Bộ đề thi học sinh giỏi môn Vật lí lớp 11 cấp trường năm 2020-2021

Bộ đề thi học sinh giỏi môn Vật lí lớp 11 cấp trường năm 2020-2021 là tài liệu ôn thi học sinh giỏi Vật lí hữu ích dành cho các bạn học sinh lớp 11, thông qua việc luyện tập với đề thi sẽ giúp các em làm quen với các dạng câu hỏi và rút kinh nghiệm trong quá trình làm bài thi. Mỗi đề thi kèm theo đáp án và hướng dẫn giải chi tiết giúp các bạn dễ dàng hơn trong việc ôn tập cũng như rèn luyện kỹ năng giải đề. Mời quý thầy cô và các bạn cùng tham khảo đề thi.

BỘ ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI

MÔN VẬT LÍ LỚP 11 CẤP TRƯỜNG NĂM 2020-2021

Thời gian làm bài: 150 phút

(Không kể thời gian phát đề)

Đề thi gồm: 02 trang

Bài 1( 4 điểm)

Cho A, B, C là ba điểm tạo thành tam giác vuông tại A đặt trong điện

trường đều có véc tơ E

→ song song với AB Cho  = 600; BC = 10 cm và

UBC = 400 V

a) Tính hiệu điện thế UAC, UBA và cường độ điện trường E

b) Tính công thực hiện để dịch chuyển điện tích q = 10-9 C từ A đến

B, từ B đến C và từ A đến C

c) Đặt thêm ở C một điện tích điểm q’ = 9.10-10 C Tìm cường độ điện trường tổng hợp tại

A

Bài 2 ( 4 điểm)

Một quả cầu nhỏ khối lượng m = 10g mang điện tích

dương q= 3.10-7C được thả không vận tốc đầu từ đỉnh B của mặt phẳng

thống

được đặt trong một điện trường đều có cường độ điện trường E=105V/m

có đường sức nằm ngang như hình vẽ Cho hệ số ma sát giữa vật và

mặt phẳng nghiêng là µ=0,2 Tính vận tốc và thời gian của quả cầu khi ở chân mặt phẳng nghiêng Lấy g=10m/s2

Bài 3 (4 điểm)

Cho mạch điện như hình vẽ

Biết nguồn có suất điện động =24 V, điện trở

trong r=1Ω; tụ điện có điện dung C= 4 µF; đèn Đ loại

6 V – 6 W ; các điện trở có giá trị R1=6 Ω; R2=4 Ω;

bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 và có anốt làm

bằng đồng, điện trở bình điện phân

Rp=2 Ω Bỏ qua điện trở của dây nối Biết số Faraday

F= 96 500C/mol

Tính:

a) Điện trở tương đương của mạch ngoài

b) Khối lượng đồng bám vào catôt sau thời gian t= 16 phút 5 giây

c) Điện tích của tụ điện

Hai dây đẫn thẳng dài vô hạn, đặt song song trong không khí cách nhau một đoạn d = 12

cm có các dòng điện cùng chiều I1 = I2 = I = 10 A chạy qua Một điểm M cách đều hai dây dẫn một đoạn x

a) Khi x = 10 cm Tính độ lớn cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện chạy trong hai dây dẫn gây ra tại điểm M

b) Hãy xác định x để độ lớn cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện gây ra đạt giá trị cực đại Tính giá trị cực đại đó

Bài 5 (4 điểm)

1 Cho mạch điện như hình 1, trong đó nguồn có suất điện động E = 10,8 V, điện trở trong r

= 2 Ω, các điện trở R1 = 1 Ω, R2 = 4 Ω, R là một biến trở

a) Điều chỉnh R = 6 Ω Tính hiệu điện thế giữa hai

cực của nguồn và nhiệt lượng tỏa ra trên R2 trong 10

phút

b) Xác định R để công suất tỏa nhiệt trên R đạt cực

đại và tìm công suất khi đó

2 Để xác định suất điện động E của một nguồn điện,

người ta mắc nó vào một mạch như hình 2, với

( Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm )

Họ và tên thí sinh: Số báo danh:

Họ và tên, chữ kí CBCT 1:

Họ và tên, chữ kí CBCT 2:

Hình 2

BA

b) (1,5đ) AAB = qUAB = -qUBA = -4.10-7 J

ABC = qUBC = 4.10-7 J

AAC = qUAC = 0

0,5 0,5 0,5

c)(1đ) Điện tích q’ đặt tại C sẽ gây ra tại A véc tơ cường độ điện trường E'



có phương chiều như hình vẽ; có độ lớn:

- Theo phương vuông góc Oy với mặt phẳng nghiêng ta có:

P.cosα = N + Fđ sinα  N = mg.cosα – q.E.sinα (1)

cos

|

|



BC q



A

E E

2 2'

Vận tốc của vật ở chân mặt phẳng nghiêng là: v = 2.a.BC ≈ 1,4m/s

Thời gian khi đi hết đoạn BC: v=at t 0,28s 1,0đ

- Khối lượng Cu bám vào catôt sau thời gian

t= 16 phút 5 giây= 16.60+5=965giây Áp dụng công thức Faraday:

a)(2,0đ) Giả sử hai dây dẫn được đặt vuông góc với mặt phẵng

hình vẽ, dòng I1 đi vào tại A, dòng I2 đi vào tại B Các dòng điện

I1 và I2 gây ra tại M các véc tơ cảm ứng từ và có phương

= + có phương chiều như hình vẽ và có độ lớn:

B = B1cos + B2cos = 2B1cos

0,5

0,5

0,5 0,5

 1

B

 2

B

3

= 2B1 = 3,2.10-5 T

b)(2,0đ) Theo câu a) ta có:

B1 = B2 = 2.10-7

x

I

;

B = 2B1cos = 2.2.10-7

x

I

= 4 10-7I ;

B đạt cực đại khi = đạt cực đại

Theo bất đẵng thức Côsi thì đạt cực đại khi = 1 -

 x = = 8,5 cm Khi đó Bmax = 3,32.10-5 T 0,5 0,5 1,0 5 (4đ) 1.a)(1,5đ) Điện trở tương đương của mạch ngoài -RN = R1 + R.R2/(R + R2) = 3,4 Ω Định luật ôm toàn mạch => I = 2 A 0,5

Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn là Ung = E – Ir = 6,8 V 0,5

I2 = I.R/(R + R2) = 1,2 A

Nhiệt tỏa ra trên R2 trong 10 phút là Q = I22.R2.t = 3456 J 0,5

1,5

1.b)(1,5đ) Điện trở mạch ngoài:

RN = 2

1

2

4 1

4

R

Dòng điện trong mạch chính:

4 7 12 3

4

N

R

R



 0,5

Dòng điện chạy qua R là IR = 2

2

4 ( ) (12 7 )

Công suất tỏa nhiệt trên R là

P = IR2.R =

2

2

12 (12 7 ) ( 7 )

R



  0,5

Để công suất lớn nhất thì mẫu số phải đạt min

MS= (12 7 R)

R  min

Áp dụng bất đẳng thức cô si cho mẫu số tìm P đạt max = 5,55W

Dấu “=” ↔ 7 =12/ => R = 12/7 Ω 0,5

1,5

x

d

x2

2 













x

d x

2 2

2 













4 2 2 4

1

x

d

x 

4 2 2 4

1

x

d











 22

2 2 2

4 1 4 4

x

d x

d d













 22

2 2 2

4 1 4 4

x

d x

d

2

4x

d

2 2

4x

d

2

d

4

-HẾT -

2.(1đ)

Điện trở dây dẫn là Rd = 10.0,5 = 5 Ω Điện trở của đoạn dây 40 cm là RAD = 2 Ω 0,5 Khi AD = 40 cm thì dòng qua nguồn E bằng 0, do đó

+ Dòng điện chạy qua dây là I = E1/(Rd + r1) = 1A + Dòng qua nguồn E bằng 0 nên xét vòng AEDA ta có

E -I RAD = 0 -> E = IRAD = 2 V 0,5

1,0

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HẢI PHÒNG

Thời gian bàm bài: 180 phút, không kể thời gian phát đề

Họ, tên thí sinh: ……… Số báo danh: ……….………

Bài 1: (1 điểm)

Một vật chuyển động thẳng biến đổi đều có phương trình: x = t2 – 6t + 10 (m; s) a) Vẽ đồ thị vận tốc – thời gian

b) Mô tả chuyển động của vật

c) Tính quãng đường vật đi được sau 5 giây kể từ thời điểm t0 = 0

Bài 2: (1 điểm)

2.1 Một phòng có kích thước 8m x 5m x 4m Ban đầu không khí trong phòng ở điều kiện chuẩn, sau đó nhiệt độ của không khí tăng lên tới 10oC, trong khi áp suất là 78 cmHg Tính thể

tích của lượng khí đã ra khỏi phòng và khối lượng không khí còn lại trong phòng

2.2 Một bình có thể tích V chứa một mol khí lí tưởng

và có một cái van bảo hiểm là một xilanh (có kích thước rất

nhỏ so với bình) trong đó có một pít tông diện tích S, giữ

bằng lò xo có độ cứng k (hình 1) Khi nhiệt độ của khí là T1

thì píttông ở cách lỗ thoát khí một đoạn là L Nhiệt độ của

khí tăng tới giá trị T2 thì khí thoát ra ngoài Tính T2?

Bài 3: (2 điểm)

Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau (cùng khối lượng, tích điện bằng nhau) được treo vào một điểm bởi hai sợi dây nhẹ không dãn, dài = 40 cm Truyền cho hai quả cầu điện tích bằng nhau có điện tích tổng cộng q = 8.10-6 C thì chúng đẩy nhau các dây treo hợp với nhau một góc 900 Lấy g = 10 m/s2

a Vẽ hình, phân tích các lực khi các quả cầu cân bằng, tìm khối lượng mỗi quả cầu

b Truyền thêm điện tích q’cho một quả cầu, thì thấy góc giữa hai dây treo giảm đi còn 600 Xác định véc tơ cường độ điện trường tại trung điểm của sợi dây treo quả cầu được truyền thêm điện tích này? (vẽ hình) biết khi truyền thêm điện tích thì 2 quả cầu không chạm vào nhau

Bài 4: (1,5điểm)

Cho mạch điện như hình vẽ (Hình 2)

Trong đó R1 = 8 ; R3 = 10 ; R2 = R4 = R5 = 20 ; I3 = 2 A

Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB, hiệu điện thế và

cường độ dòng điện trên từng điện trở

L

Hình 1

Hình 2

1, Tính điện tích của giọt dầu

2, Nếu đột nhiên hiệu điện thế đổi dấu:

a, Hiện tượng xảy ra như thế nào?

b, Tính thời gian giọt dầu rơi xuống bản dưới, biết lúc

đầu giọt dầu ở chính giữa 2 bản

Hình 3 Bài 7: (2 điểm)

Nêu một phương án thực nghiệm xác định điện trở của một ampe kế Dụng cụ gồm: một nguồn điện có hiệu điện thế không đổi, một ampe kế cần xác định điện trở, một điện trở R0 đã biết giá trị, một biến trở con chạy Rb có điện trở toàn phần lớn hơn R0, hai công tắc điện K1 và K2, một số dây dẫn đủ dùng Các công tắc điện và dây dẫn có điện trở không đáng kể

Chú ý: Không mắc ampe kế trực tiếp vào nguồn

- Hết -

Thí sinh không được sử dụng tài liệu Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm Họ tên, Chữ kí của cán bộ coi thi:………

ĐÁP ÁN

1 a) x = t2 – 6t +10 (m) =>

V0= - 6m/s, a = 2m/s2 + Công thức vận tốc – thời gian:

v = 2t – 6 (m/s) và đồ thị

0.5

b) + Toạ độ ban đầu (t0 = 0) ta có x0 =10 m; v0 = - 6 m/s; a = 2 m/s2 + Trong thời gian t 3 s v 0 ; a > 0 : Chuyển động chậm

dần đều + Tại thời điểm t = 3 s v = 0 đổi chiều vận tốc + t > 3 s , v > 0 , a > 0 :Chuyển động nhanh dần đều

0.25

+ Quãng đường đi được gồm 2 phần:

+ Trong thời gian t1 = 3 s  S1 =

a

v

2

2 0

 = 9 m vật lại gần gốc toạ độ

+ Trong thời gian t2 = 5 –2 = 3s  S2 =

2

2

at

= 4 m + Vậy trong thời gian 5 s vật đi được S = s1 + s2 = 9 + 4 = 13 m

0.25

2.1 Lượng không khí trong phòng ở trạng thái ban đầu (điều kiện

chuẩn)

p0 = 76 cmHg ; V0 = 5.8.4 = 160 m3 ; T0 = 273 K Lượng không khí trong phòng ở trạng thái 2:

2.2 Kí hiệu và là các áp suất ứng với nhiệt độ và ; là độ

co ban đầu của lò xo, áp dụng điều kiện cân bằng của piston ta luôn có:

; => ; (1)

V P



1

1 ; => ; P1.V  RT1

R T

V P



2

2 => ; P2.V RT2 => (2)

0.25

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình Như vậy khí thoát ra ngoài khi nhiệt độ của khí lên đến:

0.5

a Ban đầu khi cân bằng mỗi quả cầu chịu tác dụng của 3 lực:

Trọng lực P, Lực điện F và lực căng của dây treo T

35 2

R R

R R

 = 12 ;

R4235 = R4 + R235 = 32 ; R =

4235 1

4235 1

R R

R R

 = 6,4 ;

0.25 0.25

0.25

1

S p l

k.  1

S p L l

k.(  ) 2 k.L(p2 p1)S

) ( 2 11

V

R P

T T V

R P P

) (

) (

1 2

1 2 1

2

RS

kLV T

T2  1

a) Gọi N là số bóng đèn được thắp sáng Khi chúng sáng bình

thường thì công suất tiêu thụ của mạch ngoài là:

P = 3N = UI = (e – rI)I = 24I – 6I2  6I2 – 8I + N = 0 (1) Để

phương trình có nghiệm thì ’ = 16 – 2N  0  N  8 Vậy số

bóng đèn tối đa là 8 bóng

Với N = 8 thì phương trình (1) có nghiệm kép là I = 2 A

Nếu các bóng đèn được mắc thành m dãy, mỗi dãy có n bóng thì

Vậy phải mắc thành hai dãy, mỗi dãy có 3 bóng

Khi đó điện trở mạch ngoài: R =

2

3R đ

= 18  Hiệu suất của mạch là: H1 =

r R

Vậy phải mắc thành 6 dãy, mỗi dãy có 1 bóng đèn

Khi đó điện trở mạch ngoài: R =

6

đ

R

= 2 Hiệu suất của mạch là: H2 =

r R



 Thay số ta có 11

R0

- Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy của biến trở ở bước 2 rồi đóng cả K1 và K2, số chỉ ampe kế là I2

trở tham gia vào mạch điện có giá trị bằng

R0

- Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy của

biến trở ở bước 2 rồi đóng cả K1 và K2, số

- Bước 2: Chỉ đóng K2 và dịch chuyển con

chạy để ampe kế chỉ I1 Khi đó phần biến

trở tham gia vào mạch điện có giá trị bằng

R0

- Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy của

biến trở ở bước 2 rồi đóng cả K1 và K2, số chỉ ampe kế là I2

- Bước 2: Chỉ đóng K2 và dịch chuyển con

chạy để ampe kế chỉ I1 Khi đó phần biến

trở tham gia vào mạch điện có giá trị bằng

- Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy của

biến trở ở bước 2 rồi đóng cả K1 và K2, số chỉ ampe kế là I2

Câu 2 (1 điểm) Điện tích điểm q = - 2.10-8 C di chuyển dọc theo các

cạnh của tam giác đều ABC cạnh a = 8 cm trong điện trường đều có

véc tơ cường độ điện trường song song cạch BC và có độ lớn 400 V/m

(Hình 1) Tính công của lực điện trường khi q dịch chuyển trên mỗi

cạnh của tam giác

Câu 3 (1 điểm) Một tụ điện phẳng không khí có điện dung C = 4 pF,

khoảng cách giữa hai bản bằng 4 cm được tích điện đến điện tích Q =

2.10-8 C

a) Tính hiệu điện thế giữa hai bản tụ

b) Tại cùng một thời điểm, trên cùng một đường thẳng vuông góc với

các bản tụ một êlectrôn bắt đầu chuyển động từ bản âm sang bản dương

và một prôtôn bắt đầu chuyển động từ bản dương sang bản âm Bỏ qua tác dụng của trọng lực và tương tác giữa hai điện tích Hỏi vị trí chúng gặp nhau cách bản dương một khoảng bao nhiêu? Cho khối lượng prôtôn bằng 1840 lần khối lượng êlectrôn

Câu 4 (1 điểm): Hai quả cầu nhỏ khối lượng m và M mang điện tích –q và +Q với Q  q được đặt

trên mặt phẳng ngang không ma sát Ban đầu hai quả cầu cách nhau một khoảng l Đặt hai quả cầu

trong một điện trường E có véc tơ cường độ điện trường hướng từ m đến M Tìm gia tốc chuyển động của các quả cầu và cường độ điện trường E, biết khoảng cách giữa hai

quả cầu luôn không đổi

Câu 5 (2 điểm) Vật khối lượng m được kéo đi lên trên mặt phẳng nghiêng

với lực F, F hợp với mặt phẳng nghiêng góc  Mặt phẳng nghiêng góc

 so với mặt phẳng ngang Hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt phẳng

nghiêng là  (Hình 2)

a) Tìm biểu thức tính F khi vật đi lên đều theo mặt phẳng nghiêng

b) Với m = 5kg,  =45o, =0,5, lấy g = 10m/s 2 Xét vật đi lên đều, tìm

 để F nhỏ nhất, tìm giá trị lực F nhỏ nhất đó

Câu 6 (2 điểm)

1 Có một số điện trở r = 5 () Hỏi phải dùng tối thiểu bao nhiêu

điện trở đó để mắc thành mạch có điện trở 3 () Xác định số điện

trở r, vẽ sơ đồ mạch ?

2 Cho mạch điện như hình vẽ (Hình 3) : trong đó E1 = 6V; r1=1Ω;

r2=3Ω; R1=R2=R3=6Ω

a) Vôn kế V (điện trở rất lớn) chỉ 3V Tính suất điện động E2

b) Nếu đổi chỗ hai cực của nguồn E2 thì vôn kế V chỉ bao nhiêu?

Câu 7 (1 điểm) Cho một nguồn điện không đổi (có điện trở trong),

và 2 vôn kế khác nhau có điện trở hữu hạn Bằng kiến thức đã học,

hãy trình bày phương án xác định suất điện động của nguồn điện bằng một số tối thiểu mạch điện chỉ

dùng các vôn kế

_HẾT _

Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm

Họ tên thí sinh SBD Phòng thi: …………

Hình 3

Lập được công thức: EM = 2k.a.q1/(a +h)3/2

Biện luận được EM max khi h = 0

0,5 0,5

Nếu thí sinh cho điện tích dịch chuyển theo hướng A → C → B →A mà tính

công đúng thì vẫn cho điểm tối đa

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

Câu 3 (01 điểm)

a) Hiệu điện thế giữa hai bản tụ là U = Q/C = 5.103 V 0,25

b) Gọi q là độ lớn điện tích của êlectron Độ lớn gia tốc:

của electron a1 = qE/me

của proton a2 = qE/mp

0,25

Gọi s là là khoảng cách từ điểm gặp nhau tới bản dương thì quãng đường mà êlectron đi

được là d – s, quãng đường proton đi được là s:

d – s = a1.t2/2; s = a2.t2/2

Suy ra: (d – s)/s = a1/a2 = mp/me = 1840 => s = 2,2.10-5 m

0,25 0,25

Vật chuyển động đều nên: F+ +P F mst +N = 0 (*)

Chiếu (*) lên: Ox: Fcos −Psin −F mst =0 (2)

Oy: Fsin+ −N Pcos =0 (3)

Thay F mst = N = (Pcos  −Fsin ) vào (2) ta được: sin cos

Vậy khi  =26, 56o thì min

2

sin cos

47, 431

* Gọi điện trở của mạch là R

Vì R < r nên các điện trở r phải được mắc song song

Giả sử rằng mạch này gồm 1 điện trở r mắc song song với một mạch

nào đó có điện trở X như hình (a)

Ta có : R =

X r

X r

5

 X = 7,5 ()

Với X = 7,5 () ta có X có sơ đồ như hình (b)

Ta có : X = r + Y

 Y = X - r = 7,5 - 5 = 2,5 ()

Để Y = 2,5 () thì phải có 2 điện trở r mắc song

song Vậy phải có tối thiểu 4 điện trở r mắc như

+

= ( ) 4

3 1 2

3 1 2

R R R

R R R R

+ I đến A rẽ thành hai nhánh:

3 2

1 1 3

1 2 2

I R

R

R I

I

=

=

= +

+ UCD = UCA + UAD = -R1I1+ E1 – r1I1 = 6 -3I

+ U CD =3V=> 6 -3I =3 => I = 1A, I = 3A

Với I= 1A: E1 + E2 = ( R + r1 +r2 )I = 8 => E2 = 2V

Với I = 3A: E1 + E2 =8 *3 = 24 => E2 = 18V

b Đổi chỗ hai cực của nguồn E2 thì vôn kế chỉ bao nhiêu

+ Khi đổi chỗ hai cực thì hai nguồn mắc xung đối

- Với E2 = 2V< E1 : E1 phát , E2 thu, dòng điện đi ra từ cực dương của E1

A r

Gọi điện trở của 2 vôn kế là X và Y Gọi E và r lần lượt là suất điện động và điện

trở trong của nguồn khi đó:

+ mạch ngoài gồm mỗi X thì 1

1 1