Đề thi chọn học sinh giỏi cấp trường môn Vật lí Lớp 11 - Năm học 2013-2014 - Trường THPT Yên Định 2 (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi cấp trường môn Vật lí Lớp 11 - Năm học 2013-2014 - Trường THPT Yên Định 2 (Có đáp án)

1. SỞ GD VÀ ĐT THANH HĨA KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 2 Năm học: 2013 – 2014 Mơn thi: Vật Lý, Lớp 11 THPT ĐỀ CHÍNH THỨC Thời gian: 180 phút (khơng kể thời gian giao đề) Ngày thi : 30/03/2014 Bài 1(4 điểm): Một e di chuyển một đoạn 0,6 cm từ điểm M đến điểm N dọc theo một đường sức điện của 1 điện trường đều thì lực điện sinh cơng 9,6.10-18J 1) Tính cường độ điện trường E 2) Tính cơng mà lực điện sinh ra khi e di chuyển tiếp 0,4 cm từ điểm N đến điểm P theo phương và chiều nĩi trên? 3) Tính hiệu điện thế U ; U MN NP E, r R 4) Tính vận tốc của e khi nĩ tới P. Biết vận tốc của e tại M bằng 3 khơng. C1 M K Bài 2 (4điểm): Cho mạch điện như hình vẽ: E = 6V, A B r = R3 = 0,5 , R1= 3 , R2 = 2 , C1 = C2 = 0,2  F, độ lớn điện C -19 2 tích electron e = 1,6.10 C. Bỏ qua điện trở các dây nối. R R 1) Tìm số electron dịch chuyển qua khĩa K và chiều dịch chuyển của 1 2 chúng khi khĩa K từ mở chuyển sang đĩng? N Hình cho bài 2 2) Thay khĩa K bằng tụ C3 = 0,4  F. Tìm điện tích trên tụ C3 trong các trường hợp sau: a) Thay tụ C3 khi K đang mở. b) Thay tụ C3 khi K đang đĩng Bài 3 (3 điểm): Một nguồn điện cĩ E = 12V, r = 4 , để thắp sáng bĩng đèn (6V – 6W). 1) Chứng minh đèn sáng khơng bình thường. 2) Phải mắc thêm R x vào mạch như thế nào để đèn sáng bình thường. Tìm R x và cơng suất tỏa nhiệt trên Rx trong mỗi trường hợp tương ứng. Bài 4 (2điểm): Một lăng kính thuỷ tinh cĩ tiết diện thẳng là một tam giác ABC cân tại A. Một tia sáng đơn sắc đến AB theo phương vuơng gĩc với nĩ sau hai lần phản xạ tồn phần trên hai mặt AC, AB thì lĩ ra ngồi theo phương vuơng gĩc với BC. Tính gĩc chiết quang A. Tìm điều kiện đối với chiết suất của lăng kính. Bài 5 (3điểm): 1) Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách nhau 32 (cm) trong khơng khí, cường độ dịng điện chạy trên dây 1 là I1 = 5 (A), cường độ dịng điện chạy trên dây 2 là I 2. Điểm M nằm trong mặt phẳng 2 dịng điện, ngồi khoảng 2 dịng điện và cách dịng I2 8 (cm). Xác định độ lớn và chiều của dịng điện I 2 để cảm ứng từ tại M bằng khơng? 2) Một chùm hẹp các electron chuyển động với tốc độ v 4.105 m / s bay vào một từ trường đều theo theo hướng hợp với phương của đường cảm ứng từ một gĩc 3 .0 Biết0 độ lớn cảm ứng từ của từ trường là B 10 4 T . Bỏ qua tương tác giữa các electron. Tìm bán kính cực đại của các electron trong từ trường và thời gian để electron chuyển động hết 1 vịng trịn Bài 6 (2điểm): Cĩ 24 pin giống nhau, mỗi pin cĩ suất điện động 1,5 V, điện trở trong 1 , được mắc hỗn hợp thành một bộ nguồn gồm x nhánh song song, mỗi nhánh cĩ y nguồn nối tiếp. Bộ nguồn thu được dùng để thắp sáng bình thường cho một mạng gồm 5 bĩng đèn giống nhau loại 3V-1,5W mắc nối tiếp. 1) Tìm cường độ dịng điện định mức của đèn, điện trở của mỗi đèn , điện trở của bộ đèn và hiệu điện thế đặt vào bộ đèn. 2) Xác định sơ đồ mắc bộ nguồn nĩi trên và vẽ sơ đồ cách mắc. Bài 7 (2điểm): Cho một tụ điện cĩ điện dung C1 = 0,5 F được tích điện đến hiệu điện thế U1=90V rồi ngắt khỏi nguồn. Sau đĩ lấy một tụ điện khác cĩ điện dung C2 = 0,4 F chưa tích điện ghép song song với tụ C1 đã tích điện như trên thì chúng phát ra tia lửa điện. Tính năng lượng của tia lửa điện này. ===HẾT=== (Cán bộ coi thi khơng giải thích gì thêm)
2. SỞ GD VÀ ĐT THANH HĨA KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 2 Năm học: 2013 – 2014 Mơn thi: Vật Lý, Lớp 11 THPT ĐỀ CHÍNH THỨC Thời gian: 180 phút (khơng kể thời gian giao đề) Ngày thi : 30/03/2014 HƯỚNG DẪN CHẤM Câu Ý Nội dung Điểm ' ' ' ' Ta cĩ: AMN =q.E.M N vì AMN > 0; q 0 nên M N M ' N ' =- 0,006 m 1 1,0 A 9,6.10 18 Cường độ điện trường: E MN 104 (V / m) q.M ' N ' 1,6.10 19 . 0,006 2 ' ' ' ' -19 4 -18 1,0 1 Cĩ N P = -0,004m => ANP= q.E.N P = (-1,6.10 ).10 .(-0,004) = 6,4.10 J A 9,6.10-18 A 6,4.10-18 3 Hiệu điện thế: U MN 60(V ); U NP 40(V ) 1,0 MN q -1,6.10-19 NP q -1,6.10-19 -18 Áp dụng định lý động năng: AMP = WđP – WđN => WđP = AMN +ANP = 16.10 J 2W 2.16.10 18 4 v dP 5,929994533.106 (m / s) 1,0 m 9,1.10 31 Cường độ dịng điện trong mạch chính khi K đĩng hay K mở là: E 6 I 1(A) 0,5 R1 R2 R3 r 3 2 0,5 0,5 Khi K mở : C1 nối tiếp với C2 nên điện tích của hệ các bản tụ nối với M: qM = 0 Dấu điện tích của các bản tụ như hình vẽ. . E, r R3 E, r R3 C1 C1 + - M K B + - M K A A B 0,5 1 + - - - C - C2 + 2 R R R1 R2 1 2 N N 2 Khi K đĩng: dấu điện tích trên các bản tụ như hình q1 C1U AM C1U AB C1.I.(R1 R2 ) 1(C) 0,5 , q2 C2U NM C2U NB C2.I.R2 0,4(C) ; qM q1 q2 1,4(C) 1,4.10 6 Các electron di chuyển từ B K M ; +Số hạt n 8,75.1012 (hạt) 0,5 e 1,6.10 19 Thay tụ C khi K mở, K đĩng: 3 E, r Gọi điện tích của các tụ lúc này là: R3 q1M ,q2M ,q3M và cĩ dấu như hình vẽ C C1 M 3 2 A + - + - B 0,5 - - C2 + R1 R2 N
3. q2M q2M Ta cĩ: + U MN (1) C2 0,2 q1M q1M + U MN U MA U AN I.R1 3 (2) C1 0,2 0,5 q3M q3M + U MN U MB U BN I.R2 2 (3) C3 0,4 Từ (1), (2), (3) ta được: q1M q2M q3M 0,8U MN 0,2 (4) a) Khi K mở, thay tụ C3 thì : q q q 0 U 0,25(V ) 1M 2M 3M MN 0,5 Do đĩ q3M 0,7C b) Khi K đĩng, thay tụ C3 thì: q1M q2M q3M 1,4 U MN 2(V ) 0,5 Do đĩ UMB = 0 (V), q3M 0 2 Pđ Uđ Cường độ định mức của đèn: Iđ = 1A. - Điện trở của đèn là: Rđ 6 Uđ Pđ 1 E 1,0 - Cường độ dịng điện thức tế qua đèn là: I 1,2A. Rđ r Vậy: I > Iđ nên đèn sáng khơng bình thường. Cĩ 2 cách mắc: E 3 * Khi Rx mắc nối tiếp vào mạch Ta cĩ: I = Iđ 1A Rx 2 1,0 Rđ Rx r - Cơng suất trên Rx là: Px = I2.Rx = 2W. 2 * Khi Rx mắc song song vào mạch Ta cĩ: để đèn sáng bình thường thì Uđ = U = 6V E U - Cường độ dịng điện qua mạch chính là: I = 1,5A I x 1,5 1 0,5A. r 1,0 U 2 2 Khi đĩ: Rx = 12 .Cơng suất trên Rx là: Px = Ix . Rx = 0,5 .12 = 3W. I x + Tia tới SI  AB tới AC, dưới gĩc tới i A (xem hình). + áp dụng định luật phản xạcho J, K.     B 2A SJK 2A JKn' SJK 2A   B C 1,0  180 A B 2A A 360 2 0   B C 72 4 B C  + Để xảy ra phản xạ tồn phần tại J thì A i . gh 0,5 + Để xảy ra phản xạ tồn phần tại K thì 2A igh + Để xảy ra phản xạ tồn phần tại J, K thì chỉ cần 1 0,5 A i sin A sini sin360 n 1,7 gh gh n
4. 7 I1 - Cảm ứng từ do dịng điện I1 gây ra tại điểm M cĩ độ lớn B1 2.10 . r1 0,5 7 I2 1 - Cảm ứng từ do dịng điện I2 gây ra tại điểm M cĩ độ lớn B2 2.10 . r2 - Để cảm ứng từ tại M là B = 0 thì hai vectơ B1 và B2phải cùng phương, ngược chiều, cùng độ 0,5 lớn. Từ đĩ ta tính được cường độ I2 = 1 (A) và ngược chiều với I1 vt v0 cos phân tích: v v v v // B, v  B 0,5 5 0 t n t n vn v0 sin Thành phần vn gây ra chuyển động trịn, Lực Loren tác dụng lên electron (cĩ độ lớn mv 0,5 F ev B ) đĩng vai trị là lực hướng tâm (cĩ độ lớn F n ), 2 L n ht R mv 2 mv mv sin Tức là: ev B n R n 0 . 0,5 n R eB eB    R Thời gian cần thiết để electron chuyển động hết 1 vịng trịn là: T  vn v sin 0,5 R *Dịng điện định mức: Iđ = Pđ/Uđ = 1,5/3 = 0,5A 1 *Điện trở của mỗi đèn: Rđ = Uđ/Iđ = 3/0,5 = 6 . 1,0 *Điện trở của bộ bĩng đèn: R = 5: Rđ = 5.6=30  *Hiệu điện thế đặt vào bộ đèn: U=5 Uđ = 5.3 =15V * Gọi x là số dãy mắc song song, y là số nguồn mắc nối tiếp trong mỗi dãy.(x,y nguyên dương) Ta cĩ: xy =24 (1) * Định luật ơm tồn mạch cho : eb = U +Irb. Hay: ye = 15 + yr/2x 1,5y =15 +y/2x (2) 0,5 * Giải (1) và (2) và loại nghiệm âm :x =2; y = 12 :cĩ 2 dãy song song,mỗi dãy cĩ 12 nguồn nối 6 tiếp. 2 Vẽ sơ đồ: 0,5 -6 -6 * Điện tích hệ trước khi ghép : Q = Q1 = C1U1 = 0,5.10 .90 = 45.10 (C) .(Q2 = 0) -6 * Q1’ và Q2’ là điện tích 2 tụ sau khi ghép : Q1 + Q2 = Q1’+ Q2’ = Q = 45.10 (C) -6 0,5 (C1 + C2)U’ = 45.10 U’ = 50(V) 2 Q 6 7 *Năng lượng tụ C1 trước khi ghép: W1 2025.10 (J ) 0,5 2C1 *Năng lượng bộ tụ ghép: 2 2 2 -6 0,5 W2 = W1’ + W2’ =1/2C1U’ +1/2C2U’ = 1/2 U’ (C1 + C2) = 1125.10 (J) *Năng lượng tia lửa điện chính là năng lượng mất mát khi ghép: 3 0,5 W W1 W2 0,9.10 (J ) (Học sinh giải bằng cách khác mà đúng vẫn được điểm tối đa)