Đề thi HSG Vật Lí 11 Trường THPT Chuyên Bắc Ninh

TRƯỜNG THPT CHUYÊN
ĐỀ ĐỀ XUẤT KHU VỰC DH VÀ ĐBBB BẮC NINH
NĂM HỌC 2023 – 2024
(Đề thi có 04 trang, gồm 05 câu)
MÔN: VẬT LÍ – KHỐI 11
Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Câu 1: (4 điểm)
Gia tốc kế dùng để kích hoạt các túi khí an toàn trong
các ôtô khi xảy ra va chạm được đơn giản hóa bằng một
hệ cơ điện mô tả ở hình 1 gồm một vật có khối lượng M A B C
gắn cố định với một bản tụ B và gắn với hai lò xo có cùng
độ cứng k. Bản B có thể dịch chuyển trong khoảng giữa
hai bản A, C gắn cố định và ba bản này luôn song song
với nhau. Tất cả các bản đều giống nhau, cùng diện tích S,
có khối lượng và độ dày không đáng kể. Hai bản A, C
được nối với các điện thế cho trước V và - V, còn bản B C0
nối đất thông qua một cái chuyển mạch hai trạng thái. Khi Hình 1
toàn bộ hệ thống không có gia tốc thì khoảng cách giữa
mỗi bản A, C và bản B là d, nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước của các bản.
Bỏ qua tác dụng của trọng lực, giả thiết rằng hệ tụ điện được gia tốc cùng với ôtô với
gia tốc a không đổi. Ta cũng giả thiết rằng trong quá trình gia tốc đó, lò xo không dao
động và tất cả các thành phần của tụ điện phức hợp này đều ở vị trí cân bằng của chúng,
tức là chúng không chuyển động đối với nhau và do đó, cũng không chuyển động so với
ôtô. Do sự gia tốc này, bản di động B sẽ bị dịch chuyển đi một đoạn x nhất định tính từ
vị trí ở chính giữa hai bản cố định A, C.
1. Xét trường hợp chuyển mạch ở trạng thái (1), hãy biểu diễn gia tốc không đổi a
như là hàm của x. Khi x << d, chứng minh rằng vật M thực hiện dao động cưỡng bức,
tính tần số góc của dao động đó và điều kiện của độ cứng lò xo để thỏa mãn.
2. Bây giờ giả thiết rằng chuyển mạch ở trạng thái (2), tức là bản di động B được nối
đất thông qua một tụ điện có điện dung C0 (ban đầu không tích điện). Xét trường hợp x << d.
2.1. Tính điện thế V0 của tụ C0 như là hàm của x.
2.2. Bỏ qua mọi ma sát, cho d = 1,0 cm, S = 2,5.10-2 m2, k = 4,2.103 N/m, V = 12 V,
M = 0,15 kg. Hệ thống được thiết kế sao cho khi điện thế trên tụ điện C0 đạt giá trị V0 =
0,15 V thì túi khí sẽ được kích hoạt. Xác định giá trị điện dung C0 để túi khí không bị
kích hoạt trong quá trình phanh bình thường, khi gia tốc a của ôtô nhỏ hơn gia tốc trọng
trường g = 9,8 m/s2, và sẽ bị kích hoạt nếu a ≥ g. Câu 2: (4 điểm)
Một khung dây kim loại, cứng, hình vuông chiều dài mỗi cạnh là a, có điện trở
không đáng kể được đặt trên mặt bàn nằm ngang không có ma sát và được đặt trong
không gian có từ trường, đường sức từ thẳng đứng hướng lên. Giả thiết khung không bị
biến dạng và ban đầu trong khung không có dòng điện.
a. Khung dây được giữ cố định, từ trường không phụ thuộc
vào không gian mà chỉ phụ thuộc vào thời gian theo quy luật B
B=B0(1-kt), với B0 và k là các hằng số dương đã biết. Tìm biểu
thức của suất điện động cảm ứng trong khung. Giả thiết bỏ qua Hình 2
suất điện động tự cảm (hình 2)
b. Khung dây được thả tự do, khung có khối lượng m và độ
tự cảm là L. Cảm ứng từ không phụ thuộc vào thời gian mà chỉ a
phụ thuộc vào không gian và thay đổi theo quy luật
B=B0(1+kx), (hình 3). Lúc đầu khung dây nằm yên. Ở thời điểm x
t = 0 khung ở gốc tọa độ, người ta truyền cho khung vận tốc ban 0 Hình 3 đầu dọc theo trục Ox.
- Tìm khoảng thời gian ngắn nhất tmin kể từ thời điểm khung dây bắt đầu chuyển động
đến khi khung có vận tốc bằng không.
- Tính điện lượng dịch chuyển trong khung trong khoảng thời gian tmin trên. Câu 3: (4 điểm) m x
Một quả cầu đặc, đồng chất, làm bằng thủy tinh hữu cơ m có C F C 1 2
chiết suất 1,5 và có bán kính 10 cm đặt trong không khí. S 1 a 2
a. Đặt một điểm sáng S cách tâm O của quả cầu đoạn 50 cm. Hình 6
Xác định ảnh của S tạo bởi quả cầu. Hình 5 E
b. Người ta cắt quả cầu trên lấy hai chỏm cầu để nhận được Hình 4
hai thấu kính mỏng, phẳng lồi với đường kính rìa là 2 cm và 1 cm. Các thấu kính được
áp sát nhau đồng trục chính. Trên trục chính và cách hệ thấu kính 1 m, có đặt một nguồn
sáng điểm S, màn E vuông góc với trục chính như hình 4. Xác định vị trí đặt màn để thu
được vệt sáng có diện tích nhỏ nhất. Tìm diện tích nhỏ nhất đó của vệt sáng. Câu 4: (4 điểm)
Một tấm nặng đồng nhất có khối lượng m được đặt
nằm ngang trên 2 con lăn, mỗi con lăn là một khối trụ
trong xoay đồng chất có bán kính r, khối lượng m1. Bỏ
qua ma sát lăn giữa tấm m và các con lăn. Hệ số ma sát
trượt giữa chúng là .
1. Trục của con lăn được giữ cố định cách nhau khoảng a, tấm m ban đầu được đặt
nằm yên ở vị trí mà khối tâm C cách trục khối trụ thứ nhất là x0 (x0  a/2). Cho các con
lăn quay nhanh quanh trục theo chiều ngược nhau (như hình 5).
Viết phương trình chuyển động của tấm m và độ dịch chuyển x(t) của khối tâm C (hệ
chuyển động từ trạng thái nghỉ).
2. Đặt các con lăn trên nền nằm ngang cho trục tự
do và song song nhau. Hệ số ma sát lăn giữa con lăn
và nền là k. Tác dụng vào tấm m một lực F nằm
ngang có độ lớn không đổi (như hình 6). Các con lăn
không trượt trên nền và tấm cũng không trượt đối với các con lăn.
Tìm gia tốc của tấm và lực ma sát tổng cộng do nền tác dụng lên các con lăn (nếu coi
tác dụng của ma sát lăn tương đương với lực ma sát này).
Câu 5: (4 điểm) Phương án thực hành
Một bóng điện ghi 2,5V – 0,1W, có dây tóc đèn có bán kính rất nhỏ nên khi có
dòng điện chạy qua là nóng lên rất nhanh. Để dùng nó làm hỏa kế quang học, người ta
cần phải đo chính xác điện trở của nó ở nhiệt độ phòng. Cho thêm các dụng cụ: - 01 pin có ghi 1,5V; - 01 biến trở;
- 01 milivôn kế có thang đo từ 0 đến 2000mV, mỗi độ chia ứng với 1mV, sai số ± 3mV;
điện trở nội rất lớn;
- 01 miliampe kế có thang đo từ 0 đến 2 mA, mỗi độ chia ứng với 1μA, sai số ± 3μA.
Trình bày cơ sở lý thuyết, cách bố trí thí nghiệm, tiến trình thí nghiệm, lập các
bảng biểu cần thiết để xác định điện trở của dây tóc bóng đèn ở nhiệt độ phòng.
--------------------------HẾT-------------------------
Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm.