Đề thi học sinh giỏi môn Vật lý - Lớp 11

Së GD - §T Thanh Hãa Tr­êng THPT §«ng S¬n I ----------------------------- ®Ò thi häc sinh giái M«n VËt lý - Líp 11 - N¨m häc 2007 - 2008 Thêi gian lµm bµi: 180 phót .......................................... —&– .......................................... Câu 1 (4 điểm) Cho hai điện tích điểm q1 = 4mC; q2 = 9mC đặt tại hai điểm A và B trong chân không với AB=1m. Điện tích q0 đặt tại điểm M sao cho lực điện tổng hợp tác dụng lên q0 bằng 0. Hỏi điện tích q0 phải có giá trị bằng bao nhiêu để lực điện tổng hợp tác dụng lên q1 và q2 đều bằng 0. Câu 2 (4 điểm) Cho mạch điện như hình vẽ, biết R1 = 18Ω và điện trở toàn mạch AB là 9Ω. Nếu đổi chỗ R1 cho R2 thì điện trở của mạch AB bây giờ là 8Ω. Tính R2 và R3. R1 R2 R3 A B Biết R1, R2, R3 chịu được hiệu điện thế lớn nhất lần lượt là U1 = 12V, U2 = U3 = 6V. Tính hiệu điện thế và công suất lớn nhất mà bộ điện trở mắc như hình vẽ chịu được. Mắc bộ điện trở nói trên nối tiếp với một bộ bóng đèn gồm các đèn giống nhau có ghi 3V - 1W, tất cả được mắc vào mạch có hiệu điện thế U=18V không đổi. Tìm cách mắc bộ bóng đèn với số bóng nhiều nhất mà các đèn vẫn sáng bình thường. A R1 R2 R3 R4 x, r Câu 3 (4 điểm) Cho mạch điện như hình vẽ. R1 = R2 = R3 = 40Ω. R4 = 30Ω. r = 10Ω. Ampe kế điện trở không đáng kể chỉ 0,5A Tính suất điện động của nguồn điện. Nếu đổi chỗ nguồn và ampe kế thì ampe kế chỉ bao nhiêu. R A B a Câu 4 (4 điểm) Trong mặt phẳng nghiêng góc a = 600 so với mặt phẳng nằm ngang có hai thanh kim loại cố định, song song theo đường dốc chính, cách nhau khoảng l = 20cm, nối với nhau bằng một điện trở R = 2Ω. Đoạn dây dẫn AB điện trở r = 1Ω, khối lượng m = 10g, đặt vuông góc với hai thanh kim loại có thể trượt không ma sát trên hai thanh đó. Hệ thống được đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 2,5T. Thả cho AB trượt không vận tốc ban đầu. Tính vận tốc thanh AB khi nó chuyển động đều và cường độ dòng điện qua R A BB O1 O2 Thay R bằng tụ điện có điện dung C = 10mF. Tính gia tốc của thanh AB. Lấy g = 10m/s2. Câu 5 (4 điểm) Cho hệ thấu kính như hình vẽ.f1 = 30cm, f2 = -10cm, khoảng cách từ AB đến O1 là 45cm. O1O2 = l. Tìm điều kiện của l để ảnh cuối cùng cho bởi hệ thấu kính là ảnh thật. Xác định giá trị của l để khi AB di chuyển trên trục chính thì độ lớn của ảnh cuối cùng cho bởi hệ luôn không đổi. ---------------------------------- HẾT ---------------------------------- Së GD - §T Thanh Hãa Tr­êng THPT §«ng S¬n I ----------------------------- ®¸p ¸n ®Ò thi häc sinh giái M«n VËt lý - Líp 11 - N¨m häc 2007 - 2008 .......................................... —&– .......................................... NéI DUNG ®IÓM Câu 1 ( 4 điểm ) Gọi là lực do q1 và q2 tác dụng lên q0 - Để lực điện tổng hợp tác dụng lên q0 = 0 ta phải có: ................................................. - Do q1, q2 cùng dấu nên: M Î AB ................................................................................................ x A B M - Ta có: F1 = F2 Û Þ ................................................................... - Thay số Þ x = 0,4m ................................................................................................................... - Vì q1, q2 tác dụng lên nhau những lực đẩy nên để lực tác dụng lên q1, q2 bằng 0 thì q0 phải mang điện tích âm.......................................................................................................................... Và F21 = F01................................................................................................................................... Þ ...................................................................................................................... Þ çq0÷ = 0,16q2 Þ q0 = -1,44mC.................................................................................................. 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Câu 2 ( 4 điểm ) 1) ( 1 điểm ) Ta có: RAB = 9 = (1).................................................................................... RAB = 8 = (2).................................................................................... Từ (1) và (2) rút ra R3 = 18 - R2 Thay vào (2) ta được R2 = 12Ω; R3 = 6Ω.............................................................................. 2) ( 1 điểm ) Dòng điện lớn nhất mà các điện trở chịu được là: I1m = I2m = .................................................................................................. I3m = Vì R2 nối tiếp R3 nên dòng điện lớn nhất có thể qua R2, R3 là I23m = I2m = 0,5A Þ UA23B m = I23m.R23 = 18.0,5 = 9V............................................................................................ Vì R1//R23 mà Um = 12V nên hiệu điện thế lớn nhất mà mạch AB chịu được là: UABm = UA23Bm = 9V................................................................................................. Công suất lớn nhất mạch chịu được: .............................................................................................. 3) ( 2 điểm ) Vì các đèn giống nhau nên để các đèn đều sáng bình thường thì chúng phải mắc thành bộ đối xứng gồm x nhánh, mỗi nhánh y bóng đèn.............................................................................. Vì Iđ = 1/3(A) nên pt hiệu điện thế là: U = UAB + Ubộ đèn Û Þ x + y = 6 (x, y nguyên dương) (1).................... Mặt khác: U = UAB + Ubộ đèn Û UAB + Ubộ đèn = 18 mà UAB £ 9 Þ Ubộ đèn ³ 9 Þ 3.y ³ 9 Þ y ³ 3 (2)......................................................................................................... Từ (1) và (2) ta có y = 3; 4; 5 và giá trị tương ứng của x là 3; 2; 1 Vậy với x = 3 và y = 3 thì sẽ có số bóng đèn nhiều nhất là 9 bóng.......................................... 0,25 0,25 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5 0,5 0,5 0,5 Câu 3 ( 4 điểm ) 1) ( 2,5 điểm ) Vì RA = 0 nên ta có mạch mắc như hình sau: R1 R2 R3 R4 x, r I1 I2 I3 I4 I Hình 1 * Từ hình vẽ đề ra ta có: I = I1 + Ia (1)........................................................................................... Ia = I4 + I2 (2)............................................................................................ Vì R1 và R2 mắc song song mà R1 = R2 nên I1 = I2.................................................................... Do đó (2) Û Ia = I4 + I1 Þ I1 = Ia - I4 Thay vào (1) Þ I = 2Ia - I4 (3)...................................... * Từ hình 1 ta tính được Rngoài = 20Ω....................................................................................... Þ ................................................................................ Ta có: UAB = x - Ir = I4R4 Þ ...................................................................................... Thế vào (3) ta được: Þ x = 18V................................................................... 2) ( 1,5 điểm ) Đổi chỗ nguồn và Ampe kế R1 R2 R3 R4 x, r I1 I2 I3 I4 I Hình 2 So hình 2 với hình 1 ta thấy chỉ hoán đổi vị trí của R3 và R2, nhưng vì R3 = R2 nên hai sơ đồ là như nhau..................................................................................................................................... Vậy số chỉ ampe kế không đổi Ia = 0,5A................................................................................... Nếu đổi cực của nguồn so với trường hợp trên thì chỉ khác các dòng điện đều có chiều ngược lại......................................................................................................................................... Vẽ hình 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Vẽ hình 0,5 0,5 0,25 0,25 a Câu 4 ( 4 điểm ) 1) ( 2 điểm ) - Suất điện động cảm ứng: x = Bvlcosa........................................................................................ - Dòng điện trong mạch: ................................................................................. - Lực từ tác dụng lên dây: ................................................................................. - Dây chuyển động đều: ..................................................................................... - Chiếu lên phương chuyển động: Fcosa = Psina Û .................................... - Cường độ dòng điện qua R khi đó bằng: ......................................................................... Thay số ta được: v = 4,13m/s và I = 0,346A.................................................................................. 2) ( 2 điểm ) - Thay R bằng tụ thì tụ được nạp điện, điện tích của tụ là q = CU = Cx = CBlvcosa................... - Dòng điện chạy qua AB là: ............................................................... - Do đó lực tác dụng lên AB: F = BIl = CB2l2acosa...................................................................... - Ta có: .................................................................................................................. - Chiếu lên phương chuyển động: mgsina - Fcosa = ma.............................................................. Þ ...................................................................................... - Thay số ta được a = 4,32m/s2....................................................................................................... Vẽ hình 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Câu 5 ( 4 điểm ) AB A1B1 A2B2 O1 O2 d1 d1’ d2 d2’ 1) ( 2 điểm ) Sơ đồ tạo ảnh: .............................. - Ta có: = 90cm Þ d2 = l - d’1 = l - 90 Þ ......................................................................................................... - Để ảnh cuối cùng A2B2 là ảnh thật thì d’2 > 0 ............................................................................ Û > 0 Þ 80cm < 1 < 90cm ..................................................................................................................... 2) ( 2 điểm ) - Khi AB di chuyển trên trục chính thì B luôn di chuyển trên đường song song với trục chính. Để A2B2 có độ lớn không đổi thì B2 phải luôn di chuyển trên đường song song với trục chính............................................................................................................................................... O1 O2 F’1  F2 Vậy: Tia sáng từ B song song với trục chính phải cho tia ló qua hệ thấu kính song song với trục chính........................................................................................................................................ Þ F’1 º F2 (Hình vẽ) Þ l = O1O2 = f1 - ÷f2ç = 20cm............ .............. 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Vẽ hình 0,5 Nếu học sinh giải bằng cách khác mà đúng thì vẫn cho điểm tối đa