Đề thi chọn khối lớp 11 ban KHTN

TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH I ĐỀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG Năm học 2008 – 2009 Môn : Vật lí 11 – Ban KHTN (Thời gian làm bài 180 phút không kể thời gian giao đề) --------------- Câu 1: (1 điểm) Một dây dẫn thẳng dài vô hạn mang dòng điện I = 5A, có một điểm bị uốn bị uốn cong bán kính R = 10cm. Hệ thống đặt trong không khí. Xác định cảm ứng từ tại điểm O trong hai trường hợp uốn như hình H1.a và hình H1.b? H1.a H1.b Câu 2: (2 điểm) Một electron có vận tốc v 0 = 2.10 7 m/s đi vào trong từ trường đều cảm ứng từ B ur ( B = 10 -3 T ) hợp với 0 v uur một góc α. 1. Electron chuyển động theo quỹ đạo có hình dạng như thế nào? Xác định kích thước của quỹ đạo đó trong các trường hợp: a. α = 90 0 b. α = 60 0 2. Tính công của lực từ tác dụng lên electron? Bỏ qua tác dụng của trọng lực. Câu 3: (1 điểm) Qua ba đỉnh của một tam giác đều ABC cạnh a = 20cm. người ta đặt 3 dây dẫn thẳng dài vô hạn vuông góc với mặt phẳng ABC có dòng điện I 1 = I 2 = I 3 = I = 5A cùng chiều chạy qua. a. Ba dây dẫn được giữ cố định. Xác định độ lớn lực tác dụng lên mỗi mét chiều dài mỗi dòng điện? b. Hỏi phải đặt một dòng điện thẳng dài vô hạn có chiều và cường độ như thế nào và đặt tại đâu để 4 dòng điện trên cân bằng? Câu 4: (1.5 điểm) Một đoạn dây dẫn AB có chiều dài l 0 = 20 cm, khối lượng m = 10g được treo nằm ngang trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ hướng thẳng đứng lên trên. Hai dây treo mảnh, nhẹ, chiều dài mỗi dây l = 40 cm. Cho dòng điện I = 2A chạy qua dây AB người ta thấy dây AB bị đẩy lệch sang một bên và có vị trí cân bằng khi dây treo bị lệch một góc α = 30 0 . a. Tính độ lớn cảm ứng từ B ur ? b. Tính vận tốc của dây AB ở vị trí cân bằng lúc đầu khi chưa có dòng điện? (Bỏ qua ma sát và lực cản của môi trường) Câu 5: (1.5 điểm) Hai thanh kim loại song song, thẳng đứng một đầu nối với tụ điện C = 2μF . Một đoạn dây dẫn AB độ dài l = 20cm, khối lượng m = 20g, tỳ vào hai thanh kim loại, tự do trượt không ma sát xuống dưới và luôn vuông góc với hai thanh kim loại trên.Hệ thống đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 1T vuông góc với mặt phẳng hai thanh kim loại. Bỏ qua điện trở trong mạch. a. Tính gia tốc a của thanh AB ? b. Hai thanh kim loại nghiêng so với phương ngang góc α = 30 0 . Độ lớn và chiều của B ur vẫn như cũ. Ban đầu AB được thả từ vị trí cách đầu dưới của thanh kim loại đoạn d = 10cm . Tìm thời gian để AB bắt đầu rời khỏi thanh kim loại và tốc độ của AB khi đó? H.2 Câu 6: (3 điểm) Một khối thuỷ tinh hình bán cầu tâm O bán kinh R, chiết suất n = 2 đặt trong không khí. Chiếu một chùm tia sáng song song, rộng vào toàn bộ mặt phẳng của bán cầu và vuông góc với mặt phẳng đó. Hình H.3 1. Tìm i gh phản xạ toàn phần của tia sáng từ thuỷ tinh ra không khí? 2. Vẽ tiếp đường đi của tia sáng (1) cách O đoạn R/2. Và tìm góc lệch của tia ló ra khỏi tấm thuỷ tinh so với tia tới? 3. Vẽ tiếp đường đi của tia sáng (2) cách O đoạn 3 R 2 ? 4. Xác định vùng trên mặt cầu tại đó có tia sáng ló ra? H.3 5. Tìm sự phụ thuộc của khoảng cách từ O tới giao điểm G (G là giao điểm của tia sáng không đi qua O ló ra khỏi mặt cầu với tia sáng đi qua O) với góc tới i của tia sáng trên mặt cầu? ĐÁP ÁN I O R I O R A B C B ur R/2 3 R 2 O R (1) (2) Thi khối 11 – Ban KHTN Môn: Vật lí Câu Nội dung Điểm Ia Cảm ứng từ 0 B ur tại O là tổng hợp của cảm ứng từ 1 B ur do dòng điện trong dây dẫn thẳng gây ra tại O và cảm ứng từ 2 B ur do dòng điện tròn gây ra tại O: 0 1 2 B B B= + ur ur ur 0.25 1 B ur có chiều vuông góc với mặt phẳng hinh vẽ và hướng ra: Độ lớn: -7 7 1 I B = 2.10 = 10 (T) R − 2 B ur có chiều vuông góc với mặt phẳng hinh vẽ và hướng vào: Độ lớn: -7 7 2 I B = 2π.10 = 3,14.10 (T) R − 1 B ur < 2 B ur ⇒ 0 B ur cùng chiều với 2 B ur (chiều vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và hướng vào) Độ lớn: -7 0 2 1 B = B - B = 2,14.10 (T) 0.25 Ib Cảm ứng từ tại O do dòng điện thẳng sinh ra = 0 ( Do O nằm trên đường thẳng chứa dòng điện) 0.25 Cảm ứng từ 2 B ur do dòng điện trong dây dẫn nửa đường tròn sinh ra : - Hướng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và đi vào - Độ lớn: -7 7 2 I B = π.10 = 1,57.10 (T) R − 0.25 0 1 2 2 B B B B= + = ur ur ur ur ⇒ B 0 = B 2 = 1,57.10 -7 T II.1a Electron chuyển động theo quỹ đạo tròn bán kính R. Lực Lorenxơ đống vai trò là lực hướng tâm. l ht F = F ⇔ 2 mv B.v.e = R ⇒ -31 7 -3 -19 mv 9,1.10 .2.10 R = = 11,375 (cm) B.e 10 .1,6.10 = 0.75 II.1b 0 v uur có thể phân tích thành 2 thành phần: 1 v uur vuông góc với B ur : 1 0 v = v .sinα và 2 v uur song song với B ur : 2 0 v = v .cosα Electron tham gia đồng thời hai chuyển động: chuyển động tròn đều với vận tốc 1 v uur . Và chuyển động thẳng đều với vận tốc 2 v uur vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo tròn. 0.25 Trong chuyển động tròn đều với vận tốc 1 v uur . Bán kính của quỹ đạo (Lập luận như câu trên): 0 1 m.v .sinα m.v 3 R = 11,375. (cm) B.e B.e 2 = = 0.25 Thời gian e di chuyển được 1 vòng: -9 1 0 2πR 2πR T = = 35,72.10 (s) v v .sinα ≈ Độ dịch chuyển của e trong thời gian T theo phương song song với B ur : -2 2 0 h = v .T = v .T.cosα = 35,72.10 (m) 0.25 II.2 Lực Lorenxơ là lực hướng tâm nên: A F tu = 0 0.5 III.a Áp dụng công thức: F 21 = F 31 = 2 -7 -7 1 2 I I I 2.10 2.10 d a = = 25.10 -6 N 0.25 B ur 0 v uur 1 v uur 2 v uur h F 1 = 2. F 21 .cos30 0 = 25. 3 .10 -6 N = F 2 = F 3 0.25 IIIb Để cả hệ cân bằng thì tổng các lực tác dụng lên mỗi mét chiều dài dòng điện phải cân bằng nhau. Xét các lực tác dụng lên dây dẫn 1: 21 31 41 F +F +F = 0 uur uur uur I 4 ngược chiều với I 1 Đồng thời thoả mãn: 12 32 42 13 23 43 14 24 34 F +F +F = 0 F +F +F = 0 F +F +F = 0        uur uur uur uur uur uur uur uur uur ⇒ dòng I 4 song song với 3 dòng điện và đặt tại tâm của tam giác ABC 0.25 41 21 31 1 F = - (F +F )= - F uur uur uur uur ⇒ F 41 = F 1 = -7 4 I.I 2.10 . d = 25. 3 .10 -6 N; ( d = a 0,2 = (m) 3 3 ) ⇒ 1 4 -7 d.F I = I.2.10 = -6 4 -7 0,2 .25. 3.10 3 I = = 5(A) 5.2.10 0.25 IVa Điều kiện cân bằng: P + F + T = 0 ur r uur 0.5 độ lớn F = mg.tanα ⇔ B.I.l = mg.tanα ⇒ B = mg.tanα I.l = 0,14 (T) 0.5 IVb Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: mgl(1 - cosα) = 1 2 mv 2 ⇒ v = 2g (1 - cosα) 1,1(m/s)l ≈ 0.5 Va F = B.I.l , với I = c CΔξ Δq Δv = = CB . = CB a Δt Δt Δt l l 0.25 Phương trình chuyển động của AB : P – F = ma ⇒ 2 2 mg a = m + CB l ≈ 10 m/s 2 0.25 Khi thanh AB đi xuống, thế năng trọng trường của thanh AB chuyển hóa thành động năng chuyển động của AB và năng lượng điện trường trong tụ. 0.25 Vb Khi hai thanh nghiêng góc α so với mặt ngang, Phương trình động lực học của AB là: Psinα – Fsinα = ma’ 0.25 ⇒ 2 2 mgsinα a' = m + CB sinαl ≈ 5 m/s 2 0.25 Thời gian thanh AB rời khỏi thanh kim loại: 2 a't d = 2 ⇒ t = 2d a' = 0,2s 0.25 I 1 I 3 I 2 F 21 F 31 F 1 P ur F r T ur B ur O α Vân tốc của AB khi đó: v = a’.t = 1 m/s VI.1 Xác định góc giới hạn phản xạ toàn phần: gh 1 1 sini = = n 2 ⇒ i gh = π 4 = 45 0 0.25 VI.2 Tia (1) vuông góc với AB nên truyền thẳng, đến mặt cầu dưới góc tới i. Sini 1 = 1 2 ⇒ i 1 = 30 0 0.25 Tại J theo định luật khúc xạ ánh sáng n.sini 1 = sinr 1 ⇒ r 1 = 45 0 0.25 Góc lệch của tia ló so với tia tới Δ = r 1 – i 1 = 15 0 0.25 0.25 VI.3 Góc tới i 2 = OH R = 3 2 ⇒ i 2 = 60 0 i 2 > i gh nên xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần tại K 0.25 Tam giác ΔOIK đều nên góc OIK = 60 0 > i gh nên có hiện tượng phản xạ toàn phần tại I 0.25 Tương tự ta có góc IK’O = 60 0 > i gh nên có phản xạ toàn phần tại K’ Tia ló cuối cùng K’H’ song song với IO 0.25 0.25 VI.4 Để có tia ló ra khỏi mặt cầu i ≤ i gh = 45 0 OM = Rsin i gh = R 2 2 vùng có ánh sáng ló ra khỏi mặt cầu lá chỏm NIN’ tương ứng với góc NOI = N’OI = 45 0 0.25 R/2 O R (1) i 1 r 1 δ I G J K O (2) H H’ K K’ i 2 i 2 i 2 i 2 ’ i 2 ’ I O M M’ N N’ i i I’ VI.5 Áp dụng định lý hàm sin trong tam giác ONG t a có: OG ON R = = sinr sin(r - i) sin(r - i) ⇒ OG = R. sinr sin(r - i) 0.25 sinr = n.sini = 2 sini sin (r - i) = sinr.cosi – sini.cosr = 2 sini.cosi – sini. 2 1 - 2.sin i ⇒ OG = 2 R 2 2.cosi - 1 - 2sin i i = 0 0 : OG 1 = R 2 = (2 + 2).R 2 - 1 i = 45 0 : OG 2 = R 2 G 1 G 2 = R 2 2 - 1 - R 2 = 2R 0.25 * Lưu ý: (Nếu thí sinh giải theo cách khác và vẫn đúng theo kiến thức thì vẫn cho điểm tối đa theo thang điểm) O R i 1 r 1 δ I G N K M . THẠCH THÀNH I ĐỀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG Năm học 2008 – 2009 Môn : Vật lí 11 – Ban KHTN (Thời gian làm bài 180 phút không kể thời gian giao đề) ---------------. trên mặt cầu? ĐÁP ÁN I O R I O R A B C B ur R/2 3 R 2 O R (1) (2) Thi khối 11 – Ban KHTN Môn: Vật lí Câu Nội dung Điểm Ia Cảm ứng từ 0 B ur tại O là tổng