d  q  22 qdR2 q d1  d  e  8  N1 N 0 I1S N10 I1e d  d1  d  d1  N1 N  0I1 Lặp lại thao tác tính giá trị trung bình  B  0 ThuVienDeThi.com ... trình  theo thời gian tìm chu kì dao động nhỏ hệ Bài 5: (3 điểm) Xác định độ từ thẩm chất sắt từ Cho linh kiện thi? ??t bị sau: - lõi sắt từ hình xuyến tiết diện trịn; - cuộn dây đồng (có điện... cần thi? ??t Hãy nêu sở lý thuyết phương án thí nghiệm để đo hệ số từ thẩm μ lõi sắt từ Hết -(Cán coi thi khơng giải thích thêm) Họ tên thí sinh: ………………………………….Số báo danh: ………… (Đề thi. .. bán kính đường rìa cho hứng tồn ánh sáng ló từ thấu kính L1 Đồng thời ánh sáng ló khỏi L3 phải tới L2 Từ hình vẽ, sử dụng tam giác đồng dạng, ta có tiêu cự thấu kính L3 f3 = 6,67cm Vị trí L3