Đề thi học sinh giỏi năm 2018 môn vật lý lớp 11 chuyên hùng vương, phú thọ

Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 TRƢỜNG THPT CHUYÊN HÙNG VƢƠNG KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CÁC TRƢỜNG THPT CHUYÊN VÙNG ĐỒNG BẰNG DUYÊN HẢI BẮC BỘ NĂM HỌC 2017-2018 ĐỀ ĐỀ XUẤT MÔN: VẬT LÍ Câu 1: Tĩnh điện (5,0 điểm) Một tụ phẳng khơng khí tạo hai song song, vản có diện tích S = 20 cm2, đặt cách khoảng d = 2mm Giữa hai tụ đặt có bề dày d/2 có diện tích với hai tụ, số điện mơi = điện trở suất  = 1010 .m Tụ mắc vào nguồn điện không đổi 50V qua khóa K (như hình vẽ) a) Tính thời gian đặc trưng tồn dòng điện mạch đóng khóa K b) Vẽ phác đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện tích tụ theo thời gian c) Tính nhiệt lượng tỏa thời gian tồn dòng điện mạch Lời giải K U0 ĐIỂM CÂU a) Ngay sau đóng mạch điện, mặt xuất điện tích 0 phân cực, mật độ điện tích tụ hình vẽ: 0 E0 0,25 E1 1 - Hiệu điện hai tụ: U  E 0  E   0 E  Với  (2); E1    E    1  0  2U  E0   1 d - Điện tích tụ: Q0  0S  0 E 0S  1 d d  E1 (1) 2  2U 00S  5,9.1010 (C)  1 d 0,25 0,25 0,25 * Dưới tác dụng điện trường có dòng điện, dòng điện làm thay đổi điện tích tụ Dòng điện chấm dứt điện trường khơng 0,25 E1'   * Khi dòng điện 0:  ' 2U E  d 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 - Điện tích tụ: Q0  0S  0 E 0S  ' ' ' U 00 1  d U  S S U  S Q Q0  0S  0   0  d d 2U 00S (4)  Q1  2Q0  d 2U 00S  8,8.1010 (C) (3) d 0,25 - Từ (1) (2) suy ra: 0  0,25 0,25 - Cường độ dòng điện mạch: d Q1 E S (  1 )S Q0  Q1 I  2   t R   0  0 E1 0,25  2U 00S    2U 00S   Q  2Q   Q0      0   0  d   0  d   Q'0  Q0  Từ (3) suy ra: I    0 - Thời gian đặc trưng tồn dòng điện mạch:   0  0,085(s) Từ (4) suy ra: I  b) Đồ thị Q - t: 0,25 0,25 0,25 Q(.10-10C) 8,8 5,9 0,5 O c) Năng lượng ban đầu tụ: W0  0,085 Q0 U t(s) 0,25 - Cơng nguồn điện thời gian có dòng điện: A  (Q  Q )U 0,25 Q'0 U - Năng lượng điện trường tụ dòng điện chấm dứt: W1  0,25 ' - Nhiệt lượng tỏa thời gian có dòng điện qua: Q0 U Q'0 U ' Qtoa  W0  A  W1   (Q0  Q0 )U  2 ' (Q  Q0 )U Q toa   72,5.1010 (J) Câu 2: Từ trƣờng (4,0 điểm) 0,25 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Một khung dây dẫn hình vng cạnh a = 10 cm, khối lượng m = g đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,1 T hai cực nam châm (ban đầu, cạnh khung nằm mép cực từ) Giả sử từ trường hai cực từ bên ngồi hai cực từ, từ trường Điện trở khung R = 0,01  Ở thời điểm t = 0, kéo khung với lực không đổi F = 10–4 N hai cực từ a) Vẽ đồ thị vận tốc khung theo thời gian 12 s đầu b) Nếu khung dây siêu dẫn có độ tự cảm L = 0,1 H lúc t = khung kéo lực không đổi Tìm lực cực tiểu để kéo khung khỏi hai cực từ Lời giải CÂU ĐIỂM a) Xét thời điểm khung có vận tốc v, suất điện động dòng điện khung là: Bav 0,5   Bav; i  R Áp dụng định luật II Newton: F – Ft = ma 0,25 2 Ba v dv 0,25 => F  m R dt F B2 a 0,12.0,12  kt 2t v 1 e  0, 01  e (Với k   2) 0,5 km mR 0, 005.0, 01 (Vẽ hình) v (m/s)     0,01 0,5 O b) Do khung dây siêu dẫn nên: L di dx  Ba dt dt Ba x L Phương trình chuyển động cho khung: F – Bia = mx”  B2 a  FL FL t Nghiệm phương trình là: x  2  2 cos   mL  Ba Ba   FL Để kéo khung khỏi cực từ: 2  a Ba Ba F  5.105 N 2L i 10 12 t (s) 0,25 0,25 0,25 0,5 0,5 0,25 Câu 3: Quang hình (5,0 điểm) Hai thấu kính hội tụ O1, O2 đặt cách khoảng l Một vật AB = cm, đặt trươc O1 có ảnh ' ' M: A B  2cm , chiều với AB Đặt mặt song song có chiết suất n = 1,5, độ dày e = cm hai thấu kính, phải dịch chuyển xa O2 đoạn 3cm ảnh cao cm Đặt vật O1, phải dịch chuyển cm Tính tiêu cự f1, f2 hai thấu kính Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Lời giải ĐIỂM CÂU Khi khơng mỏng: có B A' A1 A O2 O1 0,5 B' B1 Khi mỏng đặt O1 O2 A' B A1 A 0,5 A'1 O2 O1 B1 B'1 - Độ dịch chuyển vật A'1 B'1 O2 là: d  e(1  - Độ dịch chuyển ảnh A' B' O2 là: d  3cm B ' )  3cm n 0,25 ' 0,25 ' - Gọi k độ phóng đại ảnh qua O2 khơng có mỏng; k độ phóng đại ảnh qua O2 có mỏng; k1 độ phóng đại ảnh qua O1 khơng có mỏng 0,25 d   1 d 3 A'B' k1.k    AB A ''B'' ' k1.k   1 AB 0,25 1  k   ; k '2  2; k1   2 0,25  d '2  d  d  cm    f  cm  '  ' d  cm d   2    d  0,25 k k '2   ' 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Khi mỏng đặt O1 vật AB A' B B1 A'1 A O2 A1 O1 B' 0,5 B'1 ' ' - Khoảng cách ảnh A B đến O : d    cm ' ' 2 df  cm d '2  f ' ' ' - Độ dịch chuyển ảnh A1B1 AB qua O1: d1    cm - Độ dịch chuyển vật AB qua O1: d1  e(1  )  3 cm n ' d k1.k1'    d1 k1    k1'   '  d1 d  d1  7,2 cm   '  '  f1  2,4 cm d  3,6 cm d  2     d1  3 Vậy tiêu cự O1 O2 là: f1  2,4 cm ; f  cm - Khoảng cách vật A1B1 đến O : d  ' ' Câu 4: Dao động (3,0 điểm) Hai xi lanh mỏng bán kính khối lượng tương ứng R1, R2 m1, m2 ghép lại thành hình số Cho hệ dao động nhỏ quanh trục nằm ngang trùng với điểm tiếp xúc (m1 nằm trên, m1 < m2, R1 < R2) Tính chu kỳ dao động nhỏ hệ 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 m1 m2 Lời giải CÂU Xét thời điểm hệ có li độ góc , chọn mốc điểm nằm trục quay, có tồn phần hệ hai xi lanh : ĐIỂM 0,5 1 W  m1R1 cos   m1R cos   2m1R12 '2  2m R 22 '2 2 dW Cơ hệ bảo toàn nên 0 dt 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Suy : (m2R2 – m1R1)sin.’ + 2(m1 R12 + m2 R 22 )’’’ = 0,5 0,5 Với  nhỏ, ta có sin   m R  m1R1 suy :    ''   m1R 12  m R 22  0,5 Vậy hệ dao động điều hòa với chu kì : T  2  m1R12  m R 22  0,5 m R  m1R1 Câu 5: Phƣơng án thực hành (3 điểm) Cho dụng cụ thí nghiệm sau: - Một khối trụ nhơm M, có rãnh bề mặt trụ trục gắn cố định - Một giá thí nghiệm để gắn khối trụ M - Một nặng có khối lượng m biết - Một lực kế - Một sợi dây mảnh, không giãn - Một thước êke giấy vẽ đồ thị Hãy xây dựng phương án thí nghiệm để đo hệ số ma sát nghỉ sợi dây khối nhơm u cầu: a) Thiết kế vẽ mơ hình thí nghiệm b) Xây dựng sở lí thuyết cho thí nghiệm đưa phương trình cần thiết c) Đưa cơng thức tính hệ số ma sát nghỉ sợi dây khối nhôm nêu tiến trình thí nghiệm Lời giải ĐIỂM CÂU a) Gắn trụ cố định vào giá đỡ T() T(+d) d  F 0,25 mg - Dùng sợi dây buộc vật nặng vắt qua trụ, đầu lại buộc vào lực kế giữ cho dây không trượt để đo lực căng sợi dây vị trí ứng với góc  - Thả lực vật nặng bắt đầu trượt xuống Khi này, lực ma sát sợi dây trụ lực ma sát trượt b) Xét phần tử dây có chiều dài dl ứng với góc d dT = .T.d (1) dT Từ (1) ta có:  d T 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 mg   F  dT mg   d  ln   (2) T F c) Từ (2) ta có:  hệ số góc đường thẳng biểu diễn phụ thuộc ln Tiến trình thí nghiệm: Lắp thí nghiệm hình vẽ Dùng êke xác định góc  Nhả lực vật bắt đầu trượt xuống, đọc giá trị F lực kế -HẾT - 0,25 mg theo  F 0,25 0,25 0,25 ... nghiệm sau: - Một khối trụ nhơm M, có rãnh bề mặt trụ trục gắn cố định - Một giá thí nghiệm để gắn khối trụ M - Một nặng có khối lượng m biết - Một lực kế - Một sợi dây mảnh, không giãn - Một thước... website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Khi mỏng đặt O1 vật AB A' B B1 A'1 A O2 A1 O1 B' 0,5 B'1 ' ' - Khoảng cách ảnh A B đến O : d    cm ' ' 2 df  cm d '2  f ' ' ' - Độ dịch chuyển... 0 - Thời gian đặc trưng tồn dòng điện mạch:   0  0,085(s) Từ (4) suy ra: I  b) Đồ thị Q - t: 0,25 0,25 0,25 Q(.1 0-1 0C) 8,8 5,9 0,5 O c) Năng lượng ban đầu tụ: W0  0,085 Q0 U t(s) 0,25 -