Đề thi chọn học sinh giỏi cấp trường môn Vật lí Lớp 11 - Năm học 2014-2015 - 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 2014-2015 - Trường THPT Yên Định 2 (Có đáp án)

1. SỞ GD&ĐT THANH HOÁ KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 2 Năm học 2014 - 2015 Môn thi: VẬT LÝ Lớp 11 THPT Số báo danh Ngày thi: 05 tháng 04 năm 2015 Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Đề thi có 06 câu, gồm 01 trang === Bài 1 (4,0 điểm): Một tụ điện phẳng có điện môi không khí; khoảng cách giữa 2 bản là d = 0,5 cm; diện tích một bản là 36 cm2. Mắc tụ vào nguồn điện có hiệu điện thế U=100 V. a) Tính điện dung của tụ điện và điện tích tích trên tụ. b) Tính năng lượng điện trường trong tụ điện. c) Nếu người ta ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi nhúng nó chìm hẳn vào một điện môi lỏng có hằng số điện môi ε = 2. Tìm điện dung của tụ và hiệu điện thế của tụ. d) Nếu người ta không ngắt tụ khỏi nguồn và đưa tụ vào điện môi lỏng như ở phần 3. Tính điện tích và hiệu điện thế giữa 2 bản tụ R R Bài 2 (4,0 điểm): Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ (hình bài 2). Cho biết: 1 C 3 R1= 16Ω ; R2 = R3 = 24Ω, R4 là một biến trở. Bỏ qua điện trở của các dây nối. Đặt vào hai đầu A, B của mạch điện một điện áp UAB = 48V. A R2 R4 B 1) Mắc vào hai điểm C, D của mạch một vôn kế có điện trở rất lớn. D a) Điều chỉnh biến trở để R4 = 20Ω. Tìm số chỉ vôn kế. Cho biết cực dương của vôn kế phải mắc vào điểm nào? Hình bài 2 b) Điều chỉnh biến trở cho đến khi vôn kế chỉ số 0. Tìm hệ thức giữa các điện trở R 1, R2, R3, R4 khi đó và tính R4. 2) Thay vôn kế bằng ampe kế có điện trở R A= 12Ω. Điều chỉnh biến trở để R 4 = 24Ω. Tìm điện trở tương đương của mạch AB, cường độ dòng điện qua các điện trở và số chỉ của ampe kế. Chỉ rõ chiều của các dòng điện. 31 6 Bài 3 (4 điểm): Một electron khối lượng me 9,1.10 kg chuyển động với tốc độ 2.10 m/s 1) Cho e chuyển động vào trong điện trường dọc theo đường sức từ M đến N. Tính tốc độ của e tại N nếu a) UMN = -20V b) UMN = 20V 2) Cho electron chuyển động vào từ trường đều cảm ứng từ B=10- 4 T theo phương vuông góc với các đường sức. Xác định quỹ đạo chuyển động của electron trong từ trường và tìm đại lượng đặc trưng cho quỹ đạo đó Bài 4 (2 điểm): Một bóng đèn có điện trở R0 2 làm việc bình thường với hiệu điện thế U0 4,5V , hiệu điện thế trên bóng đèn lấy ra từ nguồn điện không đổi có U=6V qua biến trở trượt như hình vẽ a) Tìm điều kiện để có hiệu suất lớn nhất và tính hiệu suất lớn nhất đó b) Nếu hiệu suất không nhỏ hơn 0,6 thì trị số của biến trở là bao nhiêu và dòng điện tối đa qua đó là bao nhiêu? Bài 5 (4 điểm): Một tia sáng SI truyền trong không khí tới đi là là trên mặt bên AB của một lăng kính có 0 0 góc chiết quang A 60 , khi đó tia ló khỏi mặt AC với góc ló i2 21,4 . 1) Xác định chiết suất của lăng kính. 2) Người ta giữ cho tia tới cố định và quay lăng kính ngược chiều kim đồng hồ quanh cạnh A một góc bằng bao nhiêu để: a) Góc lệch cực tiểu. b) Bắt đầu có phản xạ toàn phần trên mặt AC. Bài 6 ( 2 điểm): Hai quả cầu cùng khối lượng m, tích điện giống nhau q, được nối với nhau bằng lò xo nhẹ cách điện, độ cứng K, chiều dài tự nhiên l0. Một sợi chỉ mảnh, nhẹ, cách điện, không dãn, có chiều dài 2L, mỗi đầu sợi chỉ được gắn với 1 quả cầu. Cho điểm giữa (trung điểm) của sợi chỉ chuyển động thẳng đứng lên với gia tốc a (a = 0,5g ) thì lò xo có chiều dài l với (l0 < l < 2L). Tính q. ===HẾT=== Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm 1
2. SỞ GD&ĐT THANH HOÁ KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 2 Năm học 2014 - 2015 Môn thi: VẬT LÝ Lớp 11 THPT Ngày thi: 05 tháng 04 năm 2015 HƯỚNG DẪN CHẤM Câu Nội dung Điểm .S 36.10 4 10 2 a) Điện dung của tụ điện: C (F) 9.109.4 .d 9.109.4 .0,005 5. 1,0 10 2 1 Điện tích tích trên tụ: Q C.U .100 (C) 5. 5. 1 1 10 2 10 b) Năng lượng điện trường: W CU 2 .104 (J ) 1,0 Câu 1 2 2 5. 4,0 2.10 2 c) Khi nhúng tụ vào trong dung môi có ε = 2 C’ = 2C = (F) điểm 5. Khi ngắt tụ ra khỏi nguồn tụ điện trở thành hệ cô lập điện tích của tụ không thay đổi: 1,0 C U => Q’ = Q => C’U’ = CU => U ' U 50(V ) C ' 2 d) Khi không ngắt tụ ra khỏi nguồn hiệu điện thế 2 bản tụ không thay đổi: Q ' Q C ' 2 1,0 => U’ = U = 100V=> Q ' Q 2Q (C) C ' C C 5. 1) Số chỉ vôn kế, cách mắc vôn kế (1,50 điểm) Nếu hai điểm C, D được mắc vôn kế có điện trở rất lớn: a) Điều chỉnh biến trở để R4 = 20Ω. U AB 48 Dòng điện qua R1 và R3: I13 1,2A UAC = I13.R1 = 1,2.16 = 19,2V 0,5 R1 R3 16 24 U AB 48 Dòng điện qua R2 và R4: I24 1,09A R2 R4 24 20 Ta có U = I .R = 1,09.24 ≈ 26,2V. AD 24 2 0,5 Vôn kế chỉ: UDC = UAD – UAC = 26,2 – 19,2 = 7V. Cực dương phải mắc vào điểm D. b) Điều chỉnh biến trở để vôn kế chỉ 0 nên: UDC = 0 Vậy: UAD = UAC I24.R2 I13.R1 U U R R R R 24.24 0,5 Hay: AB R AB R 4 3 ; R 2 3 36 R R 2 R R 1 R R 4 R 16 Câu 2 2 4 1 3 2 1 1 4,0 2) Điện trở tương đương, số chỉ của ampe kế, giá trị các cường độ dòng điện, chiều dòng điểm điện (2,50 điểm) Khi thay vôn kế bởi ampe kế có R A = 12Ω và cho R4 = 24Ω, ta có mạch cầu không cân bằng. Thay mạch trên bằng sơ đồ mạch tương đương khi sử dụng chuyển mạch tam giác R1, R2, RA thành mạch sao - Điện trở RAO, RCO, RDO lần lượt là: R R 16.24 R R3 1 2 CO C 0,5 RAO 7,3846 RAO R1 R2 RA 16 24 12 A O RDO R4 B R1RA 16.12 B RCO 3,6923 D B R1 R2 RA 16 24 12 RAR2 12.24 RDO 5,5385 R1 R2 RA 16 24 12 Điện trở: R = R + R = 3,6923Ω + 24Ω = 27,6923Ω OCB CO 3 0,25 RODB = RDO + R4 = 5,5385Ω + 24Ω = 29,5385Ω 2
3. ROCB .RODB 27,6923.29,5385 Điện trở đoạn OB là: ROB 14,2928 ROCB RODB 27,6923+29,5385 0,25 Vậy điện trở toàn mạch: R = RAO + ROB = 7,3846Ω + 14,2928Ω = 21,6774Ω U 48 - Dòng qua mạch chính: I AB 2,214A R 21,6774 0,5 UOB I.ROB 31,644 Cường độ dòng điện qua R3: I3 1,1427A ROCB ROCB 27,6923 + Dòng qua R4 : I4 = I – I3 = 2,214 – 1,1427 = 1,0713A. Ta lại có: U = I.R = 2,214.7,3846 = 16,3495V AO AO 0,25 UOC = I3. RCO = 1,1427.3,6923 = 4,2192V Vậy: UAC = UAO + UOC = 16,3495V + 4,2192V = 20,5687V U AC 20,5687 + Dòng qua R1: I1 1,2855A 0,25 R1 16 + Dòng qua R : I = I – I = 2,214 – 1,2855 = 0,9285A 2 2 1 0,5 + Dòng qua ampe kế: IA = I1 – I3 = 1,2855 - 1,1427 = 0,1428A và có chiều từ C đến D. 1 1 1) Khi điện tích chuyển động từ M đến N ta có W =W A m v2 m v2 q U N M MN 2 e N 2 e M e MN 1,0 2 2qe.U MN Vậy vN vM me a) Khi U = -20V ta được v 3321591(m / s) Câu 3 MN N 0,5 4,0 b) Khi UMN = 20V electron không đến được N 0,5 điểm 2) Khi electron chuyển động vào trong từ trường thì chịu tác dụng của lực Lorentz, Lực Loren tác dụng lên electron phương luôn luôn vuông góc với phương của vận tốc, vì 1,0 vậy electron chuyển động tròn đều với bán kính quỹ đạo R. + Lực Loren tác dụng lên electron (có độ lớn FL e.vB ) đóng vai trò là lực hướng tâm (có 2 mv mv mv 1,0 độ lớn F  ), tức là ev B 0 R 0 = 0,34125m=34,125cm ht R 0 R eB a) Gọi I0 và I lần lượt là cường độ dòng điện định mức của đèn và P U I U 2 cường độ dòng điện mạch chính. Hiệu suất H 0 0 0 0 P UI R0UI Do U0, R0 và U cố định nên hiệu suất tỉ lệ nghịch với cường độ d. điện 0,5 Hiệu suất Hmax khi cường độ dòng điện Imin=I0 U H 0 0,75 75% max U Giả sử biến trở chia thành hai phần R1, R2 như hình vẽ, muốn I=I0 thì R2 , việc này có Câu 4 U U 2 0,5 thể thực hiện được bằng cách ngắt mối nối tại A, khi đó R 0 R  2,0 1 U 0 3 điểm 0 b) Để đèn làm việc bình thường cần có R1 U U0 1 R0 R2 6R1 2 0,5 R02 3R1 R2 Do R2 0 R1  R02 U0 3 R0 R2 2 3R1 3 U 2 U 2 4,52 45 Do hiệu suất không thấp hơn 0,6 nên 0 0,6 I 0 (A) R0UI 0,6R0U 0,6.6.2 12 U U0 8 0,5 Mà I R1  R2 8() R1 15 3
4. 1) Sử dụng công thức về lăng kính: 0 2 sin90 1 2 n 1 sini1 n sin r1 sin r1 cos r1 1 sin r1 n n n sin 21,40 0,36488 sini2 n sin r2 sin r2 1,0 n n A r r r A r sin r sin A r sin r sin A.cos r cos A.sin r 1 2 2 1 2 1 2 1 1 2 0,36488 0 n 1 0 1 2 1,72976 sin60 . cos 60 . n 1 n 1,4137 2 n n n 3 2) Khi lăng kính quay. a) Góc lệch cực tiểu tính theo công thức: D A A D A 600 sin min nsin sin min 2 sin Câu 5 2 2 2 2 . 4,0 D A D A 0,5 sin min sin 450 min 450 điểm 2 2 + Góc lệch cực tiểu khi góc tới bằng góc ló i2 i1 : D A D i i A i min 450 0,5 min 1 2 1 2 0 0 + Mà ban đầu i1 90 nên phải quay lăng kính một góc 45 . 0,5 b) Khi bắt đầu có phản xạ toàn phần trên mặt AC tức là, góc tới mặt AC r2 bằng góc giới 1 1 0 hạn phản xạ toàn phần: r2 igh sin r2 sinigh sin r2 sin r2 r2 45 0,5 n 2 0 r1 A r2 15 0 0 + Mà sini1 n sin r1 sini1 2 sin15 i1 21,5 . 0,5 + Vậy, phải quay lăng kính đi một góc: 900 21,50 68,50 0,5 y - Trong hệ quy chiếu phi quán tính gắn với quả cầu, a hệ cân bằng. x - Lò xo dãn nên lực đàn hồi hướng vào trong lò xo. O       L - Điều kiện cân bằng: P F® +F®h +T+Fqt = 0 T 0,5   F® F®h - Chiếu lên xOy: Ox : F F T sin 0 q l, q ® ®h F® K(l - l0 ) T sin  Câu 6 Fqt k Oy : T cos P F 0 2,0 qt T cos mg ma m(g a) 0,5  điểm P l F K(l - l ) l tan ® 0 2 m(g a) 2 2 2 0,5 2 l 4L l L 2 q2 3mgl 1 3mgl k 2 K(l - l0 ) q l K(l - l0 ) 0,5 l 2 4L2 l2 k 2 4L2 l2 Học sinh làm cách khác mà đúng vẫn được điểm tối đa 4