Đề thi học sinh giỏi môn vật lí lớp 11 năm 2017 cụm thi thpt q lưu hm lần 3 | Vật Lý, Lớp 11 - Ôn Luyện

+ Khi quả cầu tại D được truyền điện tích, thì momen lực điện có xu hướng làm hệ quay cùng chiều kim đồng hồ.. Động năng của hệ đạt cực đại khi có sự cân bằng momen lực điện..[r]

SỞ GD&ĐT NGHỆ AN

CỤM THI THPT Q.LƯU-HM

(Đề thi có 02 trang)

ĐỀ THI KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG HỌC SINH GIỎI

LẦN THỨ 3 NĂM HỌC 2017 – 2018

Môn thi : VẬT LÝ 11

Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề)

Câu 1 (5 điểm) Nêm ABCD có khối lượng M,

đặt trên mặt sàn phẳng, đủ dài, nằm ngang Tiếp

tuyến của chân nêm tại A trùng với mặt sàn, CD

là mặt phẳng ngang có độ cao so với mặt sàn là

h Một vật nhỏ có khối lượng m = 0,5M chuyển

động với vận tốc vo trên mặt sàn hướng đến chân

nêm rồi trượt lên nêm Bỏ qua mọi ma sát và coi

rằng khi trượt lên nêm thì vật m luôn tiếp xúc với

nêm Gia tốc rơi tự do là g.

1 Tìm giá trị tối thiểu vo để vật m có thể lên tới mặt CD của nêm khi:

a Nêm được giữ cố định.

b Nêm thả tự do.

2 Với vo bằng hai lần giá trị tối thiếu tìm được ở câu 1b, nêm thả tự do Tìm khoảng cách từ vật m đến chân B của nêm khi nó rơi trở lai mặt sàn sau khi vượt qua nêm.

Câu 2 (4 điểm) Một ngôi sao năm cánh được

cắt từ một tấm bìa cứng, mỏng, rất nhẹ, cách

điện, độ dài của các cánh bằng nhau Ngôi sao

đặt trên mặt phẳng nhẵn, nằm ngang và có thể

quay tự do quanh trục cố định thẳng đứng đi qua

trọng tâm G của nó Ở năm đỉnh của cánh sao

được gắn năm quả cầu nhỏ bằng kim loại, có

khối lượng bằng nhau Khoảng cách từ các quả

cầu đến G bằng a = 10cm Góc ở các đỉnh là

o

36



 Hệ thống nằm trong điện trường đều

nằm ngang có vecto cường độ điện trường E có

hướng như hình 2, độ lớn E = 5.104(V/m) Hai

quả cầu tại B và F đều tích điện q = 10-7C (các

quả cầu còn lại không tích điện).

1 Xác định cường độ điện trường tổng hợp tại

trọng tâm G

2 Khi hệ đang nằm cân bằng như hình vẽ thì

tức thời truyền cho quả cầu tại D một điện tích q’

= q Tìm động năng cực đại của hệ ngôi sao và

các quả cầu sau đó.

Câu 3 (4,5 điểm) Cho mạch điện có sơ đồ như

hình 3 Biết E1 = 12V; r1 = 0,5; E3 = 5V; r3 = 1

; R1 = 4,5; R2 = 3; R3 = 4.

1

1, r

R2

K1

K2

A B

Hình 3 I2

h

m,

Hình 1 M

G



A

B

C

D

F

E 

Hình 2

a

1 Mắc vào hai điểm A, B nguồn điện E2 có điện trở trong không đáng kể, đồng thời đóng cả hai khoá K1 và K2 thì dòng điện qua nguồn E2 là I2 = 1A và có chiều như hình vẽ Tìm E2 Cực dương của E2 mắc vào điểm nào?

2 Tháo bỏ nguồn E2 rồi mắc vào hai điểm A và B một tụ có điện dung C = 4,4.10-6F ban đầu chưa tích điện, đồng thời đóng cả hai khoa K1 và K2 Tìm nhiệt lượng toả ra trên

R2 tính từ thời điểm đóng hai khoá K1 và K2 đến khi dòng điện trong mạch ổn định.

Câu 4 (5,5 điểm) Cho mạch điện có sơ đồ như hình

4 Hai đèn Đ1 và Đ2 có điện trở Rđ bằng nhau; các

điện trở R1 = R2 = 6 Biết rằng khi nguồn điện có

suất điện động E = E1 = 30V, điện trở trong r = r1 = 2

 hoặc E = E2 = 36V, r = r2 = 4 thì công suất tiêu

thu của mạch ngoài đều bằng 72W và cả hai đền đều

sáng bình thường Bỏ qua điện trở các dây nối.

1 Tính công suất định mức và hiệu điện thế định

mức của mỗi đèn Dùng nguồn nào có lợi hơn?

2 Thay đèn Đ1 bằng điện trở R0 = 10, đèn Đ2

bằng một biến trở R có đặc tuyến Vôn – Ampe

2

kU

I  , với k102(A/V2), U là hiệu điện thế đặt vào

hai đầu biến trở và I là cường độ dòng điện chạy qua

biến trở Nguồn điện có suất điện động E = 34,8V,

điện trở trong r = 4 Giữ nguyên hai điện trở R1 và

R2 Tìm hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện và

công suất toả nhiệt trên biến trở R.

Câu 5 (1,0 điểm) Nêu tên các loại dụng cụ (không cần nêu các chỉ số) được sử dụng

trong bài thực hành “Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn” lớp 11 THPT

Đ2 Đ1

E, r

Hình 4

HƯỚNG DẪN CHẤM

ĐỀ THI KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG HỌC SINH GIỎI LẦN 3 NĂM HỌC 2017 – 2018

Môn thi : VẬT LÍ 11

Câu 1

(5 điểm)

1 Để vật m lên tới mặt CD của nêm thì ít nhất vận tốc của m ở mặt CD so

với nêm bằng không

a Nêm giữ cố định: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:

gh v

mgh

2

1

min 1

2 min

1   

b Nêm thả tự do: Gọi v là vận tốc của vật m và nêm so với sàn khi m lên tới

mặt CD của nêm

+ Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang:

3 )

min

2 o

o

v v mv

v m

(1) + Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:

2 min 2

2

2

1 )

( 2

1

o mv mgh

v m

(2) + Từ (1) và (2) suy ra: v o2min  3gh

2 Khi v o 2v o2min 2 3gh (3)

Gọi u1, u2 tương ứng là vận tốc của vật so với nêm và vận tốc của nêm so với

sàn khi m lên tới mặt CD của nêm

+ Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang:

o

mv u

u m

Mu2 ( 1 2)  13 2  (4) + Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:

2 0

2 2

2 2 1

2

1 2

1 ) (

2

1

mv Mu

u u m

gh v

u u u

2 1

2 2

2

1    

+ Từ (3), (4) và (5) tìm được: u1 3 gh

+ u1cũng là vận tốc ném ngang của m so với chân nêm B

+ Thời gian từ khi vật m vượt qua nêm đến khi nó chạm sàn:

g

h

t 2 + Khoảng cách từ m đến chân B của nêm khi nó chạm sàn:

h t

u

d  1 3 2

0,5 0,5

0,5

0,5 0,5

0,5

0,5 0,5

0,5 0,5

Câu 2

(4 điểm) 1 (2,5 đ)+ Cường độ điện trường do từng điện tích tại B và F tạo ra tại G:

) / ( 10 9 10

10 10

2

7 9 2



+ Vì E1và E2đều hợp với hướng của E góc 72o nên E12 E1E2cùng

phương, cùng chiều với E

+ Cường độ điện trường tổng hợp tại G:

1,0

0,5

E E

E G   Với E12 2E1cos72o 5,56.104(V/m)

Vậy E G 10,56.104(V/m) và EG cùng hướng với E

2 (1,5 đ)

+ Khi quả cầu tại D được truyền điện tích, thì momen lực điện có xu hướng

làm hệ quay cùng chiều kim đồng hồ Động năng của hệ đạt cực đại khi có

sự cân bằng momen lực điện Tức là hệ quay được góc 72o

+ Đông năng của hệ khi đó bằng công của lực điện trường trong chuyển động

quay đó

J qEa

A

đ   (cos36 2.sin18 1)2,15.104

0,25 0,5 0,25

0,5 0,5

0,5

Câu 3

(4,5

điểm)

1 (2,5 đ)

Giả sử khi mắc vào A, B nguồn điện

E2 (cực dương nối với A, cực âm nối

với B) đồng thời đóng hai khoá K1 và

K2 thì dòng điện chạy qua các đoạn

mạch có chiều như hình vẽ

+ Áp dụng định luật Ôm cho từng

đoạn mạch ta có:

1 1

1 1

R r

U E







(1)

2

2 2

R

E U

I MN 



(2)

3 3

3 3

R r

U E







(3) Mặt khác tại nút M: I2 I1I3 1(A) (4)

+ Thay (1) và (3) vào (4) ta được: U MN 6V (5)

+ Thay (5) vào (2) tìm được: E2 3V

+ Vậy E2 3V, cực dương mắc vào A, cực âm mắc vào B

2 (2 đ)

+ Khi mắc tụ hai hai điểm A và B và đông thời đóng K1 và K2 thì nguồn E1,

r1; E3, r3; các điện trở R1 và R3 tương đương với nguồn điện có suất điện động

Eb, rb; với:













1

3 3 1 1

b b

r R r R r r

V E

R r

E R r

E r

E

b b

3 3

3 1

1

1  







 + Điện tích của tu sau khi dòng điện qua mạch ổn định:

b CE

q 

+ Công của nguồn điện tương đương:

2

b

b CE qE

+ Năng lượng điện trường mà tụ nhận được:

0,5 0,5 0,5

0,25 0,25 0,25 0,25

0,25

0,25 0,25

0,25

I1

I3

1

1, r

R2

K1

K2

A B

Hình 3 I2

2

1

b CE

W 

+ Gọi Q1 và Q2 tương ứng là nhiệt lượng toả ra trên rb và R2 tính từ khi đóng

hai khoá K1 và K2 đến khi hiệu điện thế của tụ bằng Eb Áp dụng định luật

bảo toàn năng lượng ta có:

Q1 + Q2 = A – W =

2

2

1

b CE

(1)

+ Mặt khác: 6

5 3

5 , 2

2 2

1   

R

r Q

(2) + Từ (1) và (2) suy ra: Q CE b J

5 2

2 8,67.10 11





0,25

0,25 0,25 0,25

Câu 4

(5,5

điểm)

1 (3,5 đ)

+ Điện trở tương đương của mạch ngoài:

đ

đ đ

R R R

R R R R R

2

) (

2 1

2 1











(1) + Gọi I1, I2, U1, U2 tương ứng là cường độ dòng điện qua nguồn và hiệu điện

thế giữa hai điểm A và B khi đặt nguồn E1, r1 và nguồn E2, r2

+ Theo bài ra, công suất mạch ngoài:

2 1

2 2

2

1R I R I I I

2 1

2 2

2

1 U U R

U R

U

(3) + Mặt khác: U1 E1 I1r1; U2 E2 I2r2 (4)

+ Từ (2), (3) và (4) suy ra:

A r

r

E E I

1 2

1 2 2









+ Thay vào (2), tìm được: R = 8

+ Thay vào (1), tìm được: Rđ = 12

+ Hiệu điện thế định mức của đèn Đ1: U đ1 U1 E1 I1r1 24V

+ Công suất định mức của đèn Đ1:

W R

U P

đ

đ

12

242

2 1

1    + Cường độ dòng điện định mức của đèn Đ2:

A R

R R

U I

đ

24

24

2 1

1





 + Hiệu điện thế định mức và công suất định mức của Đ2:

W R

I P

V R

I U

đ đ đ

đ đ đ

12

12

2 2 2

2 2









2 (2 đ)

+ Gọi U là hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở, cường độ dòng điện qua biến

trở:

2

1 kU

I  (1) + Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn:

2 1

2

1 ) 12

U

0,25

0,5 0,5

0,5 0,25

0.25 0.25 0,25 0,25

0,25

0,25

0,25 0,25

+ Cường độ dòng điện qua Ro:

10

12kU2

U R

U I

o

AB o







(3) + Cường độ dòng điện qua nguồn:

4

12 8

,

34 U kU2

r

U E







(4) + Mặt khác: I I1 I o (5)

+ Từ (1), (3), (4) và (5) ta được:

10

12 4

12 8

,

2

2 U kU kU

kU









+ Thay k = 10-2 tìm được: U = 10V, thay vào (2) tìm được UAB = 22V

+ Công suất toả nhiệt trên biến trở:

W kU

I

U I R I

1

2 1

2

1   



0,25

0,25 0,25 0,25 0,25

0,25

Câu 5

(1 điểm) 1 Điốt chỉnh lưu2 Nguồn điện

3 Điện trở bảo vệ Ro

4 Biến trở R

5 Đồng hồ đo điện đa năng hiện số (1 cái dùng đo cường độ dòng điện, 1 cái

dùng đo hiệu điện thế)

6 Bảng lắp ráp mạch điện

7 Bộ dây dẫn

8 Khoá đóng – ngắt mạch điện

Nêu được mỗi loại được (1/8) điểm

Lưu ý: Thí sinh làm theo cách khác nếu đúng vẫn cho điểm tối đa cho từng câu!