Tài liệu 30 đề thi học sinh giỏi vật lý 11 có đáp án chi tiết

30 ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 11 CÓ ĐÁP ÁN CHI TIẾT Tp. Hồ Chí Minh, 2017 UBND TỈNH HÀ TĨNH SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Đề chính thức KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH LỚP 11 THPT NĂM HỌC 2010 -2011 Môn thi: Vật lý Thời gian làm bài: 180 phút Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ 1: Biết E = 6,9 V, r = 1 , R1 = R2 = R3 = 2 , điện trở ampe kế không đáng kể, điện trở vôn kế rất lớn. a. Các khóa K1, K2 đều mở. Tìm số chỉ vôn kế? b. Khóa K1 mở, K2 đóng, vôn kế chỉ 5,4 V. Tìm R4 và hiệu điện thế giữa hai điểm A, D? c. Các khóa K1, K2 đều đóng. Tìm số chỉ của ampe kế? d. Các khóa K1, K2 đều đóng, mắc thêm điện trở R5 song song với đoạn mạch AEB thì công suất mạch ngoài đạt giá trị cực đại. Tìm R5? Bài 2: Cho cơ hệ như hình vẽ 2. Biết  = 300, m1 = 3 kg, m2 = 2 kg, M = 2 kg, ma sát giữa m2 và M là không đáng kể, g = 10 m/s2. Bỏ qua khối lượng dây nối và ròng rọc, dây không dãn, 1. M đứng yên. a. Tìm gia tốc của các vật m1 và m2? b. Tìm áp lực của dây lên ròng rọc? 2. Tìm điều kiện của hệ số ma sát giữa M và mặt bàn nằm ngang để M không bị trượt trên bàn. Bài 3: Một dây dẫn có dạng nửa đường tròn bán kính 20 cm được đặt trong mặt phẳng vuông góc với cảm ứng từ B của một từ trường đều có độ lớn B = 0,4 T. Cho dòng điện I = 5 A đi qua dây. Tìm lực từ F tác dụng lên dây dẫn này? Bài 4: Một bình kín hình trụ đặt thẳng đứng được chia thành hai phần bằng một pittông cách nhiệt, ngăn trên và ngăn dưới chứa cùng một lượng khí như nhau của một chất khí. Nếu nhiệt độ hai ngăn đều bằng T1 = 400 K thì áp suất ngăn dưới P2 gấp đôi áp suất ngăn trên P1. Nếu nhiệt độ ngăn trên không đổi T1, thì nhiệt độ T2 của ngăn dưới bằng bao nhiêu để thể tích hai ngăn bằng nhau? Bài 5: Hai quả cầu kim loại nhỏ giống 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. 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 cường độ điện trường tại trung điểm của sợi dây treo quả cầu được truyền thêm điện tích này? V E,r A B R3 m2 R1 C  R2 A K1 D Hình vẽ: 1 M K2 R4 Hình vẽ: 2 -------Hết------Họ và tên thí sinh………………………………….SBD………… m1 HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI TÍNH NĂM HỌC 2010 - 2011 Môn: Vật lí 11 Bài Bài 1 Câu Hướng dẫn giải Điểm 5điểm a 1,5đ K1, K2 mở Rn = R1 + R2 = 4  I = E/(R + r) = 1,38 A UV = I.Rn = 5,52 V b K1 mở, K2 đóng 1,25đ I = (E – UV)/r = 1,5 A UAC = I.R3 = 3 V UCB = UV – UAC = 2,4 V IR1 = UCB/R1 = 1,2 A  IR2 = IR4 = 0,3 A UR2 = IR2.R2 = 0,6 V  UR4 = UCB – UR2 = 1,8 V R4 = UR4/ IR4 = 6  UAD = UAC + UR2 = 3,6 V c K1, K2 đóng 1,25đ R23 = R2 + R3 = 1 ; R123 = R23 + R1 = 3  Rn = R123.R4/( R123 + R4) = 2  I = E/(Rn + r) = 2,3 A UV = E – I.r = 4,6 V IR4 = UV/R4 = 0,77A IR1 = I – IR4 = 1,53A UR1 = IR1.R1 = 3,06 V UR2 = UR3 = UV – UR1 = 1,54 V I2 = U2/R2 = 0,77A IA = IR2 + IR4 = 1,54 A d P = Rn.I2 = Rn.E2/(Rn + r)2  E2/4r 1đ Pmax = E2/4r khi Rn = r = 1  Do R1234 = 2  Suy ra: R5 = 2  0,5 0,5 0,5 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5 0,25 0,25 5điểm Bài 2 1a 1,5đ Chọn chiều dương là chiều chuyển động Các lực tác dụng lên m1: Trọng lực P1, lực căng dây T1 P1 – T1 = m1a1 Các lực tác dụng lên m2: Trọng lực P2, lực căng dây T2, phản lực vuông góc N2 T2 – P2sin = m2a2 Do dây không dãn nên: a1 = a2 = a; T1 = T2 = T1’ = T2’ = T Suy ra: a1 = a2 = (P1 – P2sin)/(m1 + m2) = 4 m/s2 0,25 0,25 0,25 T2 N2 Hình vẽ 0,25 0,25 0.25 T2 m2 T1 0,5 T1 P2  M m1 P1 1b T = P1 – m1a = 18 N 0,75đ Áp lực tác dụng lên trục của ròng rọc: 0,25 T2 Q  T1  T2 0,25 T1 Độ lớn: Q = 2T.cos300 = 18 3 N 0,25 Q 2 Các lực tác dụng vào vật M: 2,25đ P , N , T , T , N ' , F 2 ms 2 1 0,25 Ta có: P + N + T2 + T1 + N 2' + Fms = 0 N2’ = N2 = P2cos = 10 3 N Fmsn = T2x – N2x’ = T2cos - N2’sin = 4 3 N N = P + T1 + T2y + N2y’ = P + T1 + T2sin + N2’cos = 62 N Để M không bị trượt trên bàn thì ma sát giữa M và bàn là ma sát nghỉ: N Fmsn  N    Fmsn/N = 0,11 T2 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 T1 Hình vẽ 0,5 Fmsn N2’ P Bài 3 3đ Chia vòng dây thành nhiều phần tử nhỏ li và li’ đối xứng nhau qua trục đối xứng của vòng dây. Lực từ tác dụng lên mỗi phần tử nhỏ đó là li’ li Fi = BIli , Fi’ = BIli’ Fix = BIlisin , Fix’ = BIli’sin Fiy = BIlicos = BIxi Fi’ = BIli’cos = BIxi’ Fix’ Fix Lực từ tác dụng lên vòng dây: xi’ xi '  F   Fi   Fi Fi Fi’ Fiy,Fiy’ 3điểm 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 F  F  F  F =  F  F (Do  F  F  0 ) Độ lớn: F =  F   F =  BIx   BIx ' = BI.2R = 0,8 N = ' ix iy iy iy 0,25 ' ix iy ' ' ix 0,25 ix ' iy i 0,25 0,25 0,25 iy i Hình vẽ 3điểm Bài 4 3đ Gọi áp suất gây bởi pittông là P0 = P/S Ta có: P1 + P0 = P2 = 2P1  P0 = P1 P1V1 = P2V2 = 2P1V2  V1 = 2V2 Gọi thể bình là V, ta có: V1 = 2V/3; V2 = V/3; V1’ = V2’ = V/2 Với ngăn trên: P1V1 = P1’V1’ P1’ = 4P1/3 Với ngăn dưới: P2V2/T1 = P2’ V2’/T2  T2 = 3P2’T1/2P2 Do P2’ = P1’ + P0 = 7P1/3 Suy ra: T2 = 700K 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,25 0,25 4điểm Bài 5 a 1,5đ b 2đ 0,5 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 P  F T  0 F = Ptan kq12/r2 = mgtan m = kq12/r2gtan = 0,045 kg = 45 g Khi truyền thêm điện tích q’ hai quả cầu cùng tích điện dương. F’ = Ptan’ E kq1q2’ /r’2 = mgtan’ q2’ = r’2mgtan’/kq1 = 1,15.10-6 C E2  E1 2 5 E1 = kq1/(  3 / 2 ) = 3.10 V/m E2 = kq2’/( / 2 )2 = 2,6.105 V/m T E = E12  E22 = 3,97.105 V/m  4.105 V/m F’ tan = E1/E2 = 3/2,6   = 490 q1 q2’ P Hình vẽ Nếu sau khi truyền q’ hai quả cầu cùng mang điện tích âm: q1’ = q2’ kq1’2 /r’2 = mgtan’ q1’2 = r’2mgtan’/k  q1’ = - 2,15.10-6 C E1 = kq1’/(  3 / 2 )2 = 1,6.105 V/m E2 = kq2’/( / 2 )2 = 4,8.105 V/m E1 2 2 5  E = E1  E2  5.10 V/m E2 T 0 E tan = E1/E2 = 1,6/4,8    18 F’ Hình vẽ q1’ P q2’ 0.25 0,25 0,5 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Lưu ý: Học sinh giải theo cách khác đúng cho điểm tối đa tương tự theo từng câu. SỞ GIÁO DỤC-ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC ĐỀ CHÍNH THỨC KÌ THI CHỌN HSG LỚP 10 NĂM HỌC 2011-2012 ĐỀ THI MÔN:VẬT LÍ Thời gian:180 phút (không kể thời gian giao đề) Câu 1: Một vật bắt đầu chuyển động nhanh dần đều từ điểm O trên trục Ox, theo chiều dương với gia tốc a. Sau khoảng thời gian t0 thì vật chuyển động với gia tốc –a. Hỏi sau bao lâu kể từ lúc bắt đầu chuyển động thì vật lại về đến điểm O? Cho biết tính chất của chuyển động sau khoảng thời gian t 0? m Câu 2: r Một vật nhỏ khối lượng m trượt không vận tốc ban đầu từ đỉnh nêm có góc a 0 nghiêng α=30 so với phương ngang (hình 1). Hệ số ma sát giữa vật với mặt nêm là µ=0,2.Lấy g=10 m/s2. Mốc thế năng tại chân mặt phẳng nghiêng. a)Nêm được giữ cố định. Khi vật đến chân nêm thì có bao nhiêu phần trăm α cơ năng của vật chuyển hóa thành nhiệt năng? Hình 1 b)Nêm được kéo cho trượt sang trái với gia tốc không đổi a =2 m/s2 trên sàn nằm ngang. Tìm gia tốc của m so với nêm khi nó được thả cho chuyển động. Câu 3: Một thanh AB đồng chất, tiết diện đều khối lượng m=100kg có thể quay tự do quanh một trục đi qua đầu A và vuông góc với mặt phẳng nghiêng như hình vẽ (hình 2). Thanh được giữ cân bằng theo phương r hợp với phương ngang góc α=300 nhờ một lực F đặt vào đầu B, phương r của lực F có thể thay đổi được. r a) F có phương nằm ngang.Tìm giá trị của lực F. b)Tìm giá trị nhỏ nhất của lực F để có thể giữ thanh như đã mô tả. Câu 4: Hình 2 2 Một vật khối lượng m=800g, chuyển động trên trục Ox theo phương trình x=t -5t+2(m), t có đơn vị là giây. Xác định độ biến thiên động lượng của vật kể từ thời điểm t0=0 đến thời điểm t1=2s, t2=4s. Câu 5: Hai quả bóng nhỏ đàn hồi có khối lượng m1 và m2 (m1to là: 1 (2đ) 1 1 x = x o + vo (t − t o ) − a (t − t o ) 2 = − at 2 + 2at o t − at o2 ……………………………. 2 2 0,25 Khi vật trở về điểm O ta có: x=0…………………………………………………… ⇔ t 2 − 4tot + 2to2 = 0 ⇔ t = to (2 + 2) …………………………………………………... 0,25 Sau thời điểm to, vật bắt đầu chuyển động chậm dần đều cho đến lúc dừng lại tức thời. Sau đó vật chuyển động nhanh dần đều theo chiều ngược lại về điểm O…….. 0,25 0,25 0,25 2 (2đ) a) Lực ma sát: Fms = μ.N = μmg.cosα ....................................................................... 0,25 Công của lực ma sát: Ams = Fms.l với l là chiều dài nêm............................................ 0,25 Cơ năng ban đầu của vật: W = mgh = mgl.sinα......................................................... 0,25 A ms µ = = 34,6%................................................................................................. W tan α b) Các lực tác dụng vao vật m như hình vẽ 1. 0,25 r Fns r a r P Phương trình định luật II cho vật: r r r r r P + N + Fms = m(a 12 + a ) ...................................... r N HV 0,25 α 0,25 Chiếu lên phương vuông góc với nêm và song song với nêm ta được: N + ma.sin α - mg.cos α = 0 mg.sin α + ma.cos α – Fms = m.a12.............................................................................. a12 = g. sin α + a. cos α − µ ( g. cos α − a. sin α ) = 5,2 m/s2.................................... a) Các lực tác dụng vào thanh AB và không đi qua trục quay A như hình vẽ. A 0,25 0,25 α r P B r F HV 0,25 Phương trình mômen với trục quay ở A. mg. AB cos α = F.AB.sin α........................................................................................ 2 mg F= = 866 N................................................................................................. 2. tan α 0,25 0,50 b) Muốn F có giá trị nhỏ nhất thì F phải có phương vuông góc với AB.................... 2. mg. AB cos α = F.AB................................................................................................. 2 Fmin = 4. (2đ) mg. cos α = 433 (N)....................................................................................... 2 0,50 0,25 0,25 Áp dụng phương trình chuyển động tổng quát: x= 1 2 at + vo t + xo ta có: a=2m/s2, vo=-5m/s, xo=2m............................................... 2 phương trình vận tốc của vật là: v = v o + at = −5 + 2t ……………………………... 0,5 * Sau 2s, vận tốc của vật là: v=-5+4=-1m/s………………………………………... 0,25 - Như vậy sau 2s thì vật vẫn chuyển động ngược chiều dương, nên độ biến thiên ur ur uur  động lượng của vật là: ∆ P = P1 − Po → ∆P = P1 − Po = 0,8.(−1) − 0,8.(−5) = 3, 2  kg .m  ÷…….  s  0,25 * Sau 4s, vận tốc của vật là: v=-5+8=3m/s…………………………………………. - Như vậy sau 4s thì vật đổi chiều chuyển động và chuyển động cùng chiều dương, nên độ biến thiên động lượng của vật là:…………………………………………… ur uur uur  kg .m  ∆ P = P2 − Po → ∆P = P2 − Po = 0,8.3 − 0,8.(−5) = 6, 4  ÷.  s  ……………………….............. 0,25 0,25 0,25 0,25 a) Khi quả bóng 2 sắp chạm đất thì cả hai đều có vận tốc là v = 2 gh ............ ....... 0,25 Quả 2 chạm đất và nảy lên va chạm với quả 1. Quả 1 sẽ nhận được năng lượng lớn nhất có thể nếu quả dưới sau khi va chạm với quả trên thì đứng yên........................ 0,25 Chọn chiều dương hướng lên. Gọi u là vận tốc của quả 1 ngay sau va chạm với quả 2. Định luật bảo toàn động lượng ta có: (m2 − m1 ).v = m1 .u (1)................................... Định luật bảo toàn cơ năng ta có: (m1 + m2 ) 5(2đ) 2 v u = m1 2 2 (2).................................... Từ (1) và (2) suy ra: u = 2v Thay u=2v vào (1) ta được 3. 0,25 0,25 m1 1 = ………………………………………………... m2 3 b) (m2 − m1 ).v = m1v1 + m2 v 2 (3) (m1 + m2 ) 0,25 2 v2 v2 v2 = m1 1 + m2 2 (4)............................................................................. 2 2 2 0,25 0,25 (3m − m )v 2 1 Từ (3) và (4) suy ra: v1 = m + m …………………………………………........... 2 1 =3v (vì m1< I1 = + I đến A rẽ thành hai nhánh: I 2 R1 + R3 2 3 + Điện trở toàn mạch R = + UCD = UCA + UAD = -R1I1+ E1 – r1I1 = 6 -3I 0,5 0,5 0,25 + U CD = 3V 0,25 + 6 -3I = ± 3 => I = 1A, I = 3A. 0,25 Với I= 1A: E1 + E2 = ( R + r1 +r2 )I = 8 => E2 = 2V Với I = 3A: E1 + E2 =8 *3 = 24 => E2 = 18V 2. Đổi chỗ hai cực của nguồn E2 thì vôn kế chỉ bao nhiêu ( 2 đ). + 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 - I= E1 − E2 = 0,5 A R + r1 + r2 UCD = UCA + UAD =6 -3I = 4,5V - Với E2 = 18V > E1: E2 là nguồn, , E1 là máy thu I= E2 − E1 = 1,5 A R + r1 + r2 UCD = UCA + UAD = R1I1 + E1 +r1I = 6 +3I = 10,5V 0,5 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5