Đề thi môn vật lý lớp 11 thời gian làm bài 180 phút trường THPT chuyên Thái Nguyên

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XI
TRƯỜNG THPT CHUYÊN THÁI NGUYÊN
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ 
LỚP 11
Thời gian làm bài 180 phút
Hình 1
mA
R
R1
R1
K
L,R
E
Bài 1(4 điểm):
 Cho mạch điện như hình 1. Sau khi dòng điện trong mạch đã được xác lập ổn định, người ta ngắt khóa K. Hãy xác định với giá trị nào của điện trở R1, điện lượng Q qua mi li am pe kế mA sau khi ngắt khóa K là lớn nhất. Biết điện trở của mA là r, các giá trị của L, R trên hình coi như đã biết. Bỏ qua điện trở của nguồn và các dây nối.
Bài 2.(4 điểm): 
Trên mặt một gương phẳng nằm ngang, đặt một thấu kính hai mặt lồi như nhau, tiêu cự f0 = 8cm ( hình 2a ).
 a.Xác định vị trí ảnh của một điểm sáng nằm trên trục chính cách thấu kính một khoảng l1= f0. 
Hình 2
G’
K
O
G
 b.Người ta đổ nước lên mặt gương sao cho mức nước trùng với mặt phẳng đối xứng của thấu kính (hình 2b ). Nếu bây giờ điểm sáng nằm cách thấu kính một khoảng l2 = 12cm thì người ta thấy ảnh trùng với vật. Hỏi phải đặt điểm sáng cách thấu kính một đoạn bằng bao nhiêu để ảnh của vật cũng trùng với vật khi đổ nước vừa ngập thấu kính?
Bài 3 (4 điểm):
Một người thợ đặt một cây thước gỗ đồng chất, tiết diện đều, chiều dài AB = trên một khối trụ có bán kính R cố định trên mặt phẳng nằm ngang (hình 3). Ở vị trí cân bằng, trọng tâm G của cây thước gỗ trùng với điểm tiếp xúc giữa thước và khối trụ. Chứng minh thước dao động điều hòa khi bị lệch khỏi vị trí cân bằng một góc nhỏ. Tìm chu kì dao động của hệ, lấy g = 10 m/s2.
Bài 4 (4 điểm): 
Một hình trụ rỗng bán kính R, mặt trong nhám, được giữ thẳng đứng. Một đĩa mỏng đồng chất khối lượng m, bán kính r (r < R), lăn không trượt ở mặt trong của hình trụ sao cho tiếp điểm của nó với hình trụ luôn nằm trên một mặt phẳng nằm ngang. Gọi là hệ số ma sát nghỉ giữa đĩa và hình trụ,là góc nghiêng của đĩa so với phương thẳng đứng. Cho gia tốc trọng trường là g, bỏ qua ma sát lăn và lực cản môi trường. Giả sử đĩa lăn đều, không trượt và luôn nghiêng một góc không đổi. 
a. Tính vận tốc góc của khối tâm đĩa trong chuyển động quay quanh trục hình trụ.
b. Hỏi phải nằm trong khoảng giá trị nào thì điều giả sử trên (lăn không trượt với góc nghiêng không đổi) thỏa mãn?
Bài 5. Phương án thực hành (4 điểm)
Đo tiêu cự của một thấu kính hội tụ và một thấu kính phân kì. 
Với các dụng cụ: 
- Một thấu kính hội tụ và một thấu kính phân kì. 
- Một cây nến có thể thắp sáng. 
- Một màn hứng ảnh. 
- Một thước đo chiều dài. 
- Giá đỡ. 
Yêu cầu: Nêu một phương án thí nghiệm, vẽ sơ đồ thí nghiệm và viết biểu thức tính tiêu cự các thấu kính qua các đại lượng đo được. 
TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XI
TRƯỜNG THPT CHUYÊN THÁI NGUYÊN
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
HƯỚNG DẪN CHẤM THI HỌC SINH GIỎI 
 MÔN VẬT LÝ - LỚP 11
Thời gian làm bài 180 phút
 Gồm 5 câu, 5 trang
Bài
NỘI DUNG
Điểm
Bài 1
4 điểm
Trước khi khóa K ngắt, mạch điện là mạch cầu cân bằng nên dòng điện qua cuộn dây có cường độ là: 
Giả sử sau khi ngắt khóa K, dòng điện trong mạch có chiều như hình 1. Theo định luật Kiếc xốp ta có : 
iL = ir + i1 (1); 2i1R1 – irr = 0 (2); (3)
Hình 1
mA
R
R1
R1
L,R
iL
i1
Ir
Từ (1) và (2) ta được 
 thay vào (3) : 
Điện lượng qua mA trong thời gian dt là 
Ở trạng thái cuối cùng cường độ dòng điện qua cuộn dây bằng 0 nên độ biến thiên toàn phần của cường độ dòng điện này là 
Do đó điện lượng toàn phần đi qua mA sau khi mở ngắt K là:
Q sẽ đạt cực đại khi mẫu số đạt cực tiểu, theo bất đẳng thức Cosy, ta có mẫu số đạt cực tiểu khi 
Vậy để điện lượng qua mA lớn nhất sau khi khóa K ngắt thì R1 phải có giá trị tính bằng biểu thức trên.
0,25
0,75
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Bài
NỘI DUNG
Điểm
Bài 2
4 điểm
a.(1 điểm)
 Khi điểm sáng nằm trên trục chính cách thấu kính một khoảng l1= f0 , các tia sáng phát ra sau khi đi qua thấu kính sẽ song song với trục chính và vuông góc với gương phẳng. Sau đó các tia sáng đi theo đường cũ và tạo ảnh trùng với vị trí đặt điểm sáng. Vậy ảnh thật cách thấu kính 8cm
b.(1 điểm)
Khi chưa đổ nước thì tiêu cự thấu kính là: (1)
 Khi đổ nước sao cho mức nước trùng với mặt phẳng đối xứng của thấu kính thì tiêu cự của hệ thấu kính là f1, ta có: (2) 
với R là bán kính mặt lồi, n là chiết suất của chất làm thấu kính, n0 là chiết suất của nước.
Mặt khác ảnh trùng với vật nên f1 = l2 = 12(cm) 
Khi đổ nước ngập thấu kính thì tiêu cự của nó là , ta có:
 (3)
Từ (1),(2) và (3) ta suy ra: 
Vậy phải đặt điểm sáng cách thấu kính 24(cm) để thu được ảnh trùng với vật khi đổ nước ngập thấu kính.
1,0
0,25
1,0
0,25
0,5
0,5
0,5
Bài 3
Bài 3
4 điểm
Chọn gốc thế năng hấp dẫn tại O nằm trên trục đối xứng của hình trụ. 
Xét năng lượng của thanh tại li độ góc α:
+ Thế năng: Wt = mg(Rcos α + R αsin α)
+ Động năng: 
(Vì KG rất nhỏ so với chiều dài thanh)
Cơ năng của hệ: 
G’
K
O
G
 (1)
Lấy đạo hàm biểu thức (*) với: ω = α’ ta được:
 (2)
Biểu thức (2) chứng tỏ thanh gỗ dao động điều hòa với chu kì: 
1,0
0,5
0,5
1,0
0,5
0,5
Bài 4
Bài 4 
4 điểm
O
H
R
A
mg
Fms
L
N
Các lực tác dụng lên vật: trọng lực mg, phản lực N, lực ma sát Fms. Gọi là vận tốc góc của đĩa quanh trục đĩa và của khối tâm quanh trục hình trụ.
Điều kiện cân bằng khối tâm của đĩa: (1)
Tâm quay tức thời của đĩa là A: 
Vì đĩa lăn không trượt (2)
Gọi L là momen động lượng của đĩa quanh tâm quay tức thời A. Trọng lực gây ra momen hướng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ. 
Theo định lý biến thiên momen động lượng . Trong khi đĩa chuyển động thì chỉ có thành phần nằm ngang của L biến thiên, cụ thể là chỉ thay đổi hướng với tốc độ thay đổi là
 (3)
a. Từ (2),(3) giải ra được: (4)
b. Thay (4) vào (1) tìm ra . 
Điều kiện lăn không trượt 
Kết hợp với (1) có 
1,0
0,5
0,5
1,0
1,0
Bài 5
4 điểm
Đo tiêu cự f1 của thấu kính hội tụ: 
+ Đặt cây nến được thắp sáng trước thấu kính hội tụ và đặt màn sau thấu kính. Điều chỉnh khoảng cách từ nến S đến thấu kính và từ màn tới thấu kính sao cho thu được ảnh của nến là S1 rõ nét trên màn. 
+ Dùng thước đo các khoảng cách d từ nến tới thấu kính và d’ từ màn tới thấu kính. 
+ Tiêu cự của thấu kính hội tụ được tính bằng công thức: 
	 (1)
+ Thực hiện 5 lần các thao tác trên, đo d và rồi thay vào công thức (1), xác định được giá trị trung bình của f1
Đo tiêu cự f2 của thấu kính phân kì: 
+ Giữ nguyên sơ đồ thí nghiệm đã đo tiêu cự thấu kính hội tụ, tức là đang thu được ảnh thật S1 rõ nét trên màn của ngọn nến S qua thấu kính hội tụ. 
+ Đặt thấu kính phân kì giữa thấu kính hội tụ và màn, đo khoảng cách d1 từ thấu kính phân kì đến màn
+ Dịch màn ra xa các thấu kính cho tới khi lại thu được ảnh S2 của nến rõ nét trên màn. Đo khoảng cách d2 từ thấu kính phân kì đến màn lúc đó. 
+ Nhận thấy S2 chính là ảnh thật của vật ảo S1 qua thấu kính phân kì lúc đó, ta có thể tính được tiêu cự của thấu kính này bằng công thức: 
	 (2)
+ Thực hiện 5 lần các thao tác trên và đo d1, d2 rồi thay vào công thức (2), xác định được giá trị trung bình của f2.
+ Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ sau:
d
d1
d2
O1
O2
M
S1
S2
S
0,5
0,5
0,5
 0,5
 0,5
 0,5
0,5
0,5