Đề thi học sinh giỏi năm 2018 môn vật lý lớp 11 chuyên lương văn tụy, ninh bình

Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 SỞ GD ĐT NINH B NH T TRƢỜNG THPT CHUYÊN ăm học: 2017 - 2018 LƢƠNG VĂN TỤY : T 11 Thời gian làm bài: ph t X ẤT (Đề gồm 05 câu 02 trang) Câu TĨNH ĐIỆN (4,0 điểm) Ở cách xa vật thể khác khơng gian, có hai cầu nhỏ tích điện Điện tích khối lƣợng cầu lần lƣợt q1= q, m1 =1g; q2 = -q, m2 = 2g Ban đầu, khoảng cách hai cầu a = 1m, vận tốc cầu m2 1m/s, hƣớng dọc theo đƣờng nối hai cầu xa m1 vận tốc cầu m1 1m/s, nhƣng hƣớng vng góc với đƣờng nối hai cầu Hỏi với giá trị điện tích q chuyển động tiếp theo, cầu có hai lần cách khoảng 3m? Chỉ xét tƣơng tác điện hai cầu Câu ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỪ (5,0 điểm) IR Cho mạch điện (hình 3) Tụ điện có D điện dung C=1F ban đầu không mang điện, R điện trở R=10, nguồn điện có suất điện động E C IoR Uo E=20V có điện trở khơng đáng kể Điốt UR D có đƣờng đặc trƣng Vơn-Ampe (hình 4), với K O Io=1A, Uo=10V Bỏ qua điện trở dây nối Hình Hình khố K Tính tổng nhiệt lƣợng toả R sau   Bz x đóng K x+b O x B + Trên mặt bàn phẳng nằm ngang đặt khung y C + dây dẫn hình chữ nhật có cạnh a b (xem hình vẽ) F2 F1 Khung đƣợc đặt từ trƣờng có thành phần y + a D A véctơ cảm ứng từ dọc theo trục z phụ thuộc vào toạ độ x theo quy luật: B z  B0 (1  x), B0  y số Truyền cho khung vận tốc v0 dọc theo trục x Bỏ qua độ tự cảm khung dây, xác định khoảng cách mà khung dây đƣợc dừng lại hoàn toàn Cho biết điện trở khung dây R Câu QUANG HÌNH (4,0 điểm) Ngƣời ta cắt từ cầu làm thủy tinh chiết suất n  1,5 bán kinh R = 10cm lấy hai chỏm cầu mỏng, để nhận đƣợc hai thấu kính phẳng lồi với đƣờng kính 1cm 2cm Các thấu kính đƣợc dán đồng trục với Trên trục cách hệ thấu kính 1m đặt nguồn sáng điểm phía bên hệ đặt vng góc trục Hỏi phải đặt nhƣ để kích thƣớc vết sáng nhỏ nhất? Và kích thƣớc bao nhiêu? Câu DAO ĐỘNG CƠ (4,0 điểm) 2l O Ba cầu nhỏ có khối lƣợng m, M, m tích điện q nối với m m M hai dây nhẹ không dãn không dẫn điện, chiều dài l Chọn trục toạ độ có gốc O trùng với vị trí cầu M hệ cân bằng, trục OX vng góc với hai dây Tìm chu kỳ dao động nhỏ hệ theo phƣơng OX Bỏ qua ảnh hƣởng trọng lực X Câu PHƢƠNG ÁN THỰC HÀNH (Điện, Quang, Dao động) (3,0 điểm) Xác định Suất điện động nguồn điện chƣa biết điện trở dụng cụ sau: Nguồn điện cần xác định, nguồn điện có Sđđ biết, hai tụ có điện dung giống nhau, micrơampe kế, điện trở có trở kháng 1 HẾT - Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Giám thi: ………………………………………… Chữ kí: ……………… Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 SỞ GD ĐT NINH B NH TRƢỜNG THPT CHUYÊN LƢƠNG VĂN TỤY Câu T Ấ T ăm học: 2017 - 2018 : T 11 áp án Vận tốc khối tâm hệ hai hạt  2mv02  m  v03 2v02  v01 Vc    const 3m  V  v0 cx   V  v  cy Do ngoại lực, khối tâm chuyển động thẳng Xét hệ quy chiếu khối tâm (C) Vận tốc hạt gồm thành phần: Thành phần theo phƣơng nối hạt (dƣới gọi thành phần song song) Thành phần vng góc với đƣờng thẳng nối hạt (dƣới gọi thành phần vng góc) Tại thời điểm ban đầu: vận tốc hệ quy chiếu C hạt là: v   v mx   v mx  v0       3 , v2m  vm  v  v0 v   v my my   V0/ m 2/3V0 (5 điểm) C 2m V0/ iểm 0,25 0,25 0,25 y 0,25 2/3V0 Trạng thái ban đầu x Để thoả mãn điều kiện hai hạt lần qua vị trí cách 3a khoảng cách cực đại hai hạt l max  3a Khi đạt khoảng cách lmax thành phần vận tốc theo phƣơng V song song triệt tiêu, thành phần vng góc 2rmax C m rmax 2m 0,25 lmax 2V Trạng thái đạt lmax ( l max  3rmax ) 0,25 Do động lƣợng hệ hệ quy chiếu C nên v m  2v  v m  v 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Theo định luật bảo tồn mơmen động lƣợng quanh C hạt 2m, ta có  v   a  v a v  rmax        (1)  3  Mặt khác: l rmax  max (2) v a v a Từ (1) (2) suy ra: v  Vì: l max  3a  v   hay  l max 3a v v  (3) Theo định luật bảo toàn lƣợng (biến thiên động hệ biến thiên lƣợng tƣơng tác điện), ta có 1 1  2 m(v mx  v my )   2m(v 22mx  v 22my )   m  (2v)  2mv  2 2  q 1      4  a l max  q2 v2  m  v02  2m  3mv  4 9 1     a l max    0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Theo giả thiết l max  3a 1      a 3a   2 q2 mv  3mv  4  2 q2 mv  3mv  6 a 0,25 34 ma  0,32C (4) Mặt khác, theo định luật bảo toàn lƣợng, ứng với trạng thái hai hạt cách khoảng l, ta có: 2  v0   2   q  1  m v0   2m    m(2v)  2mv  =   3   4  a l    2 Vì hai hạt xa l max , nên với l  l max ta phải có: (3)  q  v0 4v02 v02 q2 m  2m  4 9 1     a l    q2  4 a 8 ma  0,27C (5) 8 ma 34 ma  q  v0 Từ (4) (5)  v0 , hay 0,27C  q  0,32C - Ngay sau đóng K có dòng điện qua điốt D, tụ điện đƣợc nạp điện, hiệu điện tụ điện tăng dần, hiệu điện D Uo, dòng điện giảm dần, hiệu điện tụ tăng dần Đến thời điểm t1, dòng điện mạch Io Lúc hiệu điện điện tích tụ là: U1=E-Uo-IoR, q1=C.U1=C.(E-Uo-IoR) 0,25 0,25  q  v0 0,25 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 CU12 C ( E  U o  I o R)  2 - Nhiệt lƣợng toả D: WD1=q1Uo=UoC(E-Uo-IoR) - Công nguồn điện: A=q1E=EC(E-Uo-IoR) C - Nhiệt lƣợng toả R: Q1=A-WD1-WC1= [( E  U o )  ( I o R) ] Sau thời điểm t1 dòng điện mạch tiếp tục giảm, l c D có vai trò nhƣ điện trở r=Uo/Io Giai đoạn này, nhiệt lƣợng Q2 toả R công nguồn A2 trừ độ tăng lƣợng tụ WC nhiệt lƣợng toả D (WĐ2): Q2=A2-WCWĐ2 Công nguồn: A2=E(EC-q1)=E[EC-C(E-Uo-IoR)]=EC(Uo+IoR) E 2C E 2C C  WC1   ( E  U o  I o R) Phần lƣợng tăng thêm tụ: WC  2 U I R  WC  C (U o  I o R)( E  o o ) Nhiệt lƣợng toả R: Q2=A2-WC-WĐ2Q2+WĐ2=A2-WC RI U I R Uo Q R R  o  WD  Q2 o  Q2  WD  Q2 ( o ) Mà   WD r U o / I o U o Io R Io R Io R Io R U I R  Q2  ( A2  WC )  [ EC (U o  I o R)  C (U o  I o R)( E  o o )] Io R Uo Io R Uo RI C (U o  I o R)  Q2  o C Tổng nhiệt lƣợng toả R: Q=Q1+Q2= [( E  U o )  U o I o R]  10 4 ( J ) 2  Xét khung vị trí nhƣ hình vẽ Ta có: - Năng lƣợng tích luỹ tụ: WC1= B AB  B0 1    x  BCD  B0 1    x  b   Bz x O B + y F2 y+a x+b 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 x + C F1 A- 0,25 0,25 -D y Suất điện động cảm ứng xuất hai AB, CD là: 0,25 E AB  B AB  v  a; ECD  BCD  v  a 0,25 Dòng điện chạy mạch có chiều nhƣ hình vẽ có độ lớn bằng: I E AB  ECD v  aB AB  BCD  v  a  B0    b   R R R 0,25 Lực từ tác dụng lên hai AB CD có chiều nhƣ hình vẽ có độ lớn bằng: F1  BCD  I  a  BCD B0  ba  v R 0,25 B ba  v F2  B AB  I  a  B AB  R áp dụng định 0,25 luật II Newton cho khung theo trục Ox , ta đƣợc: 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 F1  F2  m  a  m  0,25 dv dt Boba v BCD  B AB   m dv  R dt  0,25 B02 b a v  dt  m  dv R  v  dt  0,25  mR dx  mR dt  2 2 dv  dx  2 2 dv dt B0  b a B0  b a s  mR Lấy tích phân hai vế ta có: x  2 2  v B0  a b s 0,25 0,25 0,25 v0 mRv0 B  a 2b 0,25 Vậy độ dịch chuyển khung dây là: s  0,25 mRv0 B  a 2b 2 0,25 Ta cắt cầu (chiết suất n) bán kính R  10cm lấy chỏm cầu để nhận đƣợc thấu kính phẳng lồi L1 , L2 có đƣờng kính D1 , D2 (với D1  D2  2cm ) ch ng có ’ tiêu cự Slà f: S1’ ’ S2 ’ d d 2 d1 d1 1 10  (n  1)   f  (cm) f R n 1 Sơ đồ tạo ảnh: (L ) Hv 0,5 DL (L2) A D O S D S’2 d1 0,5 m I B S’1 l Đƣờng tia sáng nhƣ hình vẽ Từ ta thấy vết sáng có kích thƣớc nhỏ Dm  AB I với OI  l Mặt khác, ta có: 1 1   ' *  ' ( 2) ' f d1 d1  d1 d 0,5 0,5 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369  D m d1'  l   d1'  D1 + Dựa vào tính chất đồng dạng ta đƣợc:  '  Dm  l  d  D2 d 2'   Dm  l  l   '    l  Cộng vế (3) vế (4): ' D1   d1 d  f D1  (*)  Dm  f  3   d  Từ (2), (3), (5) suy ra:  f l  (**) f     d Quả cầu làm thuỷ tinh hữu nên lấy n  1,5 (3) 0,5 (4) 3Dm f D1 (5) 0,5 0,5 0,5 (gần đ ng)  f  20(cm)  D  0,59(cm) Suy ra:  m l  17,65(cm) Giải: Khi M có li độ x1 hai vật m có li độ x Khối tâm hệ có toạ độ xG  Động hệ: E k  Mx1  2mx M   x 2   x1 M  2m 2m 1 M M  2 M  x1   m x 2   1   x1  2  2m  Thế hệ: Et  2k 0,5 0,5 q kq  l r 0,5 M   Với: r /  l  x1  x 2  l  x12 1   2m   0,5   x1   M    l 1    1      l   2m   0,5 1/ 2 q kq   x1   M    E t  2k    1    1  l 2l   l   2m   0,5 1 / 2  5kq kq  x1   M     1   2l 4l  l   2m  0,5 Do lƣợng hệ bảo tồn, ta có: 2 M M  5kq kq  x1   M   E  E k  Et     1  1  x1     const  2m  2l 4l  l   2m  Lấy đạo hàm hai vế phƣơng trình ta dễ dàng nhận đƣợc phƣơng trình vi phân mơ kq  M  kq M  2m  tả dao động hoà với tần số góc:   1   2l M  2m  Mml 0,5 0,5 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369  T  2 4Mml kq ( M  2m)  Cơ sở lí thuyết 1, Đo Suất điện động: Dựa vào tích điện tụ, phóng điện tụ qua micrơampe kế chế độ xung kích (1 giây q trình phóng) Căn vào số lớn n Micrơampe kế ta có A 0,25 0,25 A 0,25 0,25 n  kIm  k q với q  CE t  1s ta có: n  kCE t + Ta kiểm chứng điều cách thay tụ điện ta mắc vào hai tụ mắc song song, hai tụ mắc nối tiếp Trƣờng hợp đầu ta thấy số n tăng gấp đôi, trƣờng hợp sau thấy n giảm nửa + Với nguồn E1 ta có: n1  kCE1 + Với nguồn E2 ta có: n  kCE Từ có: n1 E1 n   E  E1 n E2 n1 + Trong công thức E1 suất điện động nguồn biết, n1, n2 số cực đại ampe kế hai lần đo với nguồn E1 với nguồn E2, số đƣợc đọc ampe kế 2, Đo điện trở trong: Khi biết suất điện động, mắc R nguồn thành mạch kín, áp dụng định luật Ơm ta có: I E E r R Rr I + Trong công thức R, E biết, I đo đƣợc Micrơ Ampe kế  Trình tự thí nghiệm: + Mắc mạch điện nhƣ hình vẽ: + Mắc nguồn E1 vào sơ đồ + Ban đầu đóng K vào chốt để nạp điện cho tụ, chắn tụ nạp đầy, gạt nhanh K sang chốt 2, quan sát, đọc nhanh giá trị n1 MicroAmpe kế + Thay nguồn E1 E2 lặp lại tƣơng tự + Khi xác định đƣợc Sđđ E2 mắc sơ đồ mạch điện sau để đo điện trở nguồn:  Đánh giá sai số: 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 + Sai số ngẫu nhiên q trình đóng khố K quan sát, đọc giá trị n n2 Để giảm sai số nên thực lại nhiều lần + Để độ xác thí nghiệm xác E1 E2 khơng đƣợc sai khác 10 lần, Bộ tụ điện MicroAmpe phải hợp lý để giá trị n1, n2 không vƣợt thang đo, không nhỏ so với giới hạn thang đo 0,25 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Ghi : - Nếu học sinh làm theo cách khác với đáp án mà kết đ ng cho điểm tối đa tƣơng ứng - Nếu kết thiếu sai đơn vị trừ tối đa 0,5 điểm cho toàn thi - Điểm thi khơng đƣợc làm tròn 10 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Ầ TỔ ỐT A A ( Ồ T T (Họ tên, chữ ký) XÁ À T Ẩ À Ả Ệ : Ẫ Ị Ấ ) À:….… TRANG XÁ ỦA ỦA (Họ tên, chữ ký, đóng dấu) T (Họ tên, chữ ký) 11 ... E  U o  I o R)  2 - Nhiệt lƣợng toả D: WD1=q1Uo=UoC(E-Uo-IoR) - Công nguồn điện: A=q1E=EC(E-Uo-IoR) C - Nhiệt lƣợng toả R: Q1=A-WD1-WC1= [( E  U o )  ( I o R) ] Sau thời điểm t1 dòng điện... tích tụ là: U1=E-Uo-IoR, q1=C.U1=C.(E-Uo-IoR) 0,25 0,25  q  v0 0,25 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 CU12 C ( E  U o  I o R)  2 - Nhiệt lƣợng toả... kết đ ng cho điểm tối đa tƣơng ứng - Nếu kết thi u sai đơn vị trừ tối đa 0,5 điểm cho toàn thi - Điểm thi khơng đƣợc làm tròn 10 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369