1 cbg vật lý 11 trại hè hv 2023

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG 2023 TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẮC GIANG ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ LỚP 11 Thời gian: 180 phút ĐỀ THI ĐỀ XUẤT Câu (3 điểm) Tĩnh điện: Một tụ điện cầu khơng khí có bán kính ngồi R = 4cm cịn bán kính r thay đổi Đầu tiên, điều chỉnh để r = cm Khi tụ điện bị đánh thủng hiệu điện đặt vào hai cực vượt q 15 kV Tính cường độ điện trường đánh thủng khơng khí Nối hai cực tụ với nguồn điện có hiệu điện khơng đổi U = 15kV điều chỉnh chậm giá trị r cho tụ không bị đánh thủng Hỏi q trình tụ tích lượng điện tích cực đại bao nhiêu? Điều chỉnh r đến giá trị cho tụ không bị đánh thủng nối với nguồn điện có hiệu điện lớn Tính giá trị r hiệu điện cực đại Lời giải Hiệu điện hai cực tụ điện: q rR 1  U = kq  -  ; C = = = U k  R - r 1  r R k -  r R + Điện trường lòng tụ điện phụ thuộc bán kính theo cơng thức: E r = kq r2 Điện trường mạnh nằm vùng sát mặt cầu nhỏ Khi ranh giới đánh thủng cường độ điện trường sát bề mặt cầu nhỏ đạt đến ngưỡng điện trường đánh thủng E0 kq = E0  + Từ cơng thức: r điện tích cực đại tụ điện biểu diễn qua E0: kq = E r (1) + Có thể biểu diễn hiệu điện theo E0:  r2  1  U = E0r  -  = E0  r -  R r R  (2) + Khi r = 1cm, R = 4cm, Umax = 15kV Thay vào (2) ta tính cường độ điện trường đánh thủng khơng khí là: E = 20 kV/cm 2 Tương tự: Từ (1) kq E.r suy ra, điện tích mà tụ tích cực đại lớn r lớn Vậy để xác định qmax ta xác định giá trị rmax mà r đạt q trình điều chỉnh r cho tụ khơng bị đánh thủng  r2  U = E r -  R  - Từ (2): Gọi Em cường độ điện trường nằm sát bề mặt cầu nhỏ Giá trị điện trường cực đại không vượt E0 trình thay đổi r Em = U  r2  r   R  (3) + Mẫu số (3) hàm số bậc r có giá trị cực đại r = R/2 = 2cm Giá trị mẫu số r đối xứng quanh giá trị 2cm, tức là, điều chỉnh r vùng từ 1cm 3cm giá trị Em ln khơng vượt ngưỡng đánh thủng  rmax = 3cm  q max 2×106 ×  3×10-2  E rmax = = = 2×10-7  C  k 9×10 Từ biểu thức (2), Hiệu điện đạt cực đại tam thức bậc r đạt cực đại, tức r = R/2 =  cm   U max = 20  kV  Cho mạch điện hình vẽ Ban đầu khóa K mở, tụ điện chưa tích điện Sau đó, đóng khóa K (t =0) Hãy khảo sát biến thiên cường độ dòng điện mạch Bỏ qua điện trở dây nối, khóa K R - Khi khóa K đóng, mạch điện có dạng B E K Lời giải + Xét thời điểm t bất kì, gọi điện tích tụ xét (bản tơ đậm q), cường độ dịng điện mạch i C R Câu (3 điểm) Mạch độ - Mạch phi tuyến RC RL: C E + A + Chọn chiều dương mạch hình vẽ + Ta có: q dq q dq u AB E ; u AB   i.R ; i   E   R C dt C dt  q '.R  q q E E  q '   (*) C C R - Nghiệm phương trình tổng hai nghiệm riêng q phương trình vi phân q2 = const nghiệm riêng phương trình q '  q E  R.C R Thay q2 vào phương trình q EC - Vậy phương trình (*) có nghiệm là: E.C O t q R.C q = q1 + q2 = Q0 e  E.C - Tại thời điểm nagy đóng khóa K ( t = 0) tụ điện chưa tích điện ( điện tích bảo toàn  Q0  CE ) t R.C - Vậy phương trình điện tích E.C(1  e ) t - Đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện tích vào thời gian q - Phương trình cường độ dòng điện mạch i t dq E t E.C.e R.C  e R.C dt R E/R - Đồ thị biểu diễn xự phụ thuộc cường độ dòng điện mạch vào thời gian: O t Câu (4 điểm) Quang Hình: Một ống dẫn sáng thẳng hình trụ có chiết suất tuyệt đối n1 phần bọc ngồi có chiết suất tuyệt đối n 2, chiều dài L Ống đặt nằm ngang khơng khí, hai đáy hai mặt phẳng vng góc với trục ống Một tia sáng đơn sắc chiếu tới đáy ống điểm I (I nằm trục ống), tia hợp với trục ống góc θi (hai đáy tiếp xúc với khơng khí) 1) Tìm điều kiện góc θi để tia sáng truyền ống ló khỏi đáy ống 2) Tính thời gian tia sáng hết đoạn ống dẫn sáng thẳng khi: a) Tia sáng truyền dọc theo trục ống b) Tia sáng truyền đến I theo phương hợp với trục ống góc θ imax Tính hiệu thời gian t hai tia sáng hai trường hợp Nếu θi thay đổi thời gian tia sáng hết đoạn ống thay đổi nào? Cho tốc độ ánh sáng chân không c = 3.108 m/s Áp dụng: n1 = 1,5; n2 = 1,3; L = 300 m Lời giải Tìm điều kiện góc i : Để tia sáng truyền ống A1 phải xảy tượng phản xạ toàn phần Tức là: n cos   n1 sin i sin i gh  (n2) I n2 n1  i A (n1 ) A n J A (1) Theo định luật khúc xạ I: sin i n1 sin  Từ (1) (2), có: (2) sin i  n12  n 22 Thay số được: i 48 26' a) Tia sáng truyền theo trục ống: t1  n 1L 1,5.300 t1  1,5.10 (s) c Thay số: 3.10 b) Tia sáng truyền đến I theo phương hợp với trục góc i max : - Từ hình vẽ: Đoạn đường mà tia sáng phải truyền trường hợp  IA1  A1A   A n J   t2  1  2   n L  cos cos n1L cos (3) sin i n1cos  cos   Tại I: Với sin i max  n12  n 22 Từ (3), (4) (5) ta có Thay số: t2  sin i n12 (4) (5) t2  L.n12 c.n 300.1,52 1,73.10 (s) 3.10 1,3 L n t t  t1  (n1  n ) c n2 * Hiệu thời gian truyền hai tia sáng là: 6 Thay số được: t 0, 23.10 (s) * Khi i thay đổi từ 00 đến i max n1.L n L t  c.n thì: c 6 6 Thay số được: 1,5.10 (s) t 1,73.10 (s) Câu (3 điểm) Từ trường - Cảm ứng điện từ: O Một kim loại mảnh đồng chất có khối lượng m dao B động xung quanh trục nằm ngang O qua đầu C G lắc (hình vẽ) Đầu tiếp xúc với sợi dây uốn b thành vịng cung có bán kính b Tâm sợi dây nối với điểm treo O qua tụ điện có điện dung C Hệ đặt từ trường hướng theo phương ngang vng góc với mặt phẳng dao động Bỏ qua ma sát điện trở thanh, dây dẫn Các chỗ tiếp xúc điện lý tưởng Xác định tính chất chuyển động thực sau lệch khỏi phương thẳng đứng góc nhỏ 0 thả khơng vận tốc ban đầu Lời giải Xét quay thời điểm t hợp với phương thẳng đứng góc nhỏ θ (hình vẽ) Trong có dịng điện i, cịn tụ điện có điện tích q Như ngồi trọng lực mg, chịu tác dụng lực từ gây mơ men quay Phương trình chuyển động quay viết sau: b Iθ'' = - mg θ - M m , I= O (1) B i mb , Mm mô men lực từ xác định bởi: Mm = b  iBrdr = q iBb 2 , m dq Cdε = dt dt Suất điện động cảm ứng  lại đựoc xác định theo phương trình: với: BdS b dθ ε= =B dt dt (2) i= Do đó: i= CBb CB2 b θ'' M m = iBb = θ'' 2 , nên:  CB2 b  b  mb +  θ'' = - mg θ  Thay vào phương trình chuyển động quay ta viết được:  ω2 = Đặt 2g CB2 b3 b+ m , phương trình trở thành: θ'' + ω 2θ = Nghĩa dao động điều hịa với phương trình: θ(t) = αcos(ωt) cos(ωt) Câu (4 điểm) Dao động cơ: Một vật nặng gắn chặt hai lò xo đặt mặt phẳng nằm ngang nhẵn Một đầu lò xo gắn chặt, đầu lại lò xo để tự Độ cứng lò xo k Người ta kéo đầu tự lị xo với vận tốc khơng đổi u theo phương dọc trục hướng xa vật nặng 1) Sau thời gian ngắn vật nặng có vận tốc u? 2) Ở điểm vật nặng cách vị trí ban đầu bao nhiêu? k1 Lời giải Chọn trục Ox hình vẽ, gốc O trùng vị trí ban đầu vật Xét thời điểm t, vật có li độ x; đầu lị xo đoạn: u.t Phương trình vi phân mơ tả chuyển động m là: mx’’=k(ut - x) - kx  mx’’=kut - 2kx (*) Đặt A= kut - 2kx k2 u m O x (1) 2k A’= ku - 2kx’ ; A’’= - 2kx’’; Thế vào (*) ta A’’+ m A = 2k Phương trình có nghiệm A = A0sin(ωt+φ) với ω = m Tại thời điểm ban đầu: t = 0; x = 0; x’ = A = A0sinφ = 0; A’= ku – = ωA0cosφ; ku m ku 2k Từ suy ra: φ=0; A0 =  m 2k Thay vào (1) ta có: kut - 2kx=ku 2k sin( m t)  x 2k ut u m  2 2k sin( m t) 2k u u  cos  x’=v= 2 ( m t) (2) (3) 1) Khi vật có vận tốc u 2k 2k m u u  cos x’ = v = u = 2 ( m t)  cos( m t)= -  t = π 2k m 2) Thay t = π 2k vào (2) u m u m u m   sin   2k 2k 2k ta được: x = m Vậy vật đạt vận tốc u thời điểm t = π 2k , vật cách vị trí ban đầu đoạn x = u m 2k Câu (3 điểm) Phương án thực hành(điện - từ - quang): Xây dựng phương án đo tiêu cự thấu kính hội tụ Cho dụng cụ: - 01 thấu kính hội tụ (chưa biết tiêu cự); - 01 gương phẳng; - 01 thủy tinh mỏng; - bút dạ; - giá quang học có gắn thước đo chiều dài tới mm, giá có gắn chốt giữ thấu kính, gương phẳng, thủy tinh di chuyển Yêu cầu: Dựa dụng cụ trên, xây dựng sở lý thuyết, vẽ sơ đồ thí nghiệm, lập phương án đo tiêu cự thấu kính cho Nêu nguyên nhân sai số ước lượng sai số Hướng dẫn Cơ sở lý thuyết: - Xét tạo ảnh qua hệ thấu kính - gương phẳng: Gọi L khoảng cách thấu kính gương TK   AB d1 GP TK A1B1     A B2     A3B3 ' ' d2 d3 d3' d1 d2 ' ' ' Nếu ảnh trùng vị trí vật thì: d = d1  d3 d1  d = d ' Vì gương phẳng nên: d = - d - Có hai trường hợp: L - d1' = L - a) d2 = = trùng khít với vật AB: d1f 0 d1 - f Ảnh A1B1 trùng với A2B2 sát mặt gương suy ảnh A 3B3 + Độ phóng đại ảnh k = + (Hình vẽ) b) d   L - d1' L - d1f   d1 = f d1 - f Tức vật nằm tiêu diện thấu kính + Khi ảnh A3B3 đối xứng với vật qua trục chính, độ phóng đại ảnh k = -1 (Hình vẽ) 2) Để đo tiêu cự thấu kính cần xác định quan sát vị trí ảnh nên dùng trường hợp thứ hai trường hợp thứ cho ảnh trùng khít lên vật khơng quan sát thấy ảnh Sơ đồ thí Giá quang học Tấm kính mỏng có vạch mũi tên Thấu kính Gương phẳng nghiệm: 3) Tiến hành đo: - Điều chỉnh để mặt kính, gương phẳng, mặt phẳng chứa rìa thấu kính song song - Cố định giá đỡ thấu kính gương phẳng; - Dùng bút vạch vạch theo phương thẳng đứng kính; - Di chuyển giá đỡ kính từ xa lại gần phía thấu kính xuất ảnh vạch xuất kính điều chỉnh cho ảnh đối xứng với vật qua trục Kiểm tra cách đặt mắt nhìn theo phương dọc trục nhìn nghiêng Vì nhìn nghiêng ảnh chưa thật trùng vào vị trí vật thấy ảnh bị gãy Cịn trùng vị trí vật nhìn nghiêng khơng thấy ảnh bị gãy - Đo khoảng cách từ kính tới thấu kính (đọc thước gắn giá) tiêu cự thấu kính - Lặp lại thí nghiệm vài lần - Dịch chuyển thấu kính tới vị trí làm thí nghiệm trên, ghi vào bảng số liệu Lần đo Tiêu cự f (cm) - Tính giá trị trung bình tiêu cự thấu kính; - Tính sai số Người đề Nguyễn Văn Đóa SĐT: 0973696858