Tổng hợp đề thi HSG Vật Lý tỉnh Nghệ An năm 20142015

Một vật nhỏ bắt đầu trượt xuống trên mặt của nêm đang nằm yên trên mặt bàn nằm ngang như hình 1. Nêm có góc nghiêng , vật có khối lượng m, nêm có khối lượng M. Bỏ qua ma sát giữa nêm và mặt bàn. Hãy tìm vận tốc của nêm đối với bàn tại thời điểm vật m có: a) vận tốc đối với nêm. b) vận tốc đối với bàn.

Trang 1

SỞ GD&ĐT NGHỆ AN

(Đề có 02 trang)

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LỚP 11

NĂM HỌC 2014 – 2015 Môn thi: VẬT LÍ LỚP 11 THPT - BẢNG B

Thời gian làm bài: 150 phút

Câu 1 (3,0 điểm) Một vật nhỏ bắt đầu trượt xuống

trên mặt của nêm đang nằm yên trên mặt bàn nằm

ngang như hình 1 Nêm có góc nghiêng , vật có

khối lượng m, nêm có khối lượng M Bỏ qua ma

sát giữa nêm và mặt bàn Hãy tìm vận tốc của nêm

đối với bàn tại thời điểm vật m có:

a) vận tốc đối với nêm

b) vận tốc đối với bàn

Câu 2 (5,5 điểm) Một quả cầu nhỏ có trọng lượng P, mang điện tích q>0 được treo vào

đầu một sợi dây nhẹ không co giãn có chiều dài l, đầu kia của dây treo vào điểm cố định

a) Đặt hệ thống trong điện trường đều có cường độ hướng thẳng đứng từ trên xuống dưới

Quả cầu nằm cân bằng và khi đó lực căng của dây treo có độ lớn T =2P Tìm độ lớn cường độ điện trường E theo P và q.

b) Ta có thể thay đổi phương và chiều của (độ lớn vẫn giữ nguyên) để quả cầu nằm cân bằng tại vị trí dây treo tạo với phương thẳng đứng góc Tìm độ lớn lực căng của dây theo

P khi nó nằm yên tại vị trí cân bằng mới

c) Quả cầu đang nằm yên ở vị trí dây treo có phương thẳng đứng, nếu ta thiết lập điện trường theo phương ngang, độ lớn như cũ thì sau đó quả cầu sẽ chuyển động Bỏ qua mọi lực cản Tìm động năng cực đại của quả cầu và chiều dài quỹ đạo mà nó chuyển động

Câu 3 (6,0 điểm) Cho mạch điện như hình 2 Nguồn điện có , ;

các điện trở , ; biến trở R Bỏ qua điện trở am pe kế và dây nối

a) Điều chỉnh Tìm công suất của nguồn điện và số chỉ của am pe

kế

b) Điều chỉnh R bằng bao nhiêu để công suất tiêu thụ ở mạch

ngoài đạt cực đại?

c) Điều chỉnh R bằng bao nhiêu để công suất tiêu thụ trên biến trở

đạt cực đại?

Câu 4 ( 5,5 điểm).

Cho một khung dây dẫn ABCD kín, cứng, hình vuông

có cạnh a, khối lượng m và điện trở R.

a) Đưa khung dây chuyển động với vận tốc không đổi

theo phương vuông góc với cạnh AB của khung vào

một vùng từ trường đều có bề rộng d (d > a) như hình

3 Véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng của

khung và có độ lớn B

- Xác định chiều và cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung

- Tính nhiệt lượng do dòng điện cảm ứng tỏa ra trong khung cho đến khi khung ra khỏi vùng từ trường

b) Cho khung rơi không vận tốc đầu vào một từ trường có phương thẳng đứng, hướng lên,

độ lớn cảm ứng từ biến thiên theo trục Oy (trục Oy thẳng đứng, hướng xuống) theo quy

A

B

d C

D

M m

Hình 1

E,r R

R

R2

A

Hình 2

Đề chính thức

Hình 3

1

Trang 2

luật ( và k là các hằng số dương) Mặt phẳng khung dây luôn luôn nằm ngang Coi gia tốc trọng trường là không đổi và bỏ qua sức cản không khí

Phân tích hiện tượng xảy ra và tính vận tốc rơi đều của khung dây

………… Hết…………

Họ và tên thí sinh : Số báo danh :

Trang 3

HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn thi: VẬT LÍ LỚP 11 THPT – BẢNG B

Câu 1

(3,0

điểm)

a.

2đ

- Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt bàn, chiều dương Ox như hình vẽ

Hệ cô lập theo phương ngang

+ Gọi là vận tốc của nêm, áp dụng định luật bảo động lượng theo phương ngang cho hệ vật và nêm ta có:

(1)

+ Chiếu (1) lên trục Ox ta có:

( M chuyển động ngược chiều Ox)

0,5đ

1,0đ

0,5đ

b.

1đ

* Tính vận tốc của nêm :

- Áp dụng công thức cộng vận tốc:

- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang ta có:

(2)

- Từ hình vẽ, áp dụng định lí hàm số sin ta có:

(3)

( ở đây V là độ lớn của )

- Chiếu (2) lên trục Ox ta có :

(4)

- Từ (3) và (4) ta suy ra:

0,25đ

H vẽ:

0,25đ

Câu 2.

(5,5

điểm)

a.

1,5đ * Tìm E :

- Quả cầu nằm cân bằng dưới tác dụng của 3 lực: , và nên ta có :

+= T=P + F đ

H.vẽ:

0,5đ

1,0đ

b.

1,5đ

* Tìm lực căng dây :

- Quả cầu nằm yên ở vị trí cân bằng như hình vẽ và ta có:

+=

+ Áp dụng định lí hàm số cosin ta có :

H.vẽ:

0,5đ

M m

3

Trang 4

(1)

c

2,5

đ

* Tìm vận tốc cực đại và chiều dài quỹ đạo

- Hợp lực của và là lực không đổi : và nên :

- Khi vật qua vị trí cân bằng O: += , tại đó dây treo tạo với phương thẳng đứng góc thỏa mãn :

- Coi quả cầu chuyển động trong trọng trường biểu kiến có gia tốc không đổi : ; , độ lớn :

+ Gọi m là khối lượng quả cầu Chọn mốc thế năng tại mặt phẳng qua vị trí

cân bằng O của vật và vuông góc với véc tơ + Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có động năng của quả cầu cực đại khi nó qua vị trí cân bằng O

+ Vật sẽ chuyển động trên cung tròn có góc chắn tâm là , nên chiều dài quỹ đạo là :

( Có thể sử dụng định lý động năng, tính công của trọng lực và công của lực điện để tìm động năng cực đại của quả cầu)

0,25đ

0,75đ 0,5đ

0,5đ

Câu 3.

(6,0

điểm)

a.

3,0

đ

* Tính công suất của nguồn :

- Điện trở tương đương : ,

- Điện trở mạch ngoài :

- Cường độ dòng điện qua nguồn :

- Công suất của nguồn điện :

* Tính số chỉ Am pe kế :

- Hiệu điện thế mạch ngoài :

- Cường độ dòng điện qua R : (Số chỉ Am pe kế)

0,5đ 0,5đ 1,0đ 0,5đ 0,25đ

0,25đ

b.

1,5

đ

* Tìm giá trị của biến trở R để đạt max :

– Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài : (1)

+ Từ (1), theo bất đẳng thức Côsi ta thấy P N cực đại khi :

0,5đ

c. * Tìm giá trị của biến trở R để đạt max:

Trang 5

đ - Công suất tiêu thụ trên biến trở : (1) - Từ (1), theo bất đẳng thức Côsi ta thấy cực đại khi :

0,5đ

Câu 4.

(5,5

điểm)

a

3,5

đ - Trong khung chỉ xuất hiện dòng điện cảm ứng khi từ thông qua khung biếnthiên, đó là thời gian khung bắt đầu gặp từ trường cho đến khi khung lọt hẳn

trong từ trường (Thời gian t1) và từ khi cạnh AB của khung bắt đầu ra khỏi từ

trường cho đến khi cả khung ra khỏi vùng từ trường (Thời gian t2)

Ta có: ( Do d > a)

- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung trong hai khoảng thời gian nói trên có độ lớn bằng nhau và bằng:

- Cường độ dòng điện cảm ứng trong khung trong thời gian t1vàtrong thời

gian t2 đều có độ lớn:

- Theo định luật Len xơ, dòng điện cảm ứng trong thời gian t1 có chiều từ AB,

dòng điện cảm ứng trong thời gian t2 có chiều ngược lại

- Dòng điện trong 2 khoảng thời gian nói trên là dòng điện không đổi Vậy nhiệt lượng tỏa ra trong khung bằng:

(Có thể tính suất điện động cảm ứng trên hai cạnh AB và CD theo công thức khi nó chuyển động theo phương vuông góc với từ trường đều, rồi lập luận về chiều sđđ để suy ra khi khung nằm hẳn trong từ trường thì 2 sđđ xung đối nên không có dòng điện)

0,5đ 0,5đ

1,25đ

0,5đ 0,25đ

0,5đ

b

2đ - Khung rơi cắt các đường sức của từ trường biến đổi nên từ thông qua khung

biến thiên, trong khung xuất hiện suất điện động cảm ứng Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung làm khung dây có 2 mặt Bắc, Nam Theo định luật Len xơ, dòng điện cảm ứng có chiều sao cho lực từ tác dụng lên khung chống lại chuyển động của khung

- Lực tác dụng lên khung: trọng lực , lực từ tổng hợp có phương thẳng đứng, hướng lên Ban đầu vận tốc của khung bé nên F bé F< P Khung chuyển động nhanh dần Khi thì khung rơi với vận tốc không đổi

- Gọi vận tốc rơi đều của khung là v Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung khi đó có dộ lớn:

(1)

Cường độ dòng dòng điện cảm ứng trong khung có độ lớn:

(2)

- Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng: Khi khung rơi đều, độ giảm thế năng trọng trường của khung trong thời gian bằng nhiệt lượng do dòng điện

0,25đ

0,25đ 0,25đ 5

Trang 6

cảm ứng tỏa ra trong khung trong thời gian đó.

(3)

Thay (2) vào (3) được:

0,5đ

Chú ý : Nếu học sinh giải cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa

Trang 7

NĂM HỌC 2014 – 2015 Môn thi: VẬT LÍ LỚP 11 GDTX

Câu 1 (6,0 điểm) Cho mạch điện như hình 1 Nguồn điện có

E = 9V, ; các điện trở , ; biến trở R Bỏ qua điện trở am pe kế

và dây nối

a) Điều chỉnh Xác định:

- Cường độ dòng điện qua nguồn

- Số chỉ am pe kế

- Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài

- Hiệu suất của nguồn

b) Thay đổi R để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài đạt cực đại Tìm giá trị R khi đó

c) Khi điều chỉnh tăng dần giá trị của biến trở thì số chỉ am pe kế thay đổi như thế nào?

Câu 2 (5,0 điểm) Một quả cầu nhỏ có khối lượng , mang điện tích được treo vào đầu

một sợi dây nhẹ không co giãn, đầu kia của dây treo vào một điểm cố định Bỏ qua mọi

sức cản Lấy

a) Đặt hệ thống trong một điện trường đều có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống,

có độ lớn Tính lực căng dây treo khi vật nằm cân bằng

b) Người ta giữ nguyên độ lớn của cường độ điện trường nhưng đổi cho nó có phương

nằm ngang Tính góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng khi vật nằm yên tại vị

trí cân bằng mới và lực căng dây khi đó

Vật đang đứng yên tại vị trí cân bằng ở câu b nếu ta đốt nhẹ dây treo thì sau đó quả

cầu sẽ chuyển động như thế nào?

Câu 3 (5,0 điểm) Cho dòng điện thẳng dài có cường độ chạy qua đặt trong không khí.

a) Tính cảm ứng từ tại điểm M cách dòng điện 4cm.

b) Cảm ứng từ tại điểm N bằng Tính khoảng cách từ N dến dòng điện

c) Đặt thêm một dòng điện thẳng dài có cường độ chạy cùng chiều, song song với dòng

điện , cách một khoảng r = 30cm

- Xác định cảm ứng từ tổng hợp tại điểm P nằm trong mặt phẳng chứa hai dòng điện và

cách đều hai dòng điện

- Tìm vị trí điểm Q tại đó cảm ứng từ tổng hợp bằng không

Câu 4 (4,0 điểm) Cho một khung dây dẫn ABCD kín, cứng, hình vuông có cạnh và điện

trở

a) Đặt khung dây vào trong một từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt

phẳng khung dây Người ta tăng cảm ứng từ đều đặn từ 0,05T đến 0,5T trong thời gian

10s.

Tính độ lớn suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện

trong khung trong thời gian có từ trường biến thiên

b) Đưa khung dây chuyển động với vận tốc không

đổi theo phương vuông góc với cạnh AB của

khung vào một vùng từ trường đều có bề rộng d =

E,r R

R

A

Hình 1

A

B

d C

D

Hình 2

7

Trang 8

2m như hình 2 Véc tơ cảm ứng từ của từ trường

vuông góc với mặt phẳng của khung và có độ lớn

B = 0,5T.

- Xác định chiều và cường độ dòng điện cảm ứng

xuất hiện trong khung

- Tính nhiệt lượng do dòng điện cảm ứng tỏa ra

trong khung cho đến khi khung ra khỏi vùng từ

trường

……… Hết…………

Trang 9

và dây nối

sức cản Lấy

b) Người ta giữ nguyên độ lớn của cường độ điện trường nhưng đổi cho nó có phương

nằm ngang Tính góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng khi vật nằm yên tại vị

trí cân bằng mới và lực căng dây khi đó

- Xác định cảm ứng từ tổng hợp tại điểm P nằm trong mặt phẳng chứa hai dòng điện và

cách đều hai dòng điện

trở

phẳng khung dây Người ta tăng cảm ứng từ đều đặn từ 0,05T đến 0,5T trong thời gian

10s.

Tính độ lớn suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện

trong khung trong thời gian có từ trường biến thiên

E,r R

R

A

Hình 1

A

B

d C

D

Hình 2

9

Trang 10

B = 0,5T.

trường

……… Hết…………

và dây nối

sức cản Lấy

b) Người ta giữ nguyên độ lớn của cường độ điện trường nhưng đổi cho nó có phương nằm ngang Tính góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng khi vật nằm yên tại vị trí cân bằng mới và lực căng dây khi đó

E,r R

R

A

Hình 1

Trang 11

- Xác định cảm ứng từ tổng hợp tại điểm P nằm trong mặt phẳng chứa hai dòng điện và cách đều hai dòng điện

trở

phẳng khung dây Người ta tăng cảm ứng từ đều đặn từ 0,05T đến 0,5T trong thời gian 10s.

Tính độ lớn suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung trong thời gian có từ trường biến thiên

B = 0,5T.

trường

……… Hết…………

A

B

d C

D

Hình 2

11

Định dạng
Số trang	11
Dung lượng	402,19 KB