Đề thi môn Vật lý - Kỳ thi chọn học sinh giỏi tỉnh Lớp 11 cấp THPT (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi môn Vật lý - Kỳ thi chọn học sinh giỏi tỉnh Lớp 11 cấp THPT (Có đáp án)

1. KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH LỚP 11 CẤP THPT Đề chính thức NĂM HỌC 2015 – 2016 Môn thi: VẬT LÝ - BẢNG A Thời gian: 150 phút ( không kể thời gian giao đề) Bài 1 (4,0 điểm). Trên mặt phẳng nằm ngang nhẵn có một chiếc nêm khối lượng m, góc m nghiêng của nêm là . Một vật nhỏ khối lượng bắt đầu trượt không ma sát từ A. 2 Biết AB = l (Hình 1). m/2 1. Nêm được giữ cố định trên mặt phẳng ngang. Tìm tốc A độ của vật nhỏ khi trượt đến B. 2. Nêm có thể trượt trên mặt phẳng ngang. Hãy xác định gia tốc của nêm và quãng đường mà nêm đã trượt theo B phương ngang kể từ khi vật bắt đầu trượt từ A đến khi nó Hình 1 rời khỏi nêm tại B. A 3. Giả sử nêm đang có vận tốc V0 đến va chạm hoàn toàn đàn hồi vào một quả cầu nhỏ có khối lượng 2m đang nằm V0 yên (Hình 2). Sau va chạm nêm không nẩy lên. Để nêm m tiếp tục chuyển động theo hướng ban đầu thì góc nghiêng của nêm phải nhỏ hơn một góc giới hạn . Tìm . 0 0 Hình 2 B Bài 2(3,5 điểm). Một hạt không mang điện tích, đang đứng yên thì bị vỡ ra trong một từ trường đều B thành hai mảnh khối lượng m1 và m2, mang điện tích tương ứng là q và –q. Biết rằng sau khoảng thời gian t kể từ khi vỡ hai mảnh này gặp nhau. Bỏ qua tương tác Culông giữa hai mảnh và lực cản của môi trường. Tìm khoảng thời gian t. Bài 3(4,0 điểm). Cho mạch điện như hình vẽ 3 : U = 60V (không đổi), a b C1 = 20µF, C2 = 10µF. 1. Ban đầu các tụ điện chưa tích điện. Khóa K ở vị trí b, chuyển sang + K C C2 a rồi lại về b. Tính điện lượng qua R. - U 1 R 2. Sau đó chuyển K sang a rồi lại về b. Tính điện lượng qua R trong lần chuyển thứ 2. 3. Tính tổng điện lượng qua R sau n lần chuyển khóa như trên. Hình 3 Bài 4(3,0 điểm). Hai thanh ray dẫn điện dài nằm song song với nhau, khoảng cách giữa hai thanh ray là l = 0,4m. MN và M R P PQ là hai thanh dẫn điện song song với nhau và được gác v tiếp xúc điện lên hai thanh ray, cùng vuông góc với hai ray  2v B (Hình vẽ 4). Điện trở của MN và PQ đều bằng r = 0,25, C R = 0,5, tụ điện C = 20µF ban đầu chưa tích điện, bỏ qua điện trở của hai ray và điện trở tiếp xúc. Tất cả hệ thống N Q Hình 4 được đặt trong một từ trường đều có véc tơ B vuông góc với mặt phẳng hình vẽ chiều đi vào trong , độ lớn B = 0,2T. Cho thanh MN trượt sang trái với vận tốc v = 0,5m/s, thanh PQ trượt sang phải với vận tốc 2v. 1. Tìm công suất tỏa nhiệt trên điện trở R. 2. Tìm điện tích của tụ , nói rõ bản nào tích điện dương ? Bài 5(5,5 điểm). Cho mạch điện như hình 5. Nguồn điện có suất điện động E =12V, điện trở trong r = 0,6 , AB là một biến trở con chạy có điện trở toàn phần là R = 9 . Ba ắc quy như nhau, mỗi cái có suất điện động e0 và điện trở trong r0 = 0,5  . Gọi điện trở phần AC là x. 1. Khi x = 6  thì các ắc quy được nạp điện và dòng qua mỗi ắc quy là 0,4A. Tính suất điện động của mỗi ắc quy và công suất tỏa nhiệt trên toàn bộ biến trở khi đó.
2. 2. Bộ ắc quy trên ( ba ắc quy nối tiếp) khi đã được nạp đầy điện có thể dùng để thắp sáng bình thường được tối đa bao nhiêu bóng đèn loại 1,5V-1,5W . Nói rõ cách mắc các đèn khi đó. 3. Ba ắc quy trên khi đã nạp đầy điện được mắc vào mạch như hình 6 . Hai điốt giống nhau có điện trở thuận rD = 4  , điện trở ngược vô cùng lớn , R là một biến trở . Điều chỉnh giá trị R để công suất điện tiêu thụ trên biến trở là cực đại , tìm giá trị cực đại đó. E,r e0,r0 D C 1 R A B D2 Hình 5 e ,r 0 0 2e0,2r0 Hình 6 Hết Họ và tên thí sinh Sô báo danh: . KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH LỚP 11 THPT NĂM HỌC 2015 – 2016 HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn: VẬT LÝ 11-BẢNG A (Hướng dẫn chấm này gồm 6 trang) Bài Ý Nội dung Điểm Bài 1 1. Chọn mốc thế năng tại mặt sàn. 4,0đ 0,75 m 0,25đ Cơ năng của vật nhỏ tại A: W gl.sin đ 0 2 mv2 Cơ năng của vật nhỏ tại B : W B 4 0,25đ 0,25đ Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta được : vB 2gl.sin 2. Xét hệ qui chiếu gắn với nêm. 2,0đ a : gia tốc của vật đối với nêm ; a0: gia tốc nêm đối với sàn   Gia tốc của vật đối với sàn: am a ao (1) 0,25đ m Đluật II Newton: N P F a(2) 0,25đ qt 2 m m m Chiếu lên phương AB:g.sin a .cos a a g sin a .cos (3) 0,25đ 2 2 0 2 0 0,25đ
3. ' Chiếu (1) phương ngang : am acos a0 (4) Vì không có ngoại lực theo phương ngang: động lượng bảo toàn. 0,25đ m V mV 0 ma' 2ma 0 a' 2a (5) 2 m N m 0 m 0 0,25đ 3a0 Thế (4) vào (5) suy ra : acos - a0 = 2a0 => a (6) cos 0,25đ 3a g.sin .cos Thế (3) vào (6) suy ra: g.sin a cos 0 a 0 cos 0 3 cos 2 * Quãng đường mà nêm trượt theo phương ngang. Gọi S là quãng đường mà nêm trượt, s là quãng đường dịch chuyển theo phương ngang của vật so với nêm. Từ định luật bảo toàn động lượng: m s l cos s S mS s 3S S . 0,25đ 2 3 3 3. Ngay khi nêm va chạm vào quả cầu phản lực F truyền cho quả cầu vận tốc V 2 1,25 Xung lực F có phương vuông góc với mặt nêm, nên V 2 có phương hợp với 0,25đ đ phương thẳng đứng 1 góc . Xét theo phương ngang: Theo ĐLBTĐL: mV0=mV1+2mV2sin => V0=V1+2V2.sin (1) 0,25đ Va chạm hoàn toàn đàn hồi nên : 1 1 1 mV 2 mV 2 2mV 2 V 2 V 2 2V 2 (2) 2 0 2 1 2 2 0 1 2 0,25đ F Từ (1) và (2) ta có V2 m 2V0 sin 2m V2 2 (3) 2sin 1 Hình 2 V (1 2sin 2 ) V 0 (4) 0,25đ 1 1 2sin 2 Để nêm tiếp tục chuyển động theo hướng cũ thì V1 > 0 1 0 0 sin < sin 45 0 45 2 0,25đ Bài 2 Theo định luật bảo toàn động lượng : m1v1 = m2v2 (1) và sau khi vỡ hai hạt 0,5đ 3,5đ chuyển động ngược chiều nhau Nếu hướng chuyển động của một mảnh nào đó hợp với véc tơ cảm ứng từ góc 0,5đ
4. 900 khi đó quỹ đạo của hai mảnh là các đường xoắn ốc hướng ra xa nhau nên hai mảnh không gặp nhau . Khi 900 thì hai mảnh chuyển động theo quỹ đạo tròn với tốc độ không đổi 0,5đ dưới tác dụng của lực Lorenxơ. m v m v 0,5đ Bán kính lần lượt là : R 1 1 . và R 2 2 . (2) 1 qB 2 qB 0,5đ kết hợp (1) và (2) ta được R1= R2= R. Do hai điện tích trái dấu nhau nên hai mảnh cùng chuyển động đều trên một 0,5đ đường tròn về hai phía ngược nhau và đi đến gặp nhau . 2 R 2 m m Khoảng thời gian từ khi vỡ đến khi gặp nhau là : t 1 2 . 0,5đ v1 v2 qB m1 m2 Bài 3. 1 Lần 1, khi K ở chốt a tụ C1 tích điện Q1 = C1U. 0,25đ 4,0đ 1,25 đ Khi chuyển K từ chốt a sang chốt b lần 1 điện tích trên các tụ điện là: U11 U21 0,25đ Q11 Q21 C1U C 2 Q Q Q 1 U 11 21 11 C C 1 2 0,25đ C1 C2 C C Q Q C U Q 1 2 U 11 21 1 21 C1 C2 Điện lượng dịch chuyển qua điện trở R là: 0,5đ C2 Q1 Q1 Q11 C1U 400C C1 C2 2 b) Khi chuyển K từ chốt a sang chốt b lần 2 ta có: 1,5đ U12 U22 CC 0,5đ Q Q CU 1 2 U 12 22 1 C1 C2 Q Q C2 C 12 22 1 2 Q12 U(1 ) C1 C2 C C C C 1 2 1 2 CC CC C 0,5đ Q Q CU 1 2 U Q 1 2 U(1 2 ) 12 22 1 22 C1 C2 C1 C2 C1 C2 Điện lượng dịch chuyển qua R lần 2 là: 2 C 2 C C 400 1 2 2 0,5đ Q2 Q1 Q12 C1U U (1 ) C1U C C1 C2 C1 C2 C1 C2 3 3
5. 1,25 c) Sau khi chuyển K sang chốt b lần 3 ta được: đ 1 2 2 C1 C2 C2 Q13 U (1 ) C1 C2 C1 C2 C1 C2 0,25đ 1 2 C1C2 C2 C2 Q23 U (1 ) C1 C2 C1 C2 C1 C2 Điện lượng dịch chuyển qua R lần 3 là: C C C C Q Q Q CU 1 1 (1 ( 2 )1 ( 2 )2) ( 2 )3CU 3 1 13 1 1 0,25đ C1 C2 C1 C2 C1 C2 C1 C2 Sau khi chuyển K sang chốt b lần thứ n ta được: 1 n 1 2 C1 C2 C2 Q1n U (1 ) C1 C2 C1 C2 C1 C2 1 n 1 C1C2 C2 C2 Q2n U (1 ) C C C C C C 1 2 1 2 1 2 0,25đ Điện lượng dịch chuyển qua R lần n là: C1C2 C1 C2 1 C2 n 2 C2 n Qn U 1 (1 ( ) ( ) ) ( ) C1U C1 C2 C1 C2 C1 C2 C1 C2 C1 C2 0,25đ Vậy tổng điện lượng qua R sau n lần K chuyển sang chốt b là: 2 3 n C2 C2 C2 C2 Q Q1 Q2 Qn C1U C C C C C C C C 1 2 1 2 1 2 1 2 C2 n 1 4 (1 ( ) )C2U (1 n ).6.10 C C1 C2 3 0,25đ Bài 4 1 Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mỗi thanh dẫn MN và PQ là : 3,0đ 1,75 đ E1 = Blv ; E2 = 2Blv. 0,5đ E E 3Blv Cường độ dòng điện trong mạch: I 1 2 0,5đ R 2r R 2r 2 2 2 E1 E2 3Blv 0,5đ Công suất tỏa nhiệt trên R: P I R .R .R R 2r R 2r 9.0,22.0,42.0,52 P .0,5 7,2.10 3 0,0072(W) 0,5 0,5 2 0,25đ 2 Điện tích trên tụ điện C là:
6. 1,25 Q C.U MN 0,25đ đ 3Blv 7 Q C E1 I.r C Blv r 2.10 (C) 0,5đ R 2r Bản tích điện dương của tụ là bản nối về phía điểm M. 0,5đ Bài 5. 1 Chiều dòng điện như trên hình vẽ. E,r 5,5đ 2,5đ 0,5đ Tại nút A: I = I1 + I2 (I1 = 0,4 A) I C Sử dụng định luật Ôm cho các đoạn mạch A B ta có: I1 I2 UAC = I2.x = 6I2 0,25đ UAC = E – I(r + RCB) = 12 – 3,6I e0,r0 0,25đ UAC = 3e0 + 3r0I1 = 3e0 + 0,6 0,25đ Giải hệ bốn phương trình trên ta được: I2 = 1,1A; I = 1,5A; e0 = 2V 0,25đ Từ đó: 2 2 0,5đ P PAC PCB RAC I2 RCB I 14,01(W) 2 Đèn có cường độ định mức và điện trở là Iđ = 1A; Rđ = 1,5Ω. 0,25đ 1,75 0,25đ đ Bộ nguồn có Eb = 6V; rb = 1,5Ω. 0,25đ Để các đèn đều sáng bình thường thì phải mắc chúng hỗn hợp đối xứng. Gọi số đèn mắc nối tiếp nhau trên mỗi dãy là x, số dãy đèn mắc song song với nhau là y. Với x, y nguyên, dương. x.R 1,5x 0,25đ Ta có điện trở của bộ đèn là R d N y y Cường độ dòng điện chạy trong mạch chính là 0,25đ E 6 I b y.I y R r 1,5x d N b 1,5 y 0,25đ x + y = 4 . Suy ra số đèn tối đa là x.y = 4 . Vậy phải mắc 4 đèn thành 2 dãy song song, mỗi dãy gồm 2 đèn mắc nối tiếp nhau. 0,25đ 3 Giả sử các đi ốt đều mở khi đó dòng điện có chiều như hình vẽ. 1,75
7. đ Xét các vòng mạch ABDA, DCBD và nút B ta có hệ phương trình. 2 4,5i1 iR 0(1) C e0,r0 4 5i iR 0(2) 2 0,25đ i i i(3) 1 2 i R 1 B D i Giải hệ trên ta được: i2 D2 20 4R 36+4R 56 A i ; i ; i 2e0,2r0 1 45 19R 2 45 19R 45 19R 0,25đ Do i2 >0 với mọi R đi ốt D2 luôn mở Ta thấy khi R ≥ 5Ω i1 ≤ 0 điốt D1 đóng. 0,25đ Công suất trên điện trở R là 4e2 R 4e2 4e2 P 0 0 0 0,16(W) 0,25đ R 2 2 4 r 2r R rD 2r0 rD 2r0 D 0 R R 0,25đ Khi R 0 điốt D1 mở. 2 2 2 56 56 0,25đ Công suất trên điện trở R là PR i R R 45 19R 45 19 R R 0,25đ PRmax ≈ 0,917 (W) Chú ý : Nếu học sinh giải cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa