Đề thi HSG Vật Lí 11 Trường THPT Chuyên Hoàng Văn Thụ

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN
ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ
VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ KHỐI 11- NĂM 2024
TRƯỜNG THPT CHUYÊN HOÀNG VĂN THỤ
Thời gian làm bài 180 phút TỈNH HÒA BÌNH
(Đề thi có 4 trang - gồm 05 câu) ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
Câu 1: Tĩnh điện (4,0 điểm)
Người ta thổi một bong bong xà phòng có khối lượng m 0
 ,01g và hệ số căng bề mặt là  0
 ,01N / m thông qua
một ống ngắn hở hai đầu (Hình vẽ). Tích điện cho bong  8
bóng đến điện tích Q 5
 ,4.10 C . Màng bong bóng xà
phòng coi là một vật dẫn, điện tích phân bố đều trên bề mặt.
a. Trong trạng thái cân bằng tĩnh điện, hãy xác định cường độ điện trường trên
bề mặt của màng bong bóng. So sánh với cường độ điện trường do mặt phẳng vô hạn
tích điện đều gây ra và giải thích kết quả thu được.
b. Chứng minh rằng một diện tích dS bất kỳ của mặt ngoài màng bong bóng 2 Q dS d F  n 2 4
sẽ chịu tác dụng của lực tĩnh điện 32 0R
do các điện tích trên diện tích còn 
lại gây ra, với n là véc tơ đơn vị pháp tuyến ngoài của dS còn R là bán kính của màng.
c. Xác định bán kính R0 của bong bóng ở trạng thái cân bằng.
d. Tính chu kì dao động nhỏ của bong bóng nếu khi dao động, bán kính thay đổi
một lượng nhỏ và nó vẫn giữ nguyên dạng hình cầu. 1
Câu 2: Điện - Điện từ (5,0 điểm)
Một thanh dẫn điện MN có khối lượng m, có thể trượt không ma sát dọc theo
rãnh hai ray bằng đồng song song (điện trở thanh dẫn và hai ray không đáng kể)
thẳng đứng trong trọng trường có gia tốc rơi tự do
không đổi và từ trường đều . Biết từ trường
vuông góc mặt phẳng chứa hai ray và khoảng cách giữa hai ray là
; thanh MN luôn vuông góc với hai ray. Đầu trên hai dây dẫn được nối với nhau qua
cuộn dây thuần cảm có hệ số tự cảm L, đầu dưới hai dây nối với nhau qua một vật
dẫn có điện trở R (Hình 3).
Chọn trục z’Oz thẳng đứng, chiều dương từ trên xuống,
gốc O gắn tại vị trí thanh bắt đầu chuyển động.
a. Viết phương trình chuyển động dạng vi phân của thanh dẫn MN.
b. Biết lúc t=0 thì z(0)=0. Hãy viết biểu thức tọa độ z theo thời gian t.
c. Coi hai ray rất dài. Sau một thời gian dài thanh MN tiến đến
vị trí cân bằng. Tìm vị trí đó.
Ghi chú: Phương trình vi phân tuyến tính hạng hai có nghiệm dạng . Trong đó A,
là những hằng số.
Câu 3: Quang hình (4,0 điểm)
Hai lăng kính bằng thủy tinh, chiết suất n = 1,5 có cùng góc chiết quang A nhỏ
và có chung đáy P (tức là lưỡng lăng kính Fresnel). Trên mặt phẳng của đáy P, cách
hai lăng kính một khoảng l = 10cm, có một khe F hẹp, song song với cạnh khúc xạ
của hai lăng kính và phát ánh sáng đơn sắc bước sóng λ = 546nm. Sau lưỡng lăng
kính, cách một khoảng p có một kính lúp L, tiêu cự f0 = 2cm mà trong tiêu diện có
một thước chia (gọi là thước trắc vi) cho phép ta đo khoảng cách giữa các vân giao
thoa, chính xác tới 0,01mm. Một thấu kính hội tụ mỏng O, tiêu cự f= 10cm có thể
dịch chuyển dễ dàng giữa lưỡng lăng kính và kính lúp.
1. Dịch chuyển O về phía L bắt đầu từ sát lưỡng lăng kính, đồng thời quan sát trong
L, ta tìm được hai vị trí S1, S2 của O cách nhau S1S2 = 48cm, mà trong kính lúp ta
thấy hai ảnh rõ nét của khe F, khoảng cách giữa hai ảnh ấy đo được trong kính L lần
lượt là 4,5mm và 0,18mm. Tính góc chiết quang A của hai lăng kính và khoảng cách p. 2
2. Cho O dịch chuyển từ S1 đến S2 thì đến một vị trí V1 ta bắt đầu trông thấy vân giao
thoa, rồi đến một vị trí V2 thì thấy vân giao thoa biến mất.
a. Hãy giải thích hiện tượng và xác định các khoảng cách từ V1, V2 đến L
b. Chứng minh rằng trong quá trình dịch chuyển của O thì khoảng vân i (giữa hai
vân giao thoa liên tiếp) qua một giá trị cực đại. Hãy tính giá trị cực đại im ấy, số vân
N có thể quan sát được và khoảng cách từ L đến vị trí tương ứng của O. Nếu giữ
nguyên khe F, kính lúp L, lưỡng lăng kính, nhưng bỏ kính O đi thì khoảng vân i’ và
số vân quan sát được N’ là bao nhiêu?
3. Tiếp tục cho O dịch chuyển về phía L thì qua vị trí S2, đến một vị trí V3, ta lại
trông thấy vân. Xác định khoảng cách từ V3 đến L, tính khoảng cách vân i’’ và số
vân quan sát được N’’ khi O ở cách L là 8cm.
Câu 4: Dao động cơ (4,0 điểm)
Có hai đĩa đồng đồng chất có cùng khối lượng m, bán kính đĩa 1 là 2R và đĩa 2
là R. Tại tâm của hai đĩa có hai trục quay A và B có kích thước rất nhỏ cùng nằm
ngang và vuông góc với hai mặt đĩa. Trục quay A cố định, trục quay B có thể di
chuyển tự do. Hai trục quay nối với nhau bằng một thanh cứng rất nhẹ để giữ cho đĩa
2 không rơi và giữ cho hai vành đĩa một khoảng hở rất nhỏ không tiếp xúc nhau.
Khối lượng các trục quay không đáng kể và khi các đĩa
chuyển động luôn bỏ qua ma sát ở hai trục quay (hình 4) .
Ban đầu khi hệ đứng yên, AB thẳng đứng và đĩa 2 nằm bên dưới
thì tác dụng lên đầu B thanh cứng một xung lực theo
phương ngang dọc theo mặt đĩa 2.
1. Tìm giá trị cực tiểu của X để trục B đĩa 2 quay được một vòng quanh đĩa 1.
Xét bài toán trong hai trường hợp:
a. Đĩa 1 được giữ cố định.
b. Đĩa 1 gắn chặt với thanh cứng và dễ dàng quay quanh trục A.
2. Khi giá trị X nhỏ thì thanh AB chỉ thực hiện dao động bé. Tìm chu kì dao động bé
của đầu B thanh cứng trong hai trường hợp:
a. Đĩa 1 gắn chặt với thanh cứng và dễ dàng quay quanh trục A. Tính biên độ dao động bé của đầu B.
b. Đĩa 1 cố định và đĩa 2 lăn không trượt trên vành đĩa 1(khi cho hai đĩa luôn tiếp xúc nhau). 3
Câu 5: Phương án thực nghiệm (3,0 điểm)
Xác định điện trở suất của ruột bút chì
Bằng các dụng cụ dưới đây: Một số ruột bút chì, thước chia đến mm, một số dây
điện, pin 1,5 vôn, vôn kế, ampe kế, một đoạn chỉ.
a. Hãy trình bày cơ sở lý thuyết và nêu phương án thí nghiệm, thiết kế mạch điện
để xác định điện trở suất của bút chì?
b. Trình bày cách xử lý số liệu
----------------------HẾT--------------------- 4