Đề thi HSG Vật Lí 11 Trường THPT Chuyên Lam Sơn, Thanh Hóa

HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN
KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI KHU VỰC DH & ĐB BẮC BỘ
KHU VỰC DH & ĐB BẮC BỘ NĂM HỌC 2023 - 2024
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN
MÔN THI: VẬT LÝ LỚP 10
ĐỀ THI GIỚI THIỆU
(Thời gian làm bài 180 phút không kể thời gian giao đề)
( Đề thi có 03 trang, gồm 05 câu )
Câu 1 (4 điểm). O
1. Một thanh đồng chất, tiết diện đều, khối lượng m, chiều dài l
l, quay quanh một trục thẳng đứng đi qua đầu O của thanh với tốc độ
góc không đổi (Hình 1.1). Khi thanh ở trạng thái cân bằng, hãy
xác định góc mà thanh hợp với phương thẳng đứng và phản lực
tác dụng lên đầu O của thanh. Bỏ qua ma sát tại tâm quay O. Hình 1.1
2. Thanh mảnh AB chiều dài l, có khối lượng trên một đơn vị A
chiều dài phụ thuộc khoảng cách x tính từ A theo công thức:
(0 là hằng số). Thanh được gắn vào một trục quay nằm
ngang tại đầu A và có thể dao động tự do trong mặt phẳng thẳng đứng
(Hình 1.2). Bỏ qua mọi ma sát, lực cản không khí. Tính chu kỳ dao động nhỏ B của thanh. Hình 1.2 Câu 2 (4 điểm).
Cho sơ đồ mạch điện như hình bên. Các nguồn điện một chiều E L1 E K1
1, E2 đều có suất điện động 5 V và điện trở trong không đáng kể. 1
Hai cuộn cảm thuần có độ tự cảm L1 = 0,5 H và L2 = 0,25 H. Tụ Đ C R
điện có điện dung C = 200 μF, điện trở R. Điốt chỉnh lưu Đ là lí A B
tưởng. Coi điện trở dây nối và các khoá K1, K2, K3 không đáng kể. K3
Ban đầu, tụ điện chưa tích điện, khoá K1 và K2 mở, khoá K3 đóng.
Tại thời điểm t = 0, đóng khoá K1. Tại thời điểm t1 = 0,1 s thì E2 L2 K2
đóng K2 và đến thời điểm t2 = 0,2 s thì mở K3. Tìm biểu thức điện
tích q trên bản tụ điện C nối với R theo thời gian t sau khi mở K3 và tính hiệu điện thế cực
đại giữa hai bản của tụ điện C trong các trường hợp sau:
a) Khi R = 5 Ω.
b) Khi R = 60 Ω.
Câu 3 (4,0 điểm).
1. Một quả cầu rắn không dẫn điện tâm O, bán kính R, hằng số điện môi , có điện tích
khối phân bố không đều: , trong đó là hằng
số và r là khoảng cách tính từ tâm quả cầu.
a) Tính điện tích toàn phần quả cầu. 1
b) Xét một điểm M nằm trong quả cầu, cách tâm O quả cầu một khoảng r (rcường độ điện trường tại điểm M và điện thế tại M.
c) Quả cầu nói trên có khối lượng m, chuyển động lăn không Hình 4
trượt (chuyển động song phẳng) trên mặt máng trụ thẳng nằm ngang, cách điện có bán
kính hình trụ bằng R, trong từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ
nằm ngang và hướng từ
trong ra, vận tốc khối tâm quả cầu là
hướng sang phải (Hình 4). Tìm áp lực do quả cầu
đè lên máng trụ theo phương thẳng đứng.
2. Mạch điện như hình vẽ (Hình 5); cuộn dây của một rơle điện từ được nối với một nguồn
điện có suất điện động E thông qua một khóa K1. Khóa K1 di A B
chuyển sẽ thực hiện việc đóng hay mở mạch điện. Cuộn dây của
rơle có lõi sắt từ, có điện trở R = 50  và hệ số tự cảm L = 0,5 H. D
Khi dòng điện qua mạch đạt đến giá trị I2 = 2E/3R thì khóa K1 mở
ra và ngắt mạch. Còn khi dòng điện qua cuộn dây đạt đến giá trị I1
= I2/2 thì khóa K1 đóng vào tiếp điểm B và đóng kín mạch. Xác
định khoảng thời gian mở và đóng mạch điện của rơle khi hệ Hình 5
thống hoạt động ở trạng thái ổn định. Xem điốt D là lí tưởng và bỏ qua điện trở trong của nguồn điện E. Câu 4 (4,0 điểm).
1. Cho hai thấu kính mặt cầu là các khối
đồng chất trong suốt hình trụ có chiếu suất n
được giới hạn bởi một mặt phẳng và một mặt R R
bán cầu có bán kính R. Chiếu chùm sáng đơn
sắc song song từ không khí theo phương vuông
góc với mặt phẳng của thấu kính như hình bên. Gọi F1 là tiêu điểm gần trục (giao điểm của
chùm tia ló có chùm tia tới hẹp đi sát trục) và F2 là tiêu điểm rìa (giao điểm của chùm tia ló
có chùm tia tới ở mép ngoài) của thấu kính.
a) Xác định cầu sai lớn nhất dọc theo quang trục chính của các thấu kính.
b) Đề xuất phương án làm giảm cầu sai đối với thấu kính mặt cầu.
2. Để đo hệ số nở dài của một hợp kim, người ta bố trí thiết bị sau đây:
- Một ống hình trụ rỗng A bằng hợp kim mà người ta muốn đo hệ số nở dài, có chiều dài
cm, hai đầu được mài phẳng, vuông góc với trục của ống.
- Một ống hình trụ rỗng B bằng thủy tinh, có chiều dài
cm và có đường kính lớn hơn đường kính của ống A. Hai đầu của B C
cũng được mài phẳng, vuông góc với trục của ống. Ống B lồng bên D
ngoài ống A và đặt chúng trên một giá nằm ngang. B
- Hai tấm thủy tinh hình tròn C và D mỏng, phẳng, hai mặt A
song song với nhau. Tấm C có đường kính ngoài bằng đường kính
của B và được đặt trên B. Tấm D có đường kính ngoài bằng đường
kính của A và được đặt trên A. Người ta kê một mẫu giấy nhỏ ở một đầu của D làm cho nó 2
hơi nghiêng so với phương ngang (tham khảo hình bên).
Chiếu một chùm sáng đơn sắc song song có bước sóng vuông góc tới mặt
tấm C thì xuất hiện hệ thống vân giao thoa. Tăng dần nhiệt độ của hệ, hệ thống vân giao thoa
dịch chuyển, nhưng khoảng vân không đổi. Khi nhiệt độ tăng
thì hệ vân dịch chuyển
được N khoảng vân.
a) Giải thích hiện tượng trên và cho biết chiều dịch chuyển của hệ vân giao thoa.
b) Thiết lập công thức và tính hệ số nở dài của hợp kim. Áp dụng bằng số:
K, N = 4 khoảng vân, hệ số nở dài của thủy tinh là
Câu 5 (4,0 điểm). Một đặc trưng quan
trọng của hiện tượng quang điện là hiệu suất
lượng tử η được định nghĩa bằng tỷ số giữa
số hạt electron bay ra khỏi bề mặt kim loại
trên số photon tới. Hiệu suất lượng tử nói
chung phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như vật
liệu bề mặt, góc chiếu, tần số ánh sáng, …
Trong bài dưới đây chỉ xét hiệu ứng quang Hình 7
điện do một electron hấp thụ một photon.
Người ta chiếu vào một tấm kim loại ánh sáng đơn sắc có cường độ I0=0 ,3 W /m2 và tần số
góc ω=9,5.1015 rad/s (Hình 7). Cường độ dòng quang điện trong mạch đạt giá trị bảo hòa I =6 μA max
và hiệu điện thế hãm Uh = 2,0 V.
1. Diện tích của bản kim loại mà ánh sáng chiếu tới là S=0,05m2, góc chiếu làα=30o. Sử
dụng các dữ liệu đã cho, xác định hiệu suất lượng tử η.
2. Nói chung hiệu suất lượng tử phụ thuộc khá rõ rệt vào tần số của bức xạ và không thể bỏ
qua được. Người ta thay đổi tần số của ánh sáng chiếu tới với các tần số khác nhau, nhưng
vẫn giữ nguyên cường độ chùm sáng và góc chiếu. Các giá trị của hiệu điện thế hãm Uh và
cường độ dòng quang điện bão hòa cho ở Bảng 1. Sử dụng dữ liệu này, hãy vẽ đồ thị biểu
diễn sự phụ thuộc của hiệu suất lượng tử ηvào tần số của ánh sáng chiếu tới. Số thứ tự Uh (V) Imax (mA) 1 0,7 1,5 2 1,3 4,5 3 1,7 5,5 4 2,0 6,0 5 2,4 6,5 6 2,8 6,6 7 3,1 6,5 8 3,8 6,3
…………………..HẾT………………………
 Thí sinh không được sử dụng tài liệu.
 Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. 3
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN
KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
LẦN THỨ XIV, NĂM 2024
HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI GIỚI THIỆU MÔN: VẬT LÍ - LỚP 11 Câu Nội dung Điểm Câu 1 (4,0 điểm) 1a.
Tại trạng thái cân bằng, hãy xác định góc
2,0 điểm Xét trong hệ quy chiếu quay với vận tốc góc
Xét phần tử rất nhỏ dx có khối lượng dm, cách tâm quay O O một khoảng x. x
Lực quán tính li tâm tác dụng lên phần tử dm là: 0,5 r 0,25
Tổng hợp của lực quán tính li tâm tác dụng lên toàn bộ thanh là: 0,25
( Vì các lực thành phần
đều có cùng phương, cùng chiều). Điểm đặt của được xác định bởi: 0,5 Vậy điểm đặt của
cách tâm quay O một khoảng dọc theo thanh.
Áp dụng điều kiện cân bằng mômen quay cho thanh cứng đối với tâm quay O, ta 0,5 được:
Do không có ma sát tại tâm quay O nên tại mỗi vị trí của mặt phẳng, phản lực ở O
có hai thành phần vuông góc 0,25 0,25 Lại có:
Phản lực tại tâm quay O có độ lớn: 0,25 Từ (4), (5), ta được: 4