Đề thi học sinh giỏi năm 2018 môn vật lý lớp 11 chuyên hà nam

Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 (ĐỀ GIỚI THIỆU) KỲ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LẦN THỨ XI, NĂM 2018 ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ _ LỚP 11 Thời gian làm bài: 180 phút (Đề thi gồm 05 câu, 02trang) Câu (4 điểm): Tĩnh điện Hai mặt cầu kim loại đồng tâm có bán kính a b (a < b) ngăn cách với mơi trường có số điện môi dộ dẫn điện a b , Tại thời điểm t = điện tích q bất ngờ đặt vào mặt cầu bên Xác định dòng điện tồn phần chạy qua mơi trường hàm thời gian Chứng minh nhiệt lượng Joule tỏa dòng điện độ giảm lượng tĩnh điện xảy điện tích xếp lại Câu (5 điểm): Điện điện từ Vòng dây dẫn có diện tích S điện trở toàn phần R treo lò xo xoắn có số k từ trường Vòng dây nằm mặt phẳng yz vị trí cân quay xung quanh trục z với moment qn tính I (hình vẽ) Vòng dây quay quang góc nhỏ khỏi vị trí cân sau thả Giả thiết lò xo xoắn khơng dẫn điện bỏ qua độ tự cảm vòng dây Tìm điều kiện để vòng dây dao động phương trình chuyển động vòng dây Xét R lớn, vẽ phác họa chuyển động vòng dây Bài (4 điểm): Quang hình Khi sản xuất bình đặc hình cầu thủy tinh, người ta đặt bơng hoa hồng nhỏ vào phía Bình thủy tinh có bán kính R, chiết suất n Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Tìm vị trí đặt bơng hoa để người quan sát ln thấy hình ảnh rõ nét hoa ngắm hoa qua bình cầu từ vị trí xung quanh bình cầu Xác định độ phóng đại ảnh Bình cầu Chú thích: kí hiệu : vị trí quan sát Tìm vị trí khác (so với vị trí tìm ý 1) để đặt hoa mà người quan sát thấy hình ảnh rõ nét bơng hoa ngắm hoa qua bình cầu từ vị trí quanh nửa thích hợp bình cầu Xác định độ phóng đại ảnh Bình cầu Chú thích: kí hiệu : vị trí quan sát Cho R=9cm; n=1,5 đặt hoa cách tâm cầu 2cm người quan sát đặt mắt cho mắt, tâm cầu hoa gần thẳng hàng với Xác định vị trí ảnh độ phóng đại ảnh Bài (4 điểm): Dao động Một khối cầu gồm hai nửa hai khối bán cầu phân cách mặt phẳng qua đường kính khối cầu, nửa có bán kính R, có ρ ρ’ khối lượng riêng khác ρ ρ’>ρ Khối trụ đặt phẳng P Hệ số ma sát mặt cầu mặt phẳng P đủ lớn để cầu lăn ln khơng trượt P Xác định vị trí khối tâm nửa hình trụ, khối tâm hình trụ Cho khối cầu dao động nhỏ quanh vị trí cân Chứng minh khối cầu dao động điều hòa xác định chu kì dao động Câu (3 điểm): Phương án thực hành Cho dụng cụ: 01 nguồn điện chiều (có điện trở trong), 01 vôn kế ( không lý tưởng), 01 hộp điện trở mẫu, dây nối Xây dựng phương án thí nghiệm xác định suất điện động, điện trở nguồn điện trở vôn kế dùng - Hết Họ tên người đề: Ngô Thị Thu Dinh Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Điện thoại: Phạm Thị Trang Nhung 0983466487 0984577513 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 (ĐỀ GIỚI THIỆU) KỲ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LẦN THỨ XI, NĂM 2018 ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ LỚP 11 Thời gian làm bài: 180 phút (Đáp án gồm 08 trang) Câu 1: (4 điểm – Tĩnh điện) Phần Hướng dẫn giải Điểm Xét t = 0: mặt cầu bên chứa điện tích q, cường độ điện trường bên môi trường điểm bất kỳ: hướng ngồi theo phương bán kính Xét thời điểm t, mặt cầu bên có điện tích q(t): 0,5 Xét mặt cầu đồng tâm bán kính r bao quanh mặt cầu bán kính a 0,25 Áp dụng định luật bảo tồn điện tích: với mật độ dòng thời điểm t 0,25 0,25 Giải phương trình vi phân ta thu nghiệm: 0,25 Khi đó: 0,25 0,25 Dòng điện tồn phần chạy qua mơi trường bên thời điểm t: 0,5 Mật độ dòng 0,5 Nhiệt lượng Joule tỏa ra: 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Năng lượng tĩnh điện bên mơi trường trước phóng điện: 0,5 Vậy (đpcm) Câu (5 điểm – Điện điện từ) Phần Hướng dẫn giải Điểm Viết phương trình chuyển động vòng dây Xét góc hợp mặt phẳng vòng dây với từ trường thơng qua vòng dây: , từ Suất điện động cảm ứng dòng điện cảm ứng: 0,25 0,25 0,25 Moment từ vòng dây: Moment lực từ tác dụng lên vòng dây: Suy ra: 0,25 Phương trình moment: (1) 0,5 Do nhỏ (theo giả thiết) Phương trình (1) trở thành: (2) Giải phương trình (2): Đặt Từ thu phương trình đặc trưng: (3) Với Đặt: 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Để vòng dây dao động: Phương trình (3) có nghiệm: 0,5 ; với j số ảo: Khi nghiệm phương trình (2): Nghiệm phương trình tổng qt: Tại thời điểm ban đầu: 0,5 Từ dao động vòng dây: 0,5 Xét R lớn: Chuyển động tắt dần 0,5 Phác họa chuyển động vòng dây: 1,0 Câu 3: (4 điểm – Quang hình) Phần Hướng dẫn giải Để nhìn rõ nét bơng hoa vị trí xung quanh bình cầu vị trí đặt hoa tâm bình cầu Xác định độ phóng đại Điểm 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 B’ r i B AA’ 0,5 A 'B' tanr sinr   n AB tan i sin i (dù nhìn từ vị trí, ứng với vị trí, góc quan sát góc bé) Chiều dương + r I i C S A A’ S’ 0,25 * Chứng minh công thức lưỡng chất cầu thể mối liên hệ vị trí vật ảnh: CA IA CA ' IA ' CA IA sin i IA  ;     ˆ ˆ sin i sin ACI sinr sin ACI CA ' IA '.sinr IA '.n Đặt: CA  x;CA '  x '  IA  nx (I) IA ' 0,25 x' * Biện luận để tìm vị trí vật cho ảnh rõ nét: Để ảnh rõ nét ứng với giá trị x có giá trị x’ với vị trí khác điểm tới I mặt cầu Để thỏa mãn điều đó: TH1: A C x=x’=0: nghiệm tầm thường xét câu 1) TH2: AI A’I: nghiệm tầm thường: hệ số phóng đại ảnh TH3: A nghiệm tầm thường * Dưới ta giải để tìm vị trí vật TH3: IA nx =hằng số với vị trí I mặt cầu  IA ' x ' ˆ ' với S’ giao phân giác với đường - Dựng phân giác IS’ góc AIA SC Sử dụng hệ thức lượng giác tam giác IAS’ IS’A’: IA AS' IA ' S' A ' ,  ;  ˆ A sin S' ˆIA sin IS' ˆ A ' sin S' ˆIA ' sin IS' ˆ  sin IS'A ˆ ' nên: IA  AS'  S' A (1) ˆ  S'IA ˆ ' sin IS'A mà S'IA IA ' Lại có AS' AC  CS' CS'  x   S' A ' S'C  CA ' x ' CS' S' A ' S' A ' 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369  IA CS'  x (2)  IA ' x ' CS' 0,25 - Mặt khác, IA  hangso với vị trí I mặt cầu nên IS thì: IA ' IA SA  (3) IA ' SA ' So sánh (3) (1)  S’ điểm mặt cầu, SS’ đường kính bình cầu CS’=R 0,25 SA SC  CA SC  x (4)   Mà: SA ' SC  CA ' SC  x ' Từ đó, kết hợp (2) (4) ta có: IA CS'  x SC  x ; đặt R= CS (R>0: cầu lồi) ta có   IA ' x ' CS' SC  x ' IA Rx Rx   IA ' x ' R R  x ' Rx Rx x   Kết hợp với (I) ta có: x ' R R  x ' x '.n Giải phương trình ta tìm được: x=n.R 0,25 x R n Với điều kiện hoa đặt bình cầu ta chọn nghiệm bơng hoa vị trí: x’=n.R x' k   n2 x Độ phóng đại ảnh: Với lưỡng chất cầu độ nhỏ: 0,25 x R n , ảnh 0,25 IA  SA  SC  CA  SC  x  R  x IA '  SA '  SC  CA '  SC  x '  R  x ' Thay vào biểu IA nx  thức: IA ' x ' : x' n n 1 k   x x x' R ; độ phóng đại ảnh: 0,5 (chú ý: HS khơng cần chứng minh lại cơng thức này) Áp dụng số: R=9cm; n=1,5 Vật đặt cách tâm bình cm, ta có hai trường hợp: TH1: x=2cm x’=3,375cmk=1,6875 TH2: x=-2cmx’=-2,7cmk=1,35 0,25 0,25 Câu 4: (4 điểm – Dao động cơ) Phần Hướng dẫn giải Điểm Xác định khối tâm mỗi bán cầu (G G’ khối tâm bán Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 cầu dưới) OG   xdm ; m   R m  23  2  ;dm  ((R  x ))dx  x((R  x )) 3R  OG   dx  14 3  R   23  0,25 R 0,5 3R Khối tâm khối cầu Go O (do ρ’>ρ), cách O khoảng: Hoàn toàn tương tự, ta có: OG '  0,25 0,5 m 'OG ' mOG 3R m ' m 3R  '  OG o    (m  m ') m ' m  '  ñ ρ’ O Go K Tại vị trí trục OGo quay góc φ nhỏ so với phương thẳng đứng, độ cao O so với mặt đất R, nên Go nâng lên độ cao OG o (1  cos) so với vị trí cân bằng, với K tâm quay tức thời, phương trình vật: W= I K   '  (m  m ')gOG o (1  cos) 1  I K   '  (m  m ')gOG o 2 2 = số Đạo hàm hai vế: I K  '' (m  m ')gOG o   Vật dao động điều hòa với tần số góc:   0,25 (m  m ')gOG o (I) IK Xác định IK: I K  IGo  (m  m ')KG o (1) KG o  R  OG o  R  3R  '  3R m ' m (2) R  '  m ' m IGo  I m/G  mGG o  Im'/G '  m 'G 'G o (3) Trong đó: Im/G mơ men quán tính bán cầu m so với khối tâm G xác định sau: I m/O  I m/G  mOG 0,25 0,25 0,25 0,25 1 2(2m)R 2mR I m/O  I 2m/O   0,25 2 5 (mô men quán tính bán cầu khối lượng m so với tâm O ½ mơ men qn tính khối cầu khối lượng 2m so với tâm O) Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369  I m/G 2mR  3R  83mR (4)   m   320   Tương tự: I m '/G '  83m ' R (5) 320 0,25 Xét: mGG o  m 'G 'G o  m  OG  OG o   m '  OG ' OG o  mGG o  m 'G 'G o  9R m.m ' (6) 16 m  m ' Thay (6), (5), (4) vào (3) ta có: IGo  2 0,25 83mR 83m ' R 9R m.m ' (7)   320 320 16 m  m ' Thay (7), (2) vào (1) 83mR 83m 'R 9R m.m ' 3R m ' m   IK     (m  m ')  R  320 320 16 m  m ' m ' m   Biến đổi ta IK  R  43m  56mm ' 13m '2  20  m  m '  (8) 0,25 Tính cụ thể tần số góc dao động 3R m ' m Thay (8) OG o  vào (I) biến đổi ta được: m ' m 15g m '2  m  2R 43m  56mm ' 13m '  15g  '2   2R 432  56 ' 13 ' 0,25 Câu 5: (3 điểm – Phương án thực hành) Phần Hướng dẫn giải Điểm Cơ sở lý thuyết: - Sơ đồ mạch điện: Hình E, r U E r  R  RV  RV r  RV    R U ER V ER V , thì: y = a1x + b, U r  RV Trong đó: a1  ; b  ER V ER V Đặt: x  R; y  0,25 Hình RV R V 0,25 E, r R Hình (1) RV V 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 - Sơ đồ mạch điện: Hình E  U  R  RV Rr  R V r  RR V Ur  U RR V RR V 0,25 r  RV r    U ER V E R 1 ; y  , thì: y = a2x + b, R U r  RV Trong đó: a  r ; b  E ER V 0,25 Đặt: x  (2) - Từ (1), (2) ta có: R V  ; r  Ea , đó, E nghiệm phương Ea1 trình: a1a E  b1E   (*) 0,25 Thí nghiệm: a) Tiến trình thí nghiệm: - Mắc sơ đồ mạch điện Hình 1: Thay đổi giá trị điện trở R, với 0,25 giá trị R, đọc số U vôn kế, điền vào bảng số liệu - Mắc sơ đồ mạch điện Hình 2: Thay đổi giá trị điện trở R, với 0,25 giá trị R, đọc số U vôn kế, điền vào bảng số liệu b) Xử lý số liệu: - Bảng số liệu 1: x = R (Ω) U (V) y = 1/U Đồ thị: Hình + Độ dốc: a1 = tanα1 + Ngoại suy: b - Bảng số liệu 2: R (Ω) U (V) x = 1/R y = 1/U Đồ thị: Hình + Độ dốc: a2 = tanα2 + Ngoại suy: b - Giá trị E, r, Rv tính theo (*) Ghi chú: - Điểm tồn bài: 20 điểm 1/U(V) 0,25 0,25 α1 b R (Ω) Hình 1/U(V) 0,25 b α2 0,25 1/R (Ω) Hình Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 - Học sinh giải cách giải khác, kết cho điểm trọn vẹn  ... http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 (ĐỀ GIỚI THI U) KỲ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LẦN THỨ XI, NĂM 2018 ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ LỚP 11. .. (Ω) Hình 1/U(V) 0,25 b α2 0,25 1/R (Ω) Hình Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 - Học sinh giải cách giải khác, kết cho điểm trọn vẹn ... (1) 0,5 Do nhỏ (theo giả thi t) Phương trình (1) trở thành: (2) Giải phương trình (2): Đặt Từ thu phương trình đặc trưng: (3) Với Đặt: 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline :