Đề thi học sinh giỏi cấp trường môn Vật lí 11

TRƯỜNG THPT ĐẶNG THÚC HỨA KÌ THI HỌC SINH GIỎI Năm học 2007 - 2008 Môn: Vật lí 11 (Thời gian làm bài 150 phút) I. Phần TNKQ (2 điểm) 1. Nếu tăng khoảng cách giữa hai điện tích điểm lên 3 lần thì lực tương tác tĩnh điện giữa chúng sẽ A. tăng lên 3 lần B. giảm đi 3 lần C. tăng lên 9 lần D. giảm đi 9 lần 2. Khi hiệu điện thế giữa các ấm của tụ điện là 100 V. Độ lớn điện tích trên các tấm là 2.10-4 C. Điện dung của tụ điện là A. 2 μF. B. 200μF. C. 20μF. D. 0,2μF. 3. Điện tích q đặt tại một điểm trong trường tĩnh điện có điện thế 2 V. Điện thế của điện trường tĩnh nói trên cũng tại điểm đó khi đặt điện tích 3q là: A. 6 V. B. . C. . D. 2 V. 4. Một đoạn mạch có hiệu điện thế 10V, cường độ dòng điện 2A. Tìm công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đó. A). 100W B). 10W C). 20W D). 50W 5. Đặt một hiệu điện thế hai đầu một điện trở thuần là 5V. Nhiệt lượng toả ra trên điện trở trong 1 giờ là 18kJ. Cường độ dòng điện chạy qua điện trở nhận giá trị nào trong các giá trị sau? A). 3,6A. B). 1A. C). 18A. D). 5A. 6. Một mạch điện có điện trở trong của nguồn là 2Ω, điện trở mạch ngoài là 8Ω. Hiệu suất của mạch là bao nhiêu? A). H=80% B). H=20% C). H=50% D). H=75% 7. Dòng trong chùm êlectron đập lên màn đèn hình thông thường bằng 200mA. Có bao nhiêu êlectron đập vào màn hình trong mỗi giây? A). 12,5.1014 êlectron/s B). 1,25.1014 êlectron/s C). 2,5.1014 êlectron/s D). 8,5.1014 êlectron/s 8. Một ắcquy được nạp điện trong 2 giờ thì có dung lượng 4A.h. Suất điện động của ắcquy ξ = 6V, điện trở trong r=1,5Ω. Hiệu suất nạp điện cho ắcquy: A). 66,7% B). 79,3% C). 68,7% D). 72,5% II. Phần tự luận (18 điểm) ξ, r Đ R2 B A (1.b) ξ, r Đ R1 B A (1.a) Câu 1 (4 điểm): Bóng đèn Đ (6V - 3W) được mắc vào nguồn điện có suất điện động ξ = 12V, điện trở trong r = 1 Ω theo hai sơ đồ hình 1.a và 1.b. Tính R1, R2 để đèn Đ sáng bình thường. Câu 2 (4 điểm): Các mẫu chất siêu dẫn có tính chất đẩy từ trường (hiệu ứng Meisner), vì thế chúng có thể “bay” phía trên một thanh nam châm. Đặc tính này của chất siêu dẫn được ứng dụng để tạo ra tàu hoả siêu tốc chạy trên “đệm từ”. Trên mẫu chất siêu dẫn có khối lượng m “bay” phía trên một thanh nam châm vĩnh cửu người ta đặt một tải trọng có cùng khối lượng. Cần tăng cảm ứng từ trường do nam châm tạo ra lên bao nhiêu lần để mẫu chất siêu dẫn cùng với tải trọng “bay” ở khoảng cách đến nam châm như trước. Câu 3 (3 điểm): Có n nguồn điện giống nhau (suất điện động ξ, điện trở trong r) mắc nối tiếp theo một vòng kín như hình 3. Chứng minh rằng hiệu điện thế giữa hai điểm A, B bất kì (chứa m nguồn) đều bằng không. Câu 4 (3 điểm): Tính năng lượng tổng cộng W tích được trong các tụ điện có điện dung C1, C2, C3, C4 do các nguồn điện có suất điện động không đổi E1, E2, E3, E4 cung cấp, khi chúng được mắc như hình 4. Các điện trở có cùng một giá trị. Bỏ qua điện trở nội của các nguồn. Tụ C2 sẽ có điện tích q2 bằng bao nhiêu nếu nối đoản mạch hai điểm H và B. Áp dụng bằng số E1 = 4V, E2 = 8V, E3 = 12V, E4 = 16V; C1 = C2 = C3 = C4 = 1µF. E1 E2 E3 E4 C1 C2 C3 C4 A B C D E G H Hình 4. F Câu 5 (4 điểm): Cho mạch điện như hình 5, cuộn cảm L có điện trở bằng 0. Dòng điện qua L bằng 1,2 A; độ tự cảm L = 0,2 H. Chuyển K sang vị trí b, tính nhiệt lượng toả ra trong R. Hình 3 ξ a b K R Hình 5. L TRƯỜNG THPT ĐẶNG THÚC HỨA KÌ THI HỌC SINH GIỎI Năm học 2007 - 2008 Môn: Vật lí 11 ĐÁP ÁN VÀ BIỂU ĐIỂM I. Phần TNKQ (0,25 x 8 = 2 điểm) 1 2 3 4 5 6 7 8 D A D C B A A A II. Phần tự luận (18 điểm) Câu 1 (4 điểm) 2 điểm Hình (0,25 đ) Xét hình a. Để đèn sáng bình thường thì cường độ dòng điện qua đèn phải bằng cường độ dòng điện định mức của đèn. 0,25 đ I = Iđ + I1. 0,25 đ UAB = UđmĐ = 6V 0,25 đ Iđ = P/UđmĐ = 3/6 = 0,5 A. 0,25 đ UAB = ξ – I.r Þ 6 = 12 – I.1 Þ I = 6 A. 0,25 đ ξ, r Đ R1 B A (1.a) I Iđ I1 Þ I1 = 5,5 A 0,25 đ Þ R1 = UAB/I1 = 6/5,5 » 1,1 W. 0,25 đ 2 điểm Hình (0,25 đ) ξ, r Đ R2 B A (1.b) I U2 UđmĐ Xét hình b. Để đèn sáng bình thường thì cường độ dòng điện qua đèn phải bằng cường độ dòng điện định mức của đèn. 0,25 đ I = Iđ = I2. 0,25 đ UđmĐ = 6V 0,25 đ UAB = UđmĐ + U2. 0,25 đ Iđ = P/UđmĐ = 3/6 = 0,5 A Þ I = I2 = 0,5 A. UAB = ξ – I.r = 12 – 0,5.1 = 11,5 V. 0,25 đ Þ U2 = 11,5 – 6 = 5,5 V 0,25 đ Þ R2 = U2/I2 = 5,5/0,5 = 11W. 0,25 đ Câu 2 (4 điểm) (4 đ) Từ trường do nam châm vĩnh cửu tạo ra không thâm nhập vào mẫu chất siêu dẫn được. Điều đó xẩy ra là vì trong lớp bề mặt của mẫu chất siêu dẫn cảm ứng một dòng điện và dòng điện này tạo ra một từ trường riêng bù trừ với từ trường ngoài. 1 đ Như vậy, giá trị của dòng điện cảm ứng I cần phải tỉ lệ với giá trị của cảm ứng từ B của từ trường ngoài: I=kB. 1 đ Theo định luật Ampe, tương tác của dòng điện với từ trường được đặc trưng bởi lực F tỉ lệ với cả dòng điện I lẫn cảm ứng từ B. Trong trường hợp của chúng ta: F~IB=kB2. 1 đ Lực này cân bằng với trọng lực của mẫu chất siêu dẫn. Nếu khối lượng mẫu cùng với tải trọng tăng gấp đôi thì để bảo toàn sự cân bằng cảm ứng từ của nam châm vĩnh cửu cần phải tăng lên lần. 1 đ Câu 3 (3 điểm) 3 đ Vì các nguồn điện mắc nối tiếp nên . 1 đ I n nguồn xb = nx rb =nr I m nguồn x’b = mx r’b =mr (n – m) nguồn A B 1 đ Giả thiết giữa AB chứa m nguồn (m<n) thì: UAB = x’b – I.r’b = mx – I(m.r) = m(x-Ir) = 0. 1 đ Câu 4 (3 điểm) (3 đ) E3 E1 E2 E4 C1 C2 C3 C4 A B C D E F G H Ta vẽ lại sơ đồ mạch điện như hình sau: 0,5 đ Ta thấy rằng dòng điện chỉ chạy trong mạch ABFGHD. Giả thiết E4 > E1 dòng điện I chạy theo chiều mũi tên . 0,25 đ Lấy điện thế điểm F bằng 0, ta tính điện thế các điểm của mạch. VB = RI; VA = 2RI; VD = 2RI + E1; VG = 4RI + E1; VC = RI + E2; VH = 3RI +E1; VE = 3RI + E1 – E3. 0,5 đ Suy ra hiệu điện thế đặt vào các tụ: Tụ C1: U1 = VD – VC = RI + E1 – E2. Tụ C2: U2 = VG – VC = 3RI + E1 – E2. Tụ C3: U3 = VE – VA = RI + E1 – E3. Tụ C4: U4 = VE – VF = 3RI + E1 – E3. 0,25 đ Ta tính năng lượng tích trong các tụ theo công thức . 0,25 đ Nếu nối đoản mạch B và H thì lấy điện thế các điểm đó bằng 0, ta tính được VD = RI1 (dòng I1 chạy theo chiều từ D đến H); VA = RI1 – E1, VB = 2RI1 –E1 = 0. Vậy . 0,25 đ Dòng I4 chạy theo chiều từ G đến H, ta có: VG = RI4; VF = RI4 – E4; VH = 2RI4 –E4; Vậy. 0,25 đ Hiệu điện thế đặt vào tụ C2 là: . 0,25 đ Điện tích của C2: . 0,25 đ Áp dụng bằng số: U1 = -1V; U2 = 5V; U3 = -5V; U4 = 1V; . Nối đoản mạch B và H thì U2 = 0, q2 = 0. 0,25 đ Câu 5 (4 điểm) 4 đ Khi K đang ở vị trí a thì ở cuộn dây tích trữ một năng lượng từ trường: K a ξ L R b 1 đ b R L Khi chuyển K sang b ta có mạch điện như hình vẽ bên: 1 đ Lúc này dòng điện giảm từ 1,2 A về đến 0 A, toàn bộ năng lượng từ trường của cuộn dây lúc nãy nay đã chuyển thành nhiệt năng toả ra trên điện trở R (theo định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng). Vậy nhiệt lượng toả ra trên điện trở R là Q = W = 0,144 J. 2 đ ***