Đề thi HSG Vật Lí 11 Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN
ĐỀ THI MÔN: VẬT LÍ 11
VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
NĂM HỌC 2023 – 2024 TRƯỜNG THPT CHUYÊN
Thời gian làm bài: 180 phút LÊ QUÝ ĐÔN – ĐÀ NẴNG (ĐỀ THI ĐỀ XUẤT) Bài 1. (4,0 điểm)
Hai mặt cầu điện môi cố định tích điện đều mang điện tích Q và
-Q (Q > 0), có bán kính lần lượt là R và R/2, mặt cầu nhỏ và mặt cầu
lớn tiếp xúc trong với nhau tại điểm C, đường thẳng MN nối tâm hai
quả cầu có phương thẳng đứng (Hình 1). Tại giao điểm B giữa MN và
mặt cầu lớn, cũng như tại O và C có một lỗ nhỏ, bỏ qua sự hao hụt điện
tích tại các lỗ đó. Một hạt có khối lượng m và điện tích dương q được
phóng từ A theo phương MN lên phía trên tới B cách A một khoảng
bằng R. Gọi hệ số lực tĩnh điện là k và gia tốc trọng trường là g.
1. Tính động năng ban đầu tối thiểu cần thiết để hạt phóng từ A tới được điểm B.
2. Để hạt đến được điểm O sau khi được phóng từ điểm A, động
năng ban đầu tối thiểu cần có trong các điều kiện khác nhau là bao nhiêu? Bài 2. (4,0 điểm)
Hai hình trụ dài vô hạn, thành mỏng tích điện đều, đặt
đồng trục trong chân không, bán kính của các hình trụ lần lượt
là r1 và r2, khối lượng trên mỗi đơn vị chiều dài của hình trụ
bên trong và bên ngoài đều là m, điện tích trên một đơn vị
chiều dài của hình trụ bên trong và bên ngoài lần lượt là
q (q>0) và – q (Hình 2). Cả hai hình trụ đều có thể quay tự do
quanh trục của chúng. Biết rằng hằng số điện môi và độ từ
thẩm của chân không lần lượt là ε0 và μ0.
1. Tính cường độ điện trường tại điểm cách trục khoảng r.
2. Khi hình trụ trong và hình trụ ngoài quay cùng chiều với cùng vận tốc góc ω, hãy tìm
sự phân bố của cảm ứng từ ⃗Btrong không gian.
3. Nếu tại mặt trụ trong (r =r1), một điện tích điểm có khối lượng μ và điện tích Q (Q và
q cùng dấu) thoát ra không vận tốc đầu. Tìm điều kiện ω để điện tích điểm đó có thể chạm tới
hình trụ bên ngoài (r =r2) dưới tác dụng của trường điện từ.
4. Nếu lúc đầu hình trụ trong và hình trụ ngoài đều đứng yên, bây giờ tác dụng mô men
quay lên hình trụ ngoài để làm cho nó bắt đầu quay, khi vận tốc góc của hình trụ ngoài đạt tới Ω, hãy tính:
a) Vận tốc góc ω của chuyển động quay của hình trụ trong.
b) Tổng momen động lượng J của ngoại lực trong toàn bộ quá trình từ thời điểm ban đầu
đến khi vận tốc góc của hình trụ ngoài đạt đến Ω. Bài 3. (4,0 điểm)
Vào những ngày trời nắng to mặt đường nhựa hấp thụ ánh sáng mạnh nên lớp không khí
càng gần mặt đường càng nóng. Giả thiết nhiệt độ không khí ở sát mặt đường là 570C và giảm
dần theo độ cao, đến độ cao lớn hơn 0,5 m thì nhiệt độ của không khí được coi là không đổi và
bằng 340C. Áp suất của không khi là không đổi po = 105 Pa. Chiết suất của không khí phụ thuộc
vào khối lượng riêng ρ của không khí theo biểu thức
, với a là hằng số. Không khí
được coi là khí lí tưởng. Biết chiết suất của không khí ở nhiệt độ 15oC là 1,000276; khối lượng
mol của không khí là μ = 0,029 kg/mol; hằng số R = 8,31 J/mol.K.
1. Thiết lập biểu thức sự phụ thuộc của chiết suất không khí vào nhiệt độ tuyệt đối, tính hằng số a.
2. Một người có mắt ở độ cao 1,5 m so với mặt đường, nhìn về phía đằng xa có cảm giác
như có một mặt nước. Nhưng khi lại gần thì “nước” lại lùi ra xa sao cho khoảng cách từ người đó
đến “nước” luôn không đổi (hiện tượng ảo ảnh). Tính khoảng cách từ người đó đến “nước” theo phương ngang.
3. Giả sử ở độ cao dưới 0,5 m, nhiệt độ tuyệt đối T của không khí phụ thuộc vào độ cao y
tính từ mặt đất theo biểu thức
với b là hằng số, To là nhiệt độ tuyệt
đối ở sát mặt đường. Lập phương trình xác định đường truyền của một tia sáng xuất phát từ mặt
đường, trong lớp không khí có độ cao nhỏ hơn 0,5 m. Biết ban đầu tia sáng hợp với phương
thẳng đứng một góc α và hướng lên. Bài 4. (4,0 điểm)
1. Xét một thanh mỏng đồng chất có khối lượng m, chiều dài AB =
4L, ban đầu thanh nằm yên trên một mặt phẳng ngang. Một vật có khối
lượng m chuyển động với vận tốc đầu ⃗v0 theo phương vuông góc với thanh Hình 3a.
đến va chạm vào đầu B của thanh (Hình 3a). Bỏ qua ma sát giữa thanh và mặt ngang.
a) Va chạm là đàn hồi. Vận tốc của vật m vuông góc với thanh ngay sau va chạm. Tìm
tốc độ góc của thanh, tốc độ của vật cũng như tốc độ khối tâm của thanh sau va chạm.
b) Va chạm là mềm, tính năng lượng tiêu hao trong quá trình va chạm.
2. Giả sử thanh được treo vào một bản lề cố định và thanh có thể quay
không ma sát trong mặt phẳng thẳng đứng. Bản lề cách sàn nằm ngang một
khoảng 5L. Tại thời điểm đầu, thanh ở vị trí thẳng đứng, có vật khối lượng m
chuyển động với vận tốc đầu ⃗v0 theo phương ngang đến va chạm vào đầu B
của thanh. Va chạm là mềm (Hình 3b). Khi thanh đến vị trí nằm ngang thì đầu
A của thanh được giải phóng khỏi liên kết và thanh chuyển động trong mặt
phẳng thẳng đứng dưới tác dụng của trọng lực. Giả sử vận tốc góc của thanh Hình 3b.
trước và sau khi giải phóng là như nhau. Tìm vận tốc góc v0 sao cho khi thanh
rơi xuống đầu A chạm sàn và thanh thẳng đứng.
Bài 5. (Phương án thực hành: Điện – Từ - Quang)
Thực hành: Xác định mật độ hạt electron tự do trong thanh kim loại
Cho các dụng cụ và thiết bị sau:
- Một thanh nam châm vĩnh cửu hình chữ U (Biết khe giữa hai cực từ của nam châm hình
chữ U đủ lớn để có thể đưa các dụng cụ cần thiết vào trong đó);
- Một nguồn điện một chiều; - Một biến trở;
- Một vôn kế có nhiều thang đo;
- Một thanh kim loại bằng đồng, mỏng, đồng chất, tiết diện đều hình chữ nhật; - Thước đo chiều dài; - Cuộn chỉ;
- Cân đòn (cân khối lượng); - Dây nối, khóa K.
1. Xây dựng các công thức cần sử dụng.
2. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm.
3. Trình bày cách xây dựng bảng biểu và đồ thị trong xử lý số liệu. -------HẾT-----