Tính lực điện tác dụng lên lớp điện môi 1 ở thời điểm t.. 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.
Trang 1HỘI 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
2 (Hình 1) Lớp điện môi Hình 1) Lớp điện môi 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 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
v
1 Viết biểu thức điện dung của tụ theo thời gian t
2 Tính lực điện tác dụng lên lớp điện môi 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
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 L2 có tiêu cự f2; trên màn E đặt cách vật AB một đoạn a = 7,2f2 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 L2 dọc theo trục chính đến vị trí cách màn E 20 cm Đặt thêm một thấu kính L1 (Hình 1) Lớp điện môi tiêu cự f1) đồng trục với L2 vào trong khoảng giữa AB
màn E Tìm các tiêu cự f1 và f2
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=3C 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
Trang 21 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
(Hình 1) Lớp điện môi 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
Trang 3
Hết ĐÁP ÁN
Câu 1:
Khi rút một phần lớp điện môi 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
2
C (Hình 1) Lớp điện môi L x) a (Hình 1) Lớp điện môi L x);
ln R '/ r
0
2
C (Hình 1) Lớp điện môi L x) b (Hình 1) Lớp điện môi L x)
ln R / R '
0
3
2
ln R '/ r
;
0
2
ln R / R '
với
R r
Các tụ ghép theo sơ đồ: (Hình 1) Lớp điện môi C1 nt C2) // (Hình 1) Lớp điện môi C3 nt C4)
Ta có: C = C12 + C34
(Hình 1) Lớp điện môi 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
(Hình 1) Lớp điện môi 2) Thay (Hình 1) Lớp điện môi 1) vào (Hình 1) Lớp điện môi 2) ta có:
2 1 2
(Hình 1) Lớp điện môi 1 )
2 2 2 2 (Hình 1) Lớp điện môi a b )(Hình 1) Lớp điện môi a b )
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 1 2
(Hình 1) Lớp điện môi 1 )
dt dt 2 (Hình 1) Lớp điện môi a b )(Hình 1) Lớp điện môi a b )
nhận thấy i có dấu âm và giá trị không đổi (Hình 1) Lớp điện môi 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
+ Dòng điện chạy trong mạch kín có cường độ:
dt
dB R 2
b l R 2
e
i
+ Lực tác dụng lên mỗi thanh bằng: d (Hình 1) Lớp điện môi B )
R 4
b l B l
2
+ Phương trình chuyển động của mỗi thanh có dạng:
dt
) B (Hình 1) Lớp điện môi d R 4
b l dt
dv m
2 2
Trang 4) B (Hình 1) Lớp điện môi
d
mR
4
b
l
+ Tích phân hai vế của pt trên ta được:
v
0 B
0
2 2
) B (Hình 1) Lớp điện môi d mR 4
b l dv Suy ra vận tốc của mỗi thanh ngay sau khi từ trường được thiết lập là:
mR 4
B b l v
2 0 2
0
2 Giai đoạn 2:
+ Sau đó từ trường ổn định với cảm ứng từ B0 Chọn t = 0 là lúc mỗi thanh có vận tốc v0(Hình 1) Lớp điện môi các vận tốc hướng về các thanh)
+ Xét tại thời điểm t: hai thanh có toạ độ tương ứng là x1, x2 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 (Hình 1) Lớp điện môi chiều dương là chiều vận tốc của thanh bên trái ban đầu)
0 //
2
0 //
1 B i mx
B i mx
+ Trong khoảng thời gian dt rất nhỏ kể từ thời điểm t, dòng điện cảm ứng có độ lớn:
R
) x x (Hình 1) Lớp điện môi l
B Rdt
dS B R
e i
/ 2 / 1 0
) x x (Hình 1) Lớp điện môi R
l B mx
) x x (Hình 1) Lớp điện môi R
l
B mx
/ 2 / 1
2 2 0 //
2
/ 2 / 1
2 2 0 //
1
2 2
2 (Hình 1) Lớp điện môi ) B l (Hình 1) Lớp điện môi )
R
ta có
2 2 0
2
2 2
2 (Hình 1) Lớp điện môi )
B l t mR
B l
R
Câu 3
Khoảng cách vật thật - ảnh thật:
a = d + d’ = 7,2.f2 = d +
2
2
f d
df
có phương trình: d2 - 7,2f2d + 7,2 2
2
f = 0 có nghiệm: d1 = 6f2 và d2 = 1,2 f2
Độ phóng đại:
5
1 1 2
2
k d f
f
b, Sơ đồ tạo ảnh:
AB A1B1 A2B2
+ Theo bài ra:
d1 = 16 cm; d2 = 20 cm
Suy ra: a = 7,2f2 = 16 + l + 20 -> l = 7,2f2 – 36
Do đó:
2
' 2 2
' 2 1 1
1 1 2
' 1
2 (Hình 1) Lớp điện môi 7,2 36)
f d
f d f d
f d f
d l
d
1
1 2
2
2
16
16 36 2 , 7 20
20
f
f f
f
f
(Hình 1) Lớp điện môi 1)
* Mặt khác:
2
2 1
1 20 16
1
f
f f
f
(Hình 1) Lớp điện môi 2)
Từ (Hình 1) Lớp điện môi 1) và (Hình 1) Lớp điện môi 2) ta suy ra:
1
Trang 52 2
2
2
20
16 36 2
,
7
20
20
f
f f
f
f
Cú phương trỡnh: 2 20 2 100 0
2
thay vào (Hỡnh 1) Lớp điện mụi 2) ta tỡm được: f1 = 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: Ek=2
2 2 2
) 2 / (Hỡnh 1) Lớp điện mụi ' 2 2 ' 2
m
dụng của hệ bằng mhd=ml2/2 Độ biến thiên thế năng khi thanh quay một góc bé bằng công mà lực điện trờng thực hiện lấy với dấu ngợc lại
Et= 2qE 1 cos
l
=qEl
2
2
Điều này có nghĩa là độ cứng hiệu dụng của hệ bằng khd=qEl Từ đó suy ra tần số góc của dao động của thanh là:
hd
hd
m
k
ml
qE
2 =2 (rad/s)
2 PFmax qE.sin cos
2
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 tr ợt 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:
0 F ms F
Q
Với trục quay qua A: MF = MP F.h = P.a/2 (2)
+ Từ (1) và (2)
2
a P h P
h
a
(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 chế sai số này cần làm lại thao tác tìm điểm đặt của lực F nhiều lần
ms
F
Q
a/2
h a
A