Đề thi chọn đội tuyển học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 11 - Năm học 2019-2020 - Trường THPT Triệu Sơn 5 (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn đội tuyển học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 11 - Năm học 2019-2020 - Trường THPT Triệu Sơn 5 (Có đáp án)

1. SỞ GD&ĐT THANH HÓA ĐỀ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI LẦN 1 TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 5 NĂM HỌC 2019 – 2020 MÔN: VẬT LÝ ĐỀ CHÍNH THỨC Thời gian: 180 phút Ngày thi: 30/09/2019 Câu 1 (2điểm): Hai giọt nước rơi tự do từ cùng một độ cao, trong giây cuối cùng giọt nước thứ nhất rơi được quãng đường là 45 m. Sau 2 s kể từ lúc giọt nước thứ hai bắt đầu rơi, khoảng cách giữa hai giọt nước là 25 m. Lấy g = 10 m/s2. a) Tính độ cao hai giọt nước rơi. b) Giọt nước thứ hai rơi trễ hơn giọt nước thứ nhất bao nhiêu? Câu 2:(2 điểm): Ba vật có khối lượng như nhau m = 5kg m3 m2 m1 được nối với nhau bằng các sợi dây không giãn, khối lượng F không đáng kể trên mặt bàn ngang ( Hình 1) .Biết dây chỉ Hình 1 chịu được lực căng tối đa là T 0=20N. Hệ số ma sát giữa bàn và các vật 1, 2, 3 lần lượt là 1 =0,3; 2 =0,2;3 = 0,1. Người ta kéo vật với lực F nằm ngang như 2 hình vẽ. Lấy g=10m/s . a. Tính gia tốc mỗi vật và lực căng các dây nối nếu F=31,5N. b. Tăng dần độ lớn của lực F, hỏi F min bằng bao nhiêu để một trong hai dây bị đứt? Câu 3 (2,0 điểm): Cho một lò xo có độ cứng K = 100N/m một đầu gắn cố định, một đầu gắn vật có khối lượng m = 100g rồi đặt cả hệ trên mặt phẳng ngang, trơn, nhẵn ( có thể bỏ qua ma sát). Lúc đầu kéo vật ra cách vị trí cân bằng 5cm rồi buông nhẹ. a. Tính cơ năng của hệ và vận tốc cực đại của vật đạt được trong quá trình chuyển động. b. Khi vật có thế năng bằng động năng, tính vận tốc của vật. Câu 4. (2,0 điểm) : Một xilanh kín chia làm hai phần bằng nhau bởi một pitong cách nhiệt. Mỗi phần có chiều dài 25 cm chứa một lượng khí giống nhau cùng ở 17 0C. Nung nóng một phần lên thêm 120C và phần kia làm lạnh để nhiệt độ giảm bớt 150C. Xác định khoảng dịch chuyển của pittong khi nó cân bằng. Câu 5 (2,0 điểm): Cho biết: điện thế do một điện tích điểm q gây ra tại điểm M cách q một khoảng r 9 2 2 trong chân không là VM = k.q/r, với k = 9.10 N.m /C ; khối lượng và điện tích của êlectron lần lượt là 9,1.10 − 31 kg và − 1,6.10 − 19 C; điện tích của prôtôn là + 1,6.10 − 19 C; 1 eV = 1,6.10− 19 J. a. Với nguyên tử hiđrô ở trạng thái cơ bản, êlectron chuyển động tròn đều quanh hạt nhân đứng − 11 yên, với bán kính quỹ đạo là a o = 5,29.10 m. Tính lực điện mà hạt nhân hút êlectron và tốc độ của êlectron? b. Hai êlectron, ban đầu, ở cách nhau một khoảng rất lớn và chạy đến gặp M N nhau với vận tốc tương đối có độ lớn v o = 500 m/s. Tìm khoảng cách nhỏ R1 C nhất a mà các êlectron có thể đến gần nhau. Chỉ xét tương tác điện giữa các K2 êlectron. R2 Câu 6(2 điểm): Cho mạch điện như hình vẽ: C = 2F; R 1 = 18Ω; R 2 = 20Ω; nguồn điện có suất điện động E = 2V và điện trở trong không đáng kể. R3 E Ban đầu các khóa K1 và K2 đều mở. Bỏ qua điện trở các khóa và dây nối. K1
2. a. Đóng khóa K 1 (K2 vẫn mở), tính năng lượng của tụ điện và nhiệt lượng tỏa ra trên R1 đến khi điện tích trên tụ điện đã ổn định. b. Với R3 = 30. Khóa K1 vẫn đóng, đóng tiếp K 2, tính điện lượng chuyển qua điểm M đến khi dòng điện trong mạch đã ổn định. Câu 7:( 2 điểm) Một thanh AB cứng, đồng chất, tiết diện đều có trọng C lượng P1=1N, đầu A tựa vào tường thẳng đứng, đầu B được giữ bởi một sợi dây BC nhẹ không dãn gắn cố định trên tường tại C. Thanh AB hợp với phương ngang và phương sợi dây BC với cùng một góc 30 0. Sợi dây và thanh cùng nằm trong mặt phẳng thẳng đứng. Treo lên thanh AB một vật nhỏ có trọng lượng P 2 tại điểm D, với AD = x.AB (Hình 2). Hệ số ma sát A trượt giữa thanh và tường là  = 0,6. D B a. Khi x = 1/4, P2 = 0,01N (Thanh vẫn nằm cân bằng ở vị trí như trên). Tính độ lớn của lực căng dây BC. P2 Hình 2 b. Xác định giá trị của x để P 2 dù lớn đến mấy đầu A cũng không trượt (giả thiết dây không đứt hoặc bật chốt ở C và B, thanh đủ cứng). Câu 8 (2 điểm): Một vật nhỏ có khối lượng m = 0,1 kg được treo vào một đầu sợi dây nhẹ không dãn dài l = 0,5m, đầu còn lại của sợi dây được buộc chặt vào điểm cố định O. Bỏ qua sức cản của không khí và lấy gia tốc rơi tự do g = 10 m/s 2. Ban đầu vật nằm yên tại vị trí dây treo có phương thẳng đứng. Hỏi phải truyền cho vật một vận tốc ban đầu v 0 bằng bao nhiêu để vật chuyển động trên một quỹ đạo tròn tâm O. Câu 9 (2 điểm): Vật m 1 = 400 g chuyển động với vận tốc v0 đến va chạm tuyệt đối đàn hồi với vật m m2 = 600g đang nằm yên tại đó. Sau va chạm, m1 và m2 có vận tốc v , v , v0 = 10 . 1 2 s a. Biết rằng sau va chạm vật m1 và m2 chuyển động theo hai hướng hợp với phương chuyển động 0 0 ban đầu của m1 lận lượt 30 và 45 . Tính v1 và v2. b. Biết góc lệch giữa hai phương chuyển động của hai vật sau va chạm bằng 135 0. Tính vận tốc lớn nhất của v1 và v2 tương ứng. Câu 10:( 2 điểm): Có hai vôn kế (V 1) và (V2) khác nhau, một nguồn điện một chiều (có điện trở trong) và một số dây dẫn có điện trở không đáng kể. Bằng các dụng cụ trên, hãy xác định suất điện động của nguồn điện một chiều với hai lần mắc mạch điện. HẾT ( Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm )
3. SỞ GD&ĐT THANH HÓA HDC THI CHỌN ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI LẦN 1 TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN 5 NĂM HỌC 2019 – 2020 MÔN: VẬT LÝ Thời gian: 180 phút Ngày thi: 30/09/2019 Câu Nội dung Điể m Câu 1 1 0,25 a) Sau t giây vật rơi xuống đến đất: h gt 2 (2 điểm) 1 2 0,25 1 Quãng đường vật rơi được sau (t-1) giây là: h g(t 1)2 2 2 0.5 Ta có: h h' 45 t 5s;h 125m b) Khi khoảng cách giữa hai giọt nước là 25 m: 0,5 1 1 h' h' gt'2 g t' t 2 25 1 2 2 2 0,5 t 1 s a) Định luật II Newton cho các vật; P N T F ma Vật 1: 1 1 1 ms1 1 (1) F T1 Fms1 ma F T1 1mg ma , ' Vật 2: P2 N2 T1 T2 Fms2 ma2 T1 T2 2mg ma (2) 0,25 Vật 3: ' P3 N3 T2 Fms3 ma3 T2 3mg ma (3) . 0,25 F 1 Từ 1,2,3 a (1 2 3 )g Câu 2 3m 3 ( 2điểm) 0,25 Do F  3  2 a 2 g 0,1m / s2 1 3; 2 3 3m 3 . 0,25 Lực căng dây: 2F T F  mg ma  mg 16N 1 1 3 3 0,5 F T  mg ma  mg 5,5N 2 3 3 3
4. b) Thấy T1 >T2 nên nếu đứt thì dây nối giữa vật 1 và 2 sẽ đứt trước. Dây sẽ bị 0,5 đứt khi ta có: 2F T  mg T 1 3 3 0 3 F (T  mg) 37,5N 2 0 3 Vậy lực kéo F nhỏ nhất để dây đứt là 37,5N 3 a, W = k. A2/ 2 = 0,125J 0,5 2 Ta có: W = mv max /2 => vmax = 1,58m/s 0,5 2 b, Khi Wđ = Wt = > W = 2Wđ = mv => v = 1,12m/s 1,0 4 (2,0đ) Giả sử phần 1 nung nóng, phần 2 làm lạnh nên pittong dịch sang phải như 0,25 hình vẽ đ Phương trình trạng thái khí lý tưởng cho khí ở phần 1: 0,5 P0V0 P1V1 P0V0 273 17 12 đ P1 . T0 T1 T0 S.(25 x) Phương trình trạng thái khí lý tưởng cho khí ở phần 2: 0,5 P0V0 P2V2 P0V0 273 17 15 đ P2 . T0 T2 T0 S.(25 x) Vì khi khi cân bằng áp suất khí hai bên phải bằng nhau: 0,5 P0V0 273 17 12 P0V0 273 17 15 đ P1 P2 . . T0 S.(25 x) T0 S.(25 x) x 1,1698cm 0,25 đ 2 9 2 2 -8 5 a, Fđ = k.|q1.q2|/r = 9.10 .e /(ao) = 8,2.10 N 0,25
5. 2 9 2 2 Fht = me.v /ao = Fđ = 9.10 .e /(ao) 0,25 1/2 6 v = (Fđ.ao/me) = 2,19.10 m/s 0,5 b,Hệ hai êlectron là hệ kín, vận tốc khối tâm vG không đổi. 0,25 Trong hệ qui chiếu gắn với khối tâm (HQC quán tính), khối tâm G đứng yên vG = 0 => tổng động lượng của hệ bằng 0 => vận tốc của hai êlectron có cùng độ 0,25 lớn, cùng giá, ngược chiều. Ban đầu, tốc độ đó là v o/2, các êlectron ở rất xa nhau Wt = 0 Khi khoảng cách giữa hai vật đạt giá trị nhỏ nhất, vận tốc hai êlectron bằng 0 0,5 2 2 Toàn bộ động năng chuyển hóa thành thế năng => 2.m(vo/2) /2 = k.e /a 2 2 -3 => a = 4k.e /[m.(vo) ] = 4,05.10 m = 4,05 mm Sau khi đóng K1 Điện tích trên tụ điện q = CE = 2.2 = 4C = 4.10-6C 0,25 Năng lượng điện trường trong tụ điện W = 1 a CE 2 = 4.10 - 6 J 0,25 2 0,25 Trong thời gian tích điện cho tụ, nguồn thực hiện công 0,25 -6 -6 Ang = qE = 4.10 .2 = 8.10 J -6 Nhiệt lượng tỏa ra trên R1: Q1 = Ang – W = 4.10 J 6 Sau khi đóng K2 (2 điểm) E 1 Cường độ dòng điện qua mạch I = = A R2 R3 15 R1 + 0,25 R2 + R3 0,25 R R U = I.2 3 = 0,8 V b MN R2 + R3 0,25 Điện tích của tụ điện khi đó q’ = CUMN = 2.0,8 = 1,6 C Điện lượng chuyển qua điểm M q = q’ – q = -2,4 C Dấu trừ cho biết điện tích dương trên bản nối với M giảm, 0,25 các e chạy vào bản tụ đó. a. Quy tắc mômen đối với trục quay qua A: C 0 0 0 Tcos60 .AB = P1. cos30 + P2x.AB.cos30 0,25 Fms A N 7 D T hay T = + xP2 3 B P1 P2 . 0,25
6. Thay x = 1/4, P2 = 0,01 ta được T = 0,87N 0,25 b. Điều kiện cân bằng tổng quát: Tổng các lực tác dụng lên vật bằng véc tơ không N = Tcos600 = 0,25 0 Fms + Tsin60 = P1 + P2 F ms = 1+ P2 - 0,25 . Fms = 1 + P2 - 0,75 - 1,5xP2 Và N = 0,15 3 + 0,3xP2 3 0,25 Điều kiện để đầu A không trượt là Fms = 0,495 - Chọn gốc tính thế năng là vị trí thấp nhất của vật - Vật sẽ chuyển động trên quỹ đạo tròn nếu còn tồn tại lực 0,5 căng dây tại điểm cao nhất của quỹ đạo: . 0,5 v2 v2 C T P ma T P ma m c T m c P 0 ht l l 8 T 0,5 P Theo định luật bảo toàn cơ năn 1 1 1 1 mv2 mv2 mg2l mv2 mv2 2mgl 2 0 2 c 2 c 2 0 0,5 =>
7. 1 mv2 2mgl P 0 v 2g 4gl 40m / s 2 0 0 a. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: 0,25 9 đ m1v1 m2v2 m1v0 Chiếu lên phương v0 ta được 0,25 đ m1cos 1.v1 m2cos 2.v 2 m1v0 m1sin 1.v1 m2sin 2.v 2 0 m 0,25 Giải hệ ta được: v1 = 292,82 . s đ m 0,25 v2 = 138,4 . s đ b. Vì hệ là kín nên động lượng được bảo toàn : 0,25 đ m1v1 m2v2 m1v0 2 2 2 suy ra (m1v1) (m2v2 ) 2(m1v1)(m2v2 ) (m1v0 ) 2 2 2 0,25 (m1v1cosφ m2v2 ) (m1v1sinφ) (m1v0 ) đ v m 0,25 v 0 461,88 ; 1max sinφ s đ m v m 0,25 v 1 0 153,96 . 2 m tanφ s đ 2 Câu 10 - Lần 1 mắc hai vôn kế nối tiếp vào nguồn: V1 I’ , r 0,25 E U1 U2 Ir (1) 10 - Lần 2: ' ' E U1 I r (2) 0,25 - R1 là điện trở của vôn kế (V1):
8. V1 V2 I , r 0,25 ' ' U1 U1 ' U1 R1 ' I I I I U1 (3) 0,25 U' Từ (2) và (3) E U' I 1 r 1 U 1 0,25 (4) ' ' U Từ (1) và (4) U1 U2 Ir U1 rI U1 (5) ' ' 0,25 U ' U1 U1 ' rI 1 U1 U1 U2 Ir U1 U1 U2 U1 U1 (6) 0,5 Thay (6) vào (5) ta có: ' ' U1(U1 U1 U2 ) U1U2 E U1 U2 ' E ' U1 U1 U1 U1