Đề thi học sinh giỏi năm 2018 môn vật lý lớp 11 chuyên bắc ninh

Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẮC NINH ĐỀ THI CHỌN HSG KHU VỰC DHBB NĂM HỌC 2017 – 2018 Môn: Vật lý – Lớp 11 Thời gian làm 180 phút (không kể thời gian phát đề) Bài (4,0 điểm) Tĩnh điện Nguyên tử nguyên tố bao gồm hạt nhân mang điện Ze đặt tâm (Z nguyên tử số nguyên tố, e điện tích nguyên tố) lớp vỏ electron chuyển động xung quanh hạt nhân tạo thành Coi phân bố điện tích lớp vỏ phụ thuộc khoảng cách r tới tâm hạt nhân với mật độ điện khối sau:  (r )  A r  a rn  (r )  r  a Trong n, A a số a) Chỉ n phải lớn giá trị xác định Tìm giá trị b) Ngun tử trung hịa điện, tìm số A c) Tìm điện trường điện điểm không gian nguyên tử gây Bài (5 điểm) Cảm ứng điện từ - Mạch dao động Một tụ điện phẳng khơng khí, cực trịn bán kính b khoảng cách hai cực a ( b>>a).Một vịng dây mảnh siêu dẫn hình chữ nhật đặt vừa khít vào khe hẹp a ( khơng tiếp xúc) chiếm khoảng cách từ tâm đến mép tụ Vòng dây siêu dẫn nối với điện trở R2 nhúng vào bình nước nhiệt độ 1000C (HV) Nguồn điện có hiệu điện khơng đổi U nối qua điện trở R1 nhờ khóa K (bỏ qua điện trở phần khác).Tại thời điểm người ta đóng khố K sau thời gian lớn khối lượng nước bị bay ?Biết nhiệt hoá nước λ Bài toán bỏ qua mát nhiệt mơi trường vỏ bình đựng nước Cho hai cuộn dây, cuộn có độ tự cảm L hai tụ điện, tụ có điện dung C, mắc với thành mạch R2 b R1 K U+ J A1 q1 q2 A2 C C B1 L K B2 L Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 điện hình vẽ Điện trở cuộn dây dây nối bỏ qua a) Giả sử mạch có dịng điện Hãy viết phương trình mơ tả biến đổi điện tích q1 A1 điện tích q2 A2 theo thời gian b) Giả thiết điện tích biến đổi điều hồ theo thời gian với tần số pha (hoặc ngược pha) Tính giá trị tần số Tính tỷ số biên độ q1 q2 c) Vào thời điểm ban đầu t = điện tích A1 Q0, điện tích A2 khơng khơng có dịng điện mạch Viết biểu thức diễn tả phụ thuộc q1 q2 vào thời gian Bài (4 điểm) Quang hình học y Một hai mặt song song có bề dày e = 2m chiều dài đủ lớn, đặt dọc theo trục Ox hệ trục toạ độ xOy (hình bên) Chiết suất mơi trường phía phía hai mặt song song n1 = 1,0003 n0 = 1,3333 Giả thiết chiết suất thay đổi theo phương vng góc với theo quy luật n(y)  n  ky với k  n 02  n12 Từ môi en 02 n1 e O  n0 x trường chiết suất n0, chiếu tia sáng đơn sắc tới điểm O với góc tới α = 600 a) Tìm quỹ đạo tia sáng hai mặt song song b) Tính thời gian xung ánh sáng hai mặt song song nói Bài (4 điểm) Dao động Một vật đồng chất, có dạng mỏng phẳng ABCD (hình vẽ) với BC AD hai cung trịn đồng tâm bán kính R1 = 2,2m R2 = 2,8m, OBA OCD hai bán kính, góc tâm BOC = α0 = 1000 Vật treo lên điểm cố định O hai dây treo nhẹ, không giãn OB OC (OB = OC = R 1) Cho vật dao động mặt phẳng thẳng đứng OAD Bỏ qua ma sát Hãy tính: a Mơ men quán tính vật trục quay qua O vng góc với mặt phẳng OAD O B C D A Hình vẽ Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 b Chu kì dao động nhỏ vật Bài (3 điểm) Phương án thực hành 1) Mục đích thí nghiệm: Xác định cơng suất định mức điện trở động điện chiều 2) Thiết bị thí nghiệm: a) Một động điện chiều có hiệu điện định mức 4,5V mà ta muốn xác định công suất định mức điện trở b) Một nguồn điện chiều cho ta hiệu điện 3V, 6V, 9V c) Một số điện trở không rõ giá trị, điện trở khoảng vài ơm Trong có điện trở  ta biết rõ giá trị d) Một vơn kế có điện trở lớn có giới hạn đo 15V 3) Yêu cầu xây dựng phương án thí nghiệm: Hãy nêu phương pháp xác định công suất định mức điện trở động dụng cụ nói a) Trình bày sở lý thuyết Viết công thức cần thiết b) Vẽ sơ đồ mạch điện, thiết lập cơng thức tính - Hết Thí sinh khồn sử dụng tài liệu Cán coi thi khơng giải thích thêm TRƯỜNG THPT CHUN BẮC NINH TỔ VẬT LÝ – KTCN HDC ĐỀ THI ĐỀ XUẤT KHU VỰC DHBB NĂM HỌC 2017 – 2018 Môn: Vật lý 11 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Nội dung Bài Điểm Bài Khi bán kính lớp vỏ r điện tích q(r) r r r A q (r )    (r )dV   n 4 r dr  4 A r 2 n dr r a a Khi n = ta có: q(r )  4 A ln 1.a Khi n ≠ ta q(r )  r a 4 A 3n r  a 3 n 3 n   Ta thấy n ≤ điện tích tổng cộng lớp vỏ Q  lim q(r )   r  Như để mơ hình có ý nghĩa vật lý n > Khi điện tích lớp vỏ Q  4 A 3 n a n3 Do nguyên tử trung hòa điện nên Q = – Ze 1.b Ta được: A Ta thấy A <  n Ze 4 a3n Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Chọn mặt Gauss mặt cầu tâm O bán kính r Do tính đối xứng nên điện trường nguyên tử gây có phương xuyên tâm có độ lớn mặt cầu Áp dụng định lý O-G ta được: 4 r E  Qint 0 Trong Qint điện tích tổng cộng bên mặt cầu Khi r < a Qint = Ze ta E  4 Như E  1.c Ze r2 Ze r 4 r Áp dụng mối liên hệ cường độ điện trường điện Tại điểm mặt cầu V (r )    Edr  Ze C 4 r C số Khi r ≥ a  a  n   Qint = Ze+q(r) với q (r )  Ze    1  r   Ze  a  Ta E    4 r  r  n 3 Ze  a  Như E    4 r  r  n 3 r Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Tương tự ta có Ze  a    4 (n  2)r  r  V (r )    Edr  n 3 C' Do Vr   nên C’=0 Do tính chất liên tục điện r = a Ze Ze C  4 a 4 (n  2)a C Ze  n 4 a n  Tóm lại E Ze r r < a 4 r Ze  a  E   4 r  r  V (r )  n 3 r r ≥ a Ze  a  n     r < a 4 a  r n   V (r )  Ze  a    4 a  r  n2 r ≥ a Bài Tìm biểu thức dịng điện qua R1 sau đóng khố K 2.1 U  R1C t q dq e Từ phương trình U= iR1+ mà i= thay vào ta có i = (1) R1 dt C Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Điện dung tụ C =  0b a Áp dụng công thức Măcxoen- Parađay Tính lưu thơng cảm ứng từ theo đừờng trịn bán kính r tính từ tâm tụ điện ta có cảm ứng từ điểm tụ cách tâm khoảng r: B(r).2π r= µ0 jdịch.πr2 mà mật độ dòng điện dịch jdịch.= I dich mà tụ điện Idẫn = Idịch  b Cảm ứng từ điện trường biến thiên gây điểm cách tâm tụ r 0 U R Ct r e B(r) = (2) 2b R1 11 Từ thơng xun qua vịng dây siêu dẫn có diện tích S = ba là:  t 0    B(r )a.dr = Uae R C (3) 4R1 b Suất điện động cảm ứng xuất vòng dây siêu dẫn:  t 0 d R1C =ta có = (4) Uae dt 4R 21C Công suất toả nhiệt điện trở R2 : P2=  Nhiệt toả điện trở R2 : Q2=  P2 dt  2 R2  20 32 R 31 R2 C U a (5) Toàn nhiệt toả điện trở R2 chuyển thành nhiệt làm bay nước  20 khối lượng nước bay : Q2=λ m hay U 2a2 = 32 R R2 C λ m (6) Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 từ ta rút khối lượng nước hoá m=  20 32 R 31 R2 C U a thay điện dung tụ C =  20 32 R R2 b  3 0S a =  0b a ta có m = U a (7) Chọn chiều dương dịng điện hình vẽ, ta có: nút J ta có: q   L(i1  i2 )  C Li2  dq  q2 dt i1  dq1  q1 dt i = i1 + i2 1) Xét mạch kín JA1B1KJ JA2B2KJ 2.2 i2  i1 i2 A1 q1 i3 C B1 L q2  L(i1  i2 )  , C q2 A2 C B2 L hay q1  q2  q1 0 LC q1  2q2  (1) q2  (2) LC Hệ phương trình mơ tả biến thiên q1 q2 theo thời gian 2) Đặt q1  A cos(t  );q  Bcos(t  ) , A B số Khi (1) (2) cho: LC2 A  (2LC2  1)B  (3) Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 (LC2  1)A  LC2 B  (4) Để hệ cho nghiệm không tầm thường là: L2 C L2 C2 4  3LC2   (5) Giải (5) ta có 1 5 2    ,  LC LC  tức có hai giá trị tầng số góc: 1  3 (6) 2LC 1  3 2LC (7) Với 1 LC12 A 1 , tỷ số hai biên độ (1  5) q1, q2 dao động   2 B  LC1 ngược pha Với 2 LC22 A 1 , tỷ số hai biên độ (  1) q1, q2 dao động   2 B  LC2 pha 3) Hệ (1) (2) tuyến tính, nên viết (chọn gốc thời gian để  = phù hợp với điều kiện ban đầu) với q  B1cos1t  B2cos2 t (8) q1  A1cos1t  A 2cos2 t (9) A1 1  B1 Điều kiện ban đầu q1(0) = Q0; q1'(0) = A2 1  B2 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 q2(0) = 0; q2'(0) = cho A1 + A = Q B1 + B2 = Từ có B1  B2   1  1   1  Q0 ; A1    Q0 ; A    2    Nên: 1  1  q1  1  Q0cos1t  1    Q0cos2 t 2 2 5 5 1 Q0cos1t  Q0cos2 t 5 q2   Bài a Ta thấy quỹ đạo tia sáng đường parabol , toạ độ đỉnh (x0; y0) với x0 = 3,9623; y0 = 1,1438 Thấy 1,1438m < e, tia sáng ló khỏi mặt hai mặt song 2sin 2 song điểm ( x1 ; 0) với x1  k b Xét khoảng dx, bề dày lớp mỏng dy = Trong lớp mỏng dy coi tốc độ ánh sáng không đổi v  c c   n( y ) n0  ky c cos   k n0  k  x2  sin   4sin  truyền lớp mảng dy  x  Quãng đường ánh sáng Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 k cos    ds  dx  dy     x  dx sin    2sin  2 Thời gian ánh sáng lớp mỏng dy dt  ds  v k cos    1   x  sin    2sin  c dx cos    k n0  k  x2  x sin    4sin  n cos   k dt=  k  x2  c sin   4sin  k cos     x     x  dx sin     2sin  Thời gian xung ánh sáng hai mặt song song n t2 c x0  cos   k 1 k  x2  sin   4sin  k cos     8 x     x  dx  3,5008.10 2sin  sin     s Bài a Mơ men qn tính I: Gọi khối lượng đơn vị diện tích vật ρ Xét cung mỏng dr bán kính r, khối lượng dm = ρα0rdr (hình 1.2) Mơ men quán tính yếu tố dm trục quay qua O dI = r2dm = ρα0r3dr Mơ men qn tính vật trục quay qua O vng góc với mặt phẳng R2 vật I =   r dr  R1  ( R24  R14 ) b Gọi trọng tâm vật G Ta thấy vật có tính đối xứng nên tâm vật nằm trục đối xứng Ox (hình 1.2) Đặt OG = d Khối O B O r C dr A B A α C r dS Hình 1.1 x dα x Hình 1.2 D D Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 lượng vật M Xét yếu tố diện tích dS = rdrdα (chắn góc tâm dα) Khối lượng diện tích dS dm = ρdS = ρrdrdα, toạ độ x = r.cosα Áp dụng cơng thức tính khối tâm ta có R2 0 / R1  Md   xdm    r dr S Md   cos d /2   ( R23  R13 ) sin Chu kì dao động với biên độ nhỏ vật T  2 3 ( R24  R14 ) I   3,4021 ( s ) 0 Mgd 3 g ( R2  R1 ) sin Vậy chu kì dao động với biên độ nhỏ vật T = 3,4021 (s) Bài Đo công suất định mức định mức động điện: a) Mạch điện: Xem hình vẽ b) Dùng vơn kế đo hiệu điện UM hai đầu động UR hai đầu điện trở R = 2 R’ Cường độ dòng điện mạch: I UR UR  R Công suất động V V M R = 2 + U - Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 P  UMI  UMUR P chưa phải công suất động Thay đổi U R’ để thu số giá trj UM lân cận giá trị 4,5 V, chẳng hạn: UM UM1 UM2 UM3 P P1 P2 P3 4,5V UM4 UM5 P4 P5 Đo UR tính P tương ứng Vẽ đồ thị P = f(UM) Nội suy giá trị công suất định mức ứng với UM = 4,5 V P 2) Đo điện trở trong: a) Vẫn dùng mạch điện Pđm b) Vẫn đo UR UM c) Ta có: UM = Ir +  với I  (1) UR UR  ;  suất R phản điện động Chú ý  phụ thuộc vào chế độ làm việc động cơ, tức phụ thuộc vào 4,5V Lấy đạo hàm phương trình (1) theo I: dU M d r dI dI UM I Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Nếu bỏ qua số hạng dU M d r  dI dI d) Đo giá trị UM I = UR/2 lân cận giá trị 4,5V Vẽ đồ thị UM = f(I) Cần khuếch đại thang đo cho có đoạn thẳng lân cận giá trị 4,5V (Hoặc dùng phương pháp quy giá trị hàm UM=f(I) lân cận giá trị 4,5V dạng tuyến tính) Đo dUM dI r dU M  tg dI Khi có đoạn thẳng điều chứng tỏ khoảng biến thiên I,  biến thiên không đáng kể Giáo viên: Trần Văn Kỷ d  dI Điện thoại: 0919257656 ... giải thích thêm TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẮC NINH TỔ VẬT LÝ – KTCN HDC ĐỀ THI ĐỀ XUẤT KHU VỰC DHBB NĂM HỌC 2017 – 2018 Môn: Vật lý 11 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369... lý thuyết Viết công thức cần thi? ??t b) Vẽ sơ đồ mạch điện, thi? ??t lập cơng thức tính - Hết Thí sinh khồn sử dụng tài liệu Cán coi thi khơng giải thích thêm TRƯỜNG THPT CHUYÊN... 3n r  a 3 n 3 n   Ta thấy n ≤ điện tích tổng cộng lớp vỏ Q  lim q(r )   r  Như để mơ hình có ý nghĩa vật lý n > Khi điện tích lớp vỏ Q  4 A 3 n a n3 Do nguyên tử trung hòa điện