Đề thi học kì 1 môn Vật lí 2 năm 2022-2023 có đáp án - Trường Đại học sư phạm Kỹ thuật, TP HCM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhằm giúp các bạn có thêm tài liệu ôn tập, củng cố lại kiến thức đã học và rèn luyện kỹ năng làm bài tập, mời các bạn cùng tham khảo Đề thi học kì 1 môn Vật lí 2 năm 2022-2023 có đáp án - Trường Đại học sư phạm Kỹ thuật, TP HCM dưới đây. Hy vọng sẽ giúp các bạn tự tin hơn trong kỳ thi sắp tới.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề thi học kì 1 môn Vật lí 2 năm 2022-2023 có đáp án - Trường Đại học sư phạm Kỹ thuật, TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỀ THI HỌC KỲ I NĂM HỌC 2022-2023 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Môn: Vật lý 2 KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG Mã môn học: PHYS131002 Đề số: 02. Đề thi có 2 trang. ------------------------- Ngày thi: 16/12/2022 Thời gian: 90 phút. Được phép sử dụng tài liệu một tờ giấy A4 chép tay. Câu 1: (1,0 điểm) Năm 1865, sau khi tổng quát hoá các quy luật thực nghiệm về điện và từ, với sự bổ sung về khái niệm dòng điện dịch, Maxwell đã đưa ra hệ gồm 4 phương trình mô tả trường điện từ. Hãy trình bày nội dung của 4 phương trình Maxwell. Câu 2: (1,0 điểm) Điện dung là gì? Hãy trình bày những phương pháp giúp tăng điện dung của tụ điện trong việc chế tạo. Câu 3: (2,0 điểm) Một thanh có chiều dài L = 30cm, uốn cong thành cung tròn có góc tại tâm là 1200, tích điện đều với điện tích tổng cộng là Q = - 7,5µC. Tìm vec-tơ cường độ điện trường tại tâm của cung tròn. Câu 4: (2,0 điểm) Một điện trường với điện thế đo bằng đơn vị volt chỉ thay đổi theo phương x theo hàm số: 𝑉 = 𝑎 + 𝑏𝑥 3 với 𝑎 = 12 V và 𝑏 = −6 V/m3 . Hãy xác định hướng và độ lớn của vec-tơ cường độ điện trường ⃗𝐸 tại điểm có toạ độ: a. x = 0m. b. x = 0,3m. Câu 5: (2,0 điểm) Một dây dẫn dài vô hạn được uốn cong như hình dưới và đặt trong không khí. Đoạn BC uốn thành đường tròn bán kính R = 10cm. Các đoạn AB và CD là hai nửa dòng điện thẳng rất dài cùng phương, nằm cách tâm đường tròn một đoạn r. Tìm khoảng cách r sao cho từ trường tại tâm đường tròn bị triệt tiêu. Trang 1
Câu 6: (2,0 điểm) Chiếu chùm laser với bước sóng 632,8nm qua khe có bề rộng 0,25mm. Màn quan sát đặt cách khe 1,2m. Tính bề rộng của vân sáng trung tâm xuất hiện trên màn. 𝐶2 𝑁.𝑚2 Cho biết: hằng số điện 𝜀 𝑜 = 8,85 × 10−12 𝑁.𝑚2 ; hằng số Coulomb 𝑘 𝑒 = 9 × 109 𝐶2 ; hằng 𝐻 số từ 𝜇 𝑜 = 4𝜋 × 10−7 𝑚. Ghi chú: Cán bộ coi thi không được giải thích đề thi. Chuẩn đầu ra của học phần (về kiến thức) Nội dung kiểm tra [CĐR 1.1] Hiểu rõ các khái niệm, định luật liên quan đến điện trường và từ trường cũng như lý thuyết về trường điện từ. Câu 1, 2, 3, 4, 5 [CĐR 2.1] Vận dụng kiến thức về điện trường, từ trường để giải thích các hiện tượng và giải bài tập có liên quan. [CĐR 3.1] Hiểu rõ các hiện tượng, định luật về quang hình, quang học sóng. Câu 6 [CĐR 3.2] Vận dụng kiến thức về quang hình học và học sóng để giải thích các hiện tượng và giải bài toán về quang hình học và quang học sóng. Ngày 09 tháng 12 năm 2022 Thông qua bộ môn Trang 2
Đáp án và bảng điểm Vật lý 2 - Hệ CLC Thi ngày 16/12/2022 Người soạn: Trần Hải Cát Câu Lời giải Điểm 1 Hệ phương trình Maxwell đúc kết từ 4 định luật cơ bản: - Định luật Gauss cho điện trường. Thông lượng điện trường qua 0,25 bề mặt kín bất kì tỉ lệ thuận với điện tích chứa trong mặt kín đó: 𝑞 ∮ ⃗𝐸 ∙ ⃗⃗⃗⃗⃗ = 𝑑𝐴 𝜀0 - Định luật Gauss cho từ trường. Thông lượng từ trường qua bề mặt kín bất kì tỉ luôn bằng không. Điều này tương đương với tính 0,25 chất rằng, mọi đường sức từ luôn khép kín. ∮ ⃗𝐵 ∙ ⃗⃗⃗⃗⃗ = 0 𝑑𝐴 - Định luật Faraday về điện trường xoáy. Lưu số của điện trường theo một đường cong kín bất kì tỉ lệ với tốc độ biến thiên theo thời 0,25 gian của thông lượng từ trường xuyên qua đường cong kín đó: 𝑑𝛷 𝐵 ∮ ⃗𝐸 ∙ ⃗⃗⃗ = − 𝑑𝑙 𝑑𝑡 - Định luật Ampere có tính đến dòng điện dịch. Lưu số của từ trường theo một đường cong kín bất kì tỉ lệ với tổng các dòng điện 0,25 đi xuyên qua đường cong kín đó: ∮ ⃗𝐵 ∙ ⃗⃗⃗ = 𝜇0 (𝐼 𝑑ẫ𝑛 + 𝐼 𝑑ị𝑐ℎ ) 𝑑𝑙 trong đó dòng điện dịch tỉ lệ với tốc độ biến thiên của thông lượng điện trường theo thời gian: 𝑑𝛷 𝐸 𝐼 𝑑ị𝑐ℎ = 𝜀0 𝑑𝑡 2 Khái niệm điện dung. Điện dung là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng tích điện của một hệ vật. Điện dung được tính bằng điện lượng tích 0,5 thêm được khi tăng hiệu điện thế lên mỗi Volt: 𝑄 𝐶= ∆𝑉 Nếu hệ là tụ điện thì ∆𝑉 là hiệu điện thế giữa hai bản tụ. Nếu hệ là vật cô lập thì ∆𝑉 là hiệu điện thế giữa vật và đất (∞). Phương pháp tăng điện dung cho tụ điện. Tụ điện là hệ làm từ hai bản kim loại đặt rất gần nhau, cách điện với nhau thông qua lớp điện môi. Để tăng khả năng tích điện cho tụ, có 3 cách như sau: - Tăng diện tích của các bản tụ, bởi vì điện tích chỉ tập trung trên bề mặt kim loại. - Giảm khoảng cách giữa hai bản tụ, sao cho tụ vẫn không bị đánh 0,5 thủng trong vùng điện áp dự kiến làm việc. - Thay đổi vật liệu của lớp điện môi có hằng số điện môi lớn hơn. Có thể lấy ví dụ cho trường hợp tụ điện phẳng, loại tụ phổ biến nhất trong ứng dụng kĩ thuật: Trang 1
𝜀𝜀0 𝐴 𝐶= 𝑑 Điện dung 𝐶 tỉ lệ thuận với diện tích 𝐴 của bản tụ và hằng số điện môi 𝜀, tỉ lệ nghịch với khoảng cách 𝑑 giữa hai bản tụ. 3 Có nhiều cách bố trí vật lên trục toạ độ Đề-các, bài giải này chọn cách bố trí đối xứng qua trục tung 𝑦. Dễ thấy rằng vec-tơ cường độ điện trường ⃗𝐸 có chiều hướng lên theo trục 𝑦. Chia cung tròn ra thành nhiều phần nhỏ, sao cho mỗi phần có thể xem như một điện tích điểm. Xét một phần nhỏ bất kì chắn một cung nhỏ 𝑑𝜑, 0,25 chứa điện tích nhỏ 𝑑𝑞. Áp dụng định luật Coulomb, suy ra được cường độ điện trường ⃗⃗⃗⃗⃗ do điện tích điểm này gây ra tại tâm của của cung tròn 𝑑𝐸 có độ lớn: | 𝑑𝑞| 𝑑𝐸 = 𝑘 𝑒 2 0,25 𝑅 và có hướng đâm vào điện tích điểm 𝑑𝑞 < 0. Điện tích 𝑑𝑞 chứa trên phần nhỏ này tỉ lệ với chiều dài của nó: 𝑑𝑞 = 𝜆𝑅𝑑𝜑 với 𝜆 = 𝑄/𝐿 = −7,5 ∙ 10−6 /0,3 = −25 ∙ 10−6 (𝐶/𝑚) là mật độ dài của 0,25 phân bố điện tích, 𝑅 = 3𝐿/2𝜋 = 3 ∙ 0,3/2𝜋 = 0,143 (m) là bán kính của cung tròn. Chiếu vec-tơ ⃗⃗⃗⃗⃗ lên các trục 𝑥 và 𝑦: 𝑑𝐸 | 𝜆| 𝑅𝑑𝜑 𝑘 𝑒 | 𝜆| 𝑑𝐸 𝑥 = 𝑘 𝑒 2 cos 𝜑 = cos 𝜑 ∙ 𝑑𝜑 𝑅 𝑅 0,5 | 𝜆| 𝑅𝑑𝜑 𝑘 𝑒 | 𝜆| 𝑑𝐸 𝑦 = 𝑘 𝑒 sin 𝜑 = sin 𝜑 ∙ 𝑑𝜑 𝑅2 𝑅 Các phần nhỏ bố trí từ góc 𝜑 = 𝜋/6 đến 𝜑 = 5𝜋/6 đối xứng qua trục 𝑦. Điện trường tổng hợp theo mỗi trục: 5𝜋 𝑘 𝑒 | 𝜆| 6 𝐸 𝑥 = ∫ 𝑑𝐸 𝑥 = ∫ cos 𝜑 ∙ 𝑑𝜑 = 0 𝑅 𝜋 5𝜋 6 0,5 𝑘 𝑒 | 𝜆|6 𝑘 𝑒 | 𝜆| 𝐸 𝑦 = ∫ 𝑑𝐸 𝑦 = ∫ sin 𝜑 ∙ 𝑑𝜑 = ∙ √3 > 0 𝑅 𝜋 𝑅 6 Trang 2
Như vậy, vec-tơ cường độ điện trường ⃗𝐸 có chiều hướng lên theo trục 𝑦 và có độ lớn: 𝑘 𝑒 | 𝜆| 9 ∙ 109 × 25 ∙ 10−6 0,25 𝐸 = 𝐸𝑦 = ∙ √3 = ∙ √3 = 2,73 ∙ 106 (𝑉/𝑚) 𝑅 0,143 4 Sử dụng mối liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế: ⃗𝐸 = −𝑔𝑟𝑎𝑑(𝑉) hay 𝜕𝑉 𝜕𝑉 𝜕𝑉 𝐸𝑥 = − , 𝐸𝑦 = − , 𝐸𝑧 = − 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 Theo đề bài, điện thế 𝑉 chỉ thay đổi theo trục 𝑥: 𝑉 = 𝑎 + 𝑏𝑥 3 = 12 − 6𝑥 3 1,0 Do đó cường độ điện trường ⃗𝐸 chỉ có thành phần theo 𝑥: 𝜕𝑉 𝐸 = 𝐸𝑥 = − = 18𝑥 2 𝜕𝑥 Xét 2 trường hợp: a) 𝑥 = 0: 𝐸 𝑥 = 18 ∙ 02 = 0. Cường độ điện trường trong trường hợp này bằng 0. b) 𝑥 = 0,3 m: 𝐸 𝑥 = 18 ∙ 0,32 = 1,62 > 0. 1,0 Cường độ điện trường có độ lớn 1,62 V/m và hướng theo chiều dương của trục 𝑥. 5 Từ trường do hai đoạn dây thẳng tạo ra cũng giống như từ trường do một đoạn dây dài vô hạn cùng mang dòng điện đó. Từ trường ⃗⃗⃗⃗1 do hai đoạn dây này tạo ra tại tâm có chiều vuông góc với 𝐵 mặt giấy, hướng ra và có độ lớn: 𝜇0 𝐼 𝐵1 = 0,5 2𝜋𝑟 Từ trường 𝐵⃗⃗⃗⃗2 do dây tròn tạo ra tại tâm có chiều vuông góc với mặt giấy, hướng vào và có độ lớn: 𝜇0 𝐼 𝐵2 = 0,5 2𝑅 𝐼 là cường độ dòng điện không xác định bởi đề bài. Các từ trường ⃗⃗⃗⃗1 và ⃗⃗⃗⃗2 ngược chiều nhau và có xu hướng triệt tiêu nhau. 𝐵 𝐵 Để cho từ trường tổng hợp tại tâm đường tròn bị triệt tiêu hoàn toàn thì: 𝐵1 = 𝐵2 hay: 𝜇0 𝐼 𝜇0 𝐼 = 0,5 2𝜋𝑟 2𝑅 Từ đây suy ra: Trang 3
𝑅 10 0,5 𝑟= = = 3,2 (cm) 𝜋 𝜋 6 Hiện tượng xảy ra là nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp. Để tính bề rộng vân sáng trung tâm, ta cần tìm hai vị trí cực tiểu, tương ứng với biên của vân sáng trung tâm đó. 0,5 Điều kiện xảy ra cực tiểu theo góc lệch khỏi trục chính: 𝜆 0,5 sin 𝜃 𝑑𝑎𝑟𝑘 = 𝑚 𝑎 trong đó λ là bước sóng, a là bề rộng của khe. Cực tiểu bậc nhất tương ứng với m = 1. Sử dụng tính chất của góc nhỏ, ta được: 𝑥1 𝜆 0,5 sin 𝜃 𝑑𝑎𝑟𝑘 ≈ tan 𝜃 𝑑𝑎𝑟𝑘 = = 𝐿 𝑎 Suy ra: 𝜆 632,8 ∙ 10−9 𝑥1 = 𝐿 = 1,2 × = 3 (mm) 𝑎 0,25 ∙ 10−3 Như vậy chiều rộng của vân sáng trung tâm bằng 2𝑥1 = 6 (mm) 0,5 Trang 4