Đề thi môn vật lý lớp 11 năm 2015 trường THPT chuyên Bắc Giang tỉnh Bắc Giang

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XI 
TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẮC GIANG
TỈNH BẮC GIANG
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT 
ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ LỚP 11
NĂM 2015
 (Đề này có 2 trang, gồm 05 câu)	 (Đề này có ....trang, gồm....câu)
Câu 1 (4 điểm):Hình 1
A
C
O
α
 Hai chiếc vòng mảnh giống nhau cùng khối lượng m và bán kính R nằm trong từ trường đều có cảm ứng từ B0 vuông góc với mặt phẳng các vòng (Hình 1). Tại các điểm A và C có tiếp xúc tốt, góc α = π/3. Hỏi mỗi vòng thu được vận tốc là bao nhiêu nếu ngắt từ trường? Điện trở của mỗi đoạn dây làm nên mỗi vòng là r. Bỏ qua: độ tự cảm của các vòng dây, ma sát và độ dịch chuyển trong thời gian ngắt từ trường.
Câu 2 (4 điểm): Một ống dẫn sáng thẳng hình trụ có chiết suất tuyệt đối n1 và phần bọc ngoài có chiết suất tuyệt đối n2, chiều dài L. Ống được đặt nằm ngang trong không khí, hai đáy là hai mặt phẳng vuông góc với trục của ống. Một tia sáng đơn sắc chiếu tới một đáy của ống tại điểm I (I nằm trên trục của ống), tia này hợp với trục ống một góc θi (hai đáy tiếp xúc với không khí).
1) Tìm điều kiện của góc θi để tia sáng truyền được trong ống và ló ra khỏi đáy của ống.
2) Tính thời gian tia sáng đi hết đoạn ống dẫn sáng thẳng đó khi:
 a) Tia sáng truyền dọc theo trục ống.
 b) Tia sáng truyền đến I theo phương hợp với trục ống một góc θimax. Tính hiệu các thời gian của hai tia sáng trong hai trường hợp này. Nếu θi thay đổi thì thời gian tia sáng đi hết đoạn ống đó thay đổi như thế nào? Cho tốc độ ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s.
Áp dụng: n1 = 1,5; n2 = 1,3; L = 300 m.
Câu 3 (4 điểm): Một vật nặng gắn chặt giữa hai lò xo được đặt trên mặt phẳng nằm ngang nhẵn. Một đầu lò xo được gắn chặt, đầu còn lại của lò xo kia để tự do. Độ cứng của mỗi lò xo bằng k. Người ta kéo đầu tự do của lò xo với vận tốc không đổi u theo phương dọc trục của nó và hướng ra xa vật nặng.
1) Sau thời gian ngắn nhất bằng bao nhiêu thì vật nặng có vận tốc bằng u?
2) Ở thì điểm đó vật nặng cách vị trí ban đầu bao nhiêu?
Câu 4 (4 điểm): A
B
m
v
M
l
Một thanh cứng AB đồng chất dài , khối lượng M có thể quay không ma sát trong mặt phẳng thẳng đứng quanh một trục nằm ngang cố định xuyên qua đầu A. Ban đầu thanh ở vị trí cân bằng. Một vật có khối lượng m chuyển động theo phương nằm ngang tới va chạm vào đầu B của thanh với vận tốc v, gắn chặt vào B và cùng chuyển động với thanh.
1) Giả sử sau va chạm, thanh lệch khỏi vị trí cân bằng một góc nhỏ. Chứng minh rằng thanh dao động điều hoà. Tính góc lệch cực đại của thanh so với phương thẳng đứng và tìm chu kì dao động của thanh. 
2) Để thanh có thể quay tròn cả vòng quanh đầu A, vận tốc tối thiểu v của vật m phải bằng bao nhiêu? Cho gia tốc rơi tự do là g.
Câu 5 (3 điểm):
Xác định nhiệt nóng chảy λ của nước đá và hệ số truyền nhiệt k của nhiệt lượng kế.
	Công suất tỏa nhiệt ra môi trường của một vật tỷ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường xung quanh, nghĩa là: P = k(T – T0).
Trong đó: k là hệ số truyền nhiệt ra môi trường, phụ thuộc vào bản chất của môi trường và diện tích xung quanh của vật; T là nhiệt độ của vật; T0 là nhiệt độ của môi trường (được coi là không đổi).
	Cho các dụng cụ thí nghiệm:
Một nhiệt lượng kế có nhiệt dung C đã biết
Một nhiệt kế bán dẫn.
Một đồng hồ.
Một cân.
Chậu đựng nước sạch có nhiệt dung riêng C0 đã biết.
Chậu đựng nước đá.
Giấy vẽ đồ thị.
Trình bày cơ sở lý thuyết, cách bố trí và các bước tiến hành thí nghiệm, dạng đồ thị, cách hiệu chỉnh số liệu.	
.................HẾT.................
	 Người ra đề
	Nguyễn Văn Đóa
	SĐT: 0973696858
ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN VẬT LÝ KHỐI 11
Câu
Ý
Nội dung chính cần đạt
Điểm
1
 Khi ngắt từ trường ngoài thì cảm ứng từ giảm dần từ B0 về 0, làm xuất hiện điện trường xoáy, và điện trường này gây ra sự dịch chuyển các điện tích tự do, tạo thành dòng điện. Ta sẽ tính các dòng điện này.
F2
F1
I2
I2
I1
 I1
 A
 C1
 C
 A1
 b
 f
d
 +
 B
Xét một mạch kín AfCbA trùng với vòng bên trái. Dòng sẽ có chiều trùng với chiều kim đồng hồ, theo hai nhánh: AfC có i1(t), và theo nhánh CbA có i2(t).
-Suất điện động cảm ứng bằng tổng các độ giảm thế. 
Với là độ dài các cung (AfC) và cung (CbA) tương ứng.
Þ . (1)
-Tương tự, viết định luật Ôm cho vòng kín AfCdA thì có:
+ Diện tích mạch AfCdA là 
S = 
+ Suất điện động cảm ứng:
Þ (2)
Thay (2) vào (1) ta được: .
O1
I1
j
a
R
Dl
DF
-Theo định luật Ampe, mỗi đoạn dây Dl với dòng i(t) chịu tác dụng của một lực từ hướng dọc theo bán kính. Do tính đối xứng mà các cung AA1 và CC1 sẽ chịu tác dụng của các lực cân bằng và triệt tiêu nhau. Phần bất đối xứng (đối với vòng dây bên trái) chỉ là các cung AfC và A1bC1, do i1 ¹ i2.
-Tổng hợp các lực tác dụng lên cung AfC sẽ hướng theo O1x:
-Tổng hợp lực tác dụng lên mỗi vòng:
 	.
-Lực này gây nên biến đổi xung:
 Þ.
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
1,0
2
1
I
A1
A2
An
J
(n1)
(n2)
i
1. Tìm điều kiện góc :
Để tia sáng truyền được trong ống thì tại A1 phải xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. 
Tức là: (1)
Theo định luật khúc xạ tại I: (2)
	Từ (1) và (2), có: 
	Thay số được: 
0,5
0,5
2
a) Tia sáng truyền theo trục ống:
	. Thay số: 
b) Tia sáng truyền đến I theo phương hợp với trục một góc :
- Từ hình vẽ: 
	Đoạn đường mà tia sáng phải truyền trong trường hợp này là
	 (3)
Tại I: (4)
	Với (5)
	Từ (3), (4) và (5) ta có 
	Thay số: 
* Hiệu các thời gian truyền của hai tia sáng là: 
	Thay số được: 
* Khi thay đổi từ 00 đến thì: 
	Thay số được: 
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
3
u
x
O
k2
k1
m
Chọn trục Ox như hình vẽ, gốc O trùng vị trí ban đầu của vật. Xét thời điểm t, vật có li độ x; khi đó đầu lò xo đi được một đoạn: u.t
Phương trình vi phân mô tả chuyển động của m là:
 mx’’=k(ut - x) - kxmx’’=kut - 2kx (*)
Đặt A= kut - 2kx (1)
A’= ku - 2kx’ ; A’’= - 2kx’’; Thế vào (*) ta được A’’+A = 0
Phương trình này có nghiệm A = A0sin(ωt+φ) với ω =
Tại thời điểm ban đầu: t = 0; x = 0; x’ = 0
 A = A0sinφ = 0; A’= ku – 0 = ωA0cosφ; 
Từ đó suy ra: φ=0; A0 = 
Thay vào (1) ta có: kut - 2kx=kusin(t)
 sin(t) (2)
x’=v=(t) (3)
1) Khi vật có vận tốc bằng u 
 x’ = v = u = (t)cos(t)= - 1t = π
2) Thay t = π vào (2) 
ta được: x = 
Vậy vật đạt vận tốc u ở thời điểm t = π, khi đó vật cách vị trí ban đầu một đoạn x = 
1,0
1,0
0,5
0,5
0,5
0,5
4
1
Viết phương trình dao động , xác định tần số góc
+ Sau khi va chạm mềm: momen quán tính của hệ (gồm thanh và vật) : 
A
B
m
v
M
l
+ Phương trình dao động của thanh: 
 (Với nhỏ)
dẫn đến : q” + w2q = 0 với . 
phương trình dao động điều hoà : 
Chọn gốc thời gian ngay sau va chạm nên 
 (vận tốc góc ngay sau va chạm) 
Tính : 	
Định luật bảo toàn momen động lượng trước và ngay sau va chạm (vì đây là va chạm không xuyên tâm) : , = 
Vậy phương trình dao động điều hoà:
 với , tần số 
góc lệch cực đại 
2,0
2
Tìm vmin 
Vì chuyển động quay không ma sát do đó sau khi va chạm cơ năng của hệ bảo toàn (Hệ gồm thanh và vật). Chọn gốc thế năng tại B. Chỉ cần xét cơ năng tại B và B’ (hình vẽ).
Tại B
, , (động năng quay)
, 
Tại B’: 
chỉ cần = thì hệ có thể quay tới vị trí B’ thoả mãn đẳng thức
vận tốc vật cần thoả mãn điều kiện sau:
 thì thanh quay tròn quanh điểm A
Vận tốc tối thiểu ứng với dấu “=”
2,0
5
1. Cơ sở lý thuyết
Thả nước đá có khối lượng M ở nhiệt độ 0oC vào một nhiệt lượng kế có chứa m0 (kg) nước ở nhiệt độ T0. Khi trạng thái cân bằng nhiệt được thiết lập, hệ có nhiệt độ T.
Ta có: 
	(1)
	Xét sự trao đổi nhiệt của hệ với môi trường xung quanh trong khoảng thời gian (t; t + dt):
- Nhiệt lượng mà môi trường nhận được: dQ = - k.(T – T0).dt
- Nhiệt lượng mà hệ tỏa ra khi hạ nhiệt độ từ T xuống còn T + dT: dQ = Chệ.dT
Áp dụng PT cân bằng nhiệt, ta có: - k.(T – T0).dt = Chệ.dT
Đặt ΔT = T0 – T, thì dT = - d(ΔT) ta được: 
- Vì nên: , ta có: 
Thời điểm thả đá
Trạng thái cân bằng
t (s)
T (oC)
T0
T1
T’1
0
0
t
Xác lập trạng thái cân bằng nhiệt
Trao đổi nhiệt với môi trường
Hình 5.1
Nhận xét: t tăng thì ΔT giảm, do đó T tăng.
	Đồ thị nhiệt độ của hệ biến đổi theo thời gian có dạng như Hình 5.1:
- Hiệu chỉnh nhiệt độ của hệ khi cân bằng: 
	(2)
2,0
2.a. Tiến hành thí nghiệm
a. Bố trí thí nghiệm như Hình 5.2:
(1) Nhiệt lượng kế có chứa nước, nước đá.
(2) Nhiệt kế bán dẫn.
b. Tiến trình thí nghiệm:
Hình 5.2
(1)
(2)
- Bước 1: Đổ nước vào nhiệt lượng kế, đo nhiệt độ T0 của nước và cân khối lượng nước m0 trong nhiệt lượng kế.
- Bước 2: Cân khối lượng nước đá M ở 0oC và thả vào nhiệt lượng kế, bấm đồng hồ đo thời gian.
- Bước 3: Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nhiệt lượng kế theo thời gian, điền vào bảng số liệu.
Chú ý: Liên tục theo dõi số chỉ của nhiệt kế để xác định thời điểm hệ đạt nhiệt độ thấp nhất T1.
1,0
Xử lý số liệu
- Kết quả đo: 
+ Khối lượng và nhiệt độ ban đầu của nước: T0 = ; m0 = 
+ Khối lượng nước đá thả vào nhiệt lượng kế: M = 
- Bảng số liệu đo:
t (s)
0
t1
T (oC)
T0
T1
- Đồ thị có dạng như Hình 5.1.
Dựa vào đồ thị:
+ Hệ số góc của đồ thị: 
Hệ số truyền nhiệt của MT: 
+ Từ đồ thị ngoại suy ta có nhiệt độ T’1.
 Nhiệt độ T khi cân bằng xác định theo công thức (2).
 Nhiệt nóng chảy của nước đá xác định theo công thức (1).
1,0
---------------------Hết-----------------