Đề thi khảo sát chất lượng học sinh giỏi lần 3 môn Vật lý Lớp 11 - Năm học 2017-2018 - Sở GD&ĐT Nghệ An

Nội dung text: Đề thi khảo sát chất lượng học sinh giỏi lần 3 môn Vật lý Lớp 11 - Năm học 2017-2018 - Sở GD&ĐT Nghệ An

1. SỞ GD&ĐT NGHỆ AN ĐỀ THI KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG HỌC SINH GIỎI CỤM THI THPT Q.LƯU-HM LẦN THỨ 3 NĂM HỌC 2017 – 2018 Môn thi : VẬT LÝ 11 (Đề thi có 02 trang) Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Câu 1 (5 điểm). Nêm ABCD có khối lượng M, D C đặt trên mặt sàn phẳng, đủ dài, nằm ngang. Tiếp tuyến của chân nêm tại A trùng với mặt sàn, CD m, v M h là mặt phẳng ngang có độ cao so với mặt sàn là o h. Một vật nhỏ có khối lượng m = 0,5M chuyển động với vận tốc vo trên mặt sàn hướng đến chân A Hình 1 B nêm rồi trượt lên nêm. Bỏ qua mọi ma sát và coi rằng khi trượt lên nêm thì vật m luôn tiếp xúc với nêm. Gia tốc rơi tự do là g. 1. Tìm giá trị tối thiểu vo để vật m có thể lên tới mặt CD của nêm khi: a. Nêm được giữ cố định. b. Nêm thả tự do. 2. Với vo bằng hai lần giá trị tối thiếu tìm được ở câu 1b, nêm thả tự do. Tìm khoảng cách từ vật m đến chân B của nêm khi nó rơi trở lai mặt sàn sau khi vượt qua nêm. Câu 2 (4 điểm). Một ngôi sao năm cánh được A cắt từ một tấm bìa cứng, mỏng, rất nhẹ, cách điện, độ dài của các cánh bằng nhau. Ngôi sao đặt trên mặt phẳng nhẵn, nằm ngang và có thể quay tự do quanh trục cố định thẳng đứng đi qua B F trọng tâm G của nó. Ở năm đỉnh của cánh sao được gắn năm quả cầu nhỏ bằng kim loại, có a khối lượng bằng nhau. Khoảng cách từ các quả G cầu đến G bằng a = 10cm. Góc ở các đỉnh là 36o . Hệ thống nằm trong điện trường đều nằm ngang có vecto cường độ điện trường E có C hướng như hình 2, độ lớn E = 5.104(V/m). Hai E quả cầu tại B và F đều tích điện q = 10 -7C. (các D quả cầu còn lại không tích điện). Hình 2 1. Xác định cường độ điện trường tổng hợp tại E ,r R trọng tâm G 1 1 1 2. Khi hệ đang nằm cân bằng như hình vẽ thì K1 tức thời truyền cho quả cầu tại D một điện tích q’ R2 = q. Tìm động năng cực đại của hệ ngôi sao và A B các quả cầu sau đó. I2 Câu 3 (4,5 điểm). Cho mạch điện có sơ đồ như E3,r3 R3 K2 hình 3. Biết E1 = 12V; r1 = 0,5 ; E3 = 5V; r3 = 1  ; R1 = 4,5 ; R2 = 3 ; R3 = 4 . Hình 3
2. 1. Mắc vào hai điểm A, B nguồn điện E 2 có điện trở trong không đáng kể, đồng thời đóng cả hai khoá K1 và K2 thì dòng điện qua nguồn E2 là I2 = 1A và có chiều như hình vẽ. Tìm E2. Cực dương của E2 mắc vào điểm nào? -6 2. Tháo bỏ nguồn E 2 rồi mắc vào hai điểm A và B một tụ có điện dung C = 4,4.10 F ban đầu chưa tích điện, đồng thời đóng cả hai khoa K 1 và K2. Tìm nhiệt lượng toả ra trên R2 tính từ thời điểm đóng hai khoá K1 và K2 đến khi dòng điện trong mạch ổn định. Câu 4 (5,5 điểm). Cho mạch điện có sơ đồ như hình 4. Hai đèn Đ 1 và Đ 2 có điện trở Rđ bằng nhau; các E, r điện trở R 1 = R2 = 6 . Biết rằng khi nguồn điện có suất điện động E = E1 = 30V, điện trở trong r = r1 = 2  hoặc E = E2 = 36V, r = r2 = 4 thì công suất tiêu thu của mạch ngoài đều bằng 72W và cả hai đền đều A B sáng bình thường. Bỏ qua điện trở các dây nối. Đ1 1. Tính công suất định mức và hiệu điện thế định R1 R2 mức của mỗi đèn. Dùng nguồn nào có lợi hơn? Đ2 2. Thay đèn Đ 1 bằng điện trở R0 = 10 , đèn Đ 2 bằng một biến trở R có đặc tuyến Vôn – Ampe I kU 2 , với k 10 2 (A/V 2 ) , U là hiệu điện thế đặt vào Hình 4 hai đầu biến trở và I là cường độ dòng điện chạy qua biến trở. Nguồn điện có suất điện động E = 34,8V, điện trở trong r = 4 . Giữ nguyên hai điện trở R 1 và R2. Tìm hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện và công suất toả nhiệt trên biến trở R. Câu 5 (1,0 điểm). Nêu tên các loại dụng cụ (không cần nêu các chỉ số) được sử dụng trong bài thực hành “Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn” lớp 11 THPT. Hết
3. HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG HỌC SINH GIỎI LẦN 3 NĂM HỌC 2017 – 2018 Môn thi : VẬT LÍ 11 Câu Nội dung hướng dẫn Điểm Câu 1 1. Để vật m lên tới mặt CD của nêm thì ít nhất vận tốc của m ở mặt CD so (5 điểm) với nêm bằng không. 0,5 a. Nêm giữ cố định: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: 1 0,5 mv 2 mgh v 2gh 2 o1min o1min b. Nêm thả tự do: Gọi v là vận tốc của vật m và nêm so với sàn khi m lên tới mặt CD của nêm. + Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang: v 0,5 (M m)v mv v o2min (1) o2min 3 + Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: 1 1 0,5 (M m)v 2 mgh mv 2 (2) 2 2 o2min 0,5 + Từ (1) và (2) suy ra: vo2min 3gh 2. Khi vo 2vo2min 2 3gh (3) Gọi u1, u2 tương ứng là vận tốc của vật so với nêm và vận tốc của nêm so với sàn khi m lên tới mặt CD của nêm. + Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang: Mu2 m(u1 u2 ) mvo u1 3u2 vo (4) 0,5 + Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: 1 1 1 mgh m(u u )2 Mu 2 mv 2 2 1 2 2 2 2 0 0,5 2 2 2 u1 3u2 2u1u2 vo 2gh (5) 0,5 + Từ (3), (4) và (5) tìm được: u1 3 gh + u1 cũng là vận tốc ném ngang của m so với chân nêm B. + Thời gian từ khi vật m vượt qua nêm đến khi nó chạm sàn: 2h t g 0,5 + Khoảng cách từ m đến chân B của nêm khi nó chạm sàn: 0,5 d u1t 3 2h Câu 2 1. (2,5 đ) (4 điểm) + Cường độ điện trường do từng điện tích tại B và F tạo ra tại G: 10 7 1,0 E E 9.109 9.104 (V / m) 1 2 10 2 + Vì E và E đều hợp với hướng của E góc 72o nên E E E cùng 1 2 12 1 2 0,5 phương, cùng chiều với E . + Cường độ điện trường tổng hợp tại G: E E E G 12 0,25
4. Với E 2E cos72o 5,56.104 (V / m) 0,5 12 1 4 0,25 Vậy EG 10,56.10 (V / m) và EG cùng hướng với E 2. (1,5 đ) + Khi quả cầu tại D được truyền điện tích, thì momen lực điện có xu hướng làm hệ quay cùng chiều kim đồng hồ. Động năng của hệ đạt cực đại khi có 0,5 sự cân bằng momen lực điện. Tức là hệ quay được góc 72o. + Đông năng của hệ khi đó bằng công của lực điện trường trong chuyển 0,5 động quay đó. W A qEa(cos36o 2.sin18o 1) 2,15.10 4 J đ 0,5 Câu 3 1. (2,5 đ) E1 ,r1 R1 (4,5 Giả sử khi mắc vào A, B nguồn điện điểm) E2 (cực dương nối với A, cực âm nối I1 K1 với B) đồng thời đóng hai khoá K 1 và R2 A B K2 thì dòng điện chạy qua các đoạn M N mạch có chiều như hình vẽ. I2 + Áp dụng định luật Ôm cho từng E3,r3 R3 K2 đoạn mạch ta có: E1 U MN I3 0,5 I1 (1) r1 R1 Hình 3 U E 0,5 I MN 2 (2) 2 R 2 0,5 E3 U MN I3 (3) r3 R3 Mặt khác tại nút M: I 2 I1 I3 1(A) (4) 0,25 + Thay (1) và (3) vào (4) ta được: U MN 6V (5) 0,25 0,25 + Thay (5) vào (2) tìm được: E2 3V 0,25 + Vậy E2 3V , cực dương mắc vào A, cực âm mắc vào B. 2. (2 đ) + Khi mắc tụ hai hai điểm A và B và đông thời đóng K 1 và K2 thì nguồn E1, r1; E3, r3; các điện trở R1 và R3 tương đương với nguồn điện có suất điện động Eb, rb; với: 1 1 1 rb 2,5 0,25 rb r1 R1 r3 R3 Eb E1 E3 Eb 8,5V rb r1 R1 r3 R3 0,25 + Điện tích của tu sau khi dòng điện qua mạch ổn định: q CEb 0,25 + Công của nguồn điện tương đương: A qE CE 2 b b 0,25 + Năng lượng điện trường mà tụ nhận được: 1 2 W CEb 2 0,25 + Gọi Q1 và Q2 tương ứng là nhiệt lượng toả ra trên rb và R2 tính từ khi đóng
5. hai khoá K1 và K2 đến khi hiệu điện thế của tụ bằng Eb. Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có: 1 2 Q1 + Q2 = A – W = CE (1) 2 b 0,25 Q r 2,5 5 + Mặt khác: 1 b (2) 0,25 Q2 R2 3 6 3 2 5 + Từ (1) và (2) suy ra: Q2 CEb 8,67.10 J 0,25 11 Câu 4 1. (3,5 đ) (5,5 + Điện trở tương đương của mạch ngoài: điểm) R (R R R ) 0,25 R đ 1 2 đ (1) R1 R2 2Rđ + Gọi I1, I2, U1, U2 tương ứng là cường độ dòng điện qua nguồn và hiệu điện thế giữa hai điểm A và B khi đặt nguồn E1, r1 và nguồn E2, r2. + Theo bài ra, công suất mạch ngoài: 2 2 0,5 P I1 R I 2 R I1 I 2 (2) U 2 U 2 P 1 2 U U (3) 0,5 R R 1 2 + Mặt khác: U1 E1 I1r1; U 2 E2 I 2r2 (4) 0,5 E2 E1 0,25 + Từ (2), (3) và (4) suy ra: I1 I 2 3A r2 r1 + Thay vào (2), tìm được: R = 8  0.25 + Thay vào (1), tìm được: Rđ = 12  0.25 + Hiệu điện thế định mức của đèn Đ1: U đ1 U1 E1 I1r1 24V 0,25 2 2 U đ1 24 + Công suất định mức của đèn Đ1: Pđ1 48W 0,25 Rđ 12 + Cường độ dòng điện định mức của đèn Đ2: U1 24 0,25 I đ 2 1A Rđ R1 R2 24 + Hiệu điện thế định mức và công suất định mức của Đ2: U đ 2 I đ 2 Rđ 12V 2 0,25 Pđ 2 I đ 2 .Rđ 12W 2. (2 đ) + Gọi U là hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở, cường độ dòng điện qua biến trở: I kU 2 (1) 1 0,25 + Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn: 2 U AB U (R1 R2 )I1 U 12kU (2) 0,25 + Cường độ dòng điện qua Ro: U U 12kU 2 I AB (3) o 0,25 Ro 10 + Cường độ dòng điện qua nguồn:
6. E U 34,8 U 12kU 2 0,25 I AB (4) r 4 0,25 + Mặt khác: I I1 I o (5) + Từ (1), (3), (4) và (5) ta được: 0,25 34,8 U 12kU 2 U 12kU 2 kU 2 4 10 0,25 -2 + Thay k = 10 tìm được: U = 10V, thay vào (2) tìm được UAB = 22V + Công suất toả nhiệt trên biến trở: 2 2 U 3 P I1 R I1 kU 10W 0,25 I1 Câu 5 1. Điốt chỉnh lưu Nêu (1 điểm) 2. Nguồn điện được 3. Điện trở bảo vệ Ro mỗi 4. Biến trở R loại 5. Đồng hồ đo điện đa năng hiện số (1 cái dùng đo cường độ dòng điện, 1 cái được dùng đo hiệu điện thế) (1/8) 6. Bảng lắp ráp mạch điện điểm 7. Bộ dây dẫn 8. Khoá đóng – ngắt mạch điện Lưu ý: Thí sinh làm theo cách khác nếu đúng vẫn cho điểm tối đa cho từng câu!