Tài liệu đề và đáp án hsg vật lý 11 năm 2015 2016, trường thpt nguyễn xuân ôn

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT NGUYỄN XUÂN ÔN ĐỀ CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG LỚP 11 MÔN: VẬT LÝ. NĂM HỌC: 2015 – 2016 Thời gian làm bài 150 phút (không kể thời gian giao đề) Câu1(4đ). Điện tích điểm q 1 =16.10 - 6 C đặt tại A trong môi trường có hằng điện môi   2 a) Xác định cường độ điện trường tại điểm B cách A một khoảng 30 cm. b) Nếu đặt thêm tại B điện tích điểm q 2 =4.10-6 C. Xác định vị trí điểm M tại đó cường độ điện trường bằng không. Câu 2(6đ). Cho mạch điện như hình vẽ bên: E = 8V ; r =1; R1 = 0,6 ; R2 = 6 ;R3 = 4. ,r R1 a) Tính cường độ dòng điện qua các điện trở. b) Tính công suất của nguồn điện R2 A B R3 c) Tính điện năng tiêu thụ trên điện trở R3 trong 8 phút. Câu 3(4đ). Cho mạch điện như hình bên. Trong đó các tụ điện có điện dung thỏa mãn: C1  C2  2C3  2C4 . Ban đầu mắc vào hai điểm A, B một hiệu điện thế không đổi U, sau đó tháo nguồn ra rồi mắc vẫn nguồn đó vào hai điểm M, N. Biết rằng trong cả hai lần mắc nguồn, điện thế các điểm A, B, M, N thoả mãn: VA > VB; VM > VN. Tính hiệu điện thế giữa hai điểm A, B khi mắc hiệu điện thế U vào hai điểm M, N. Áp dụng bằng số: U = 20V. Câu 4(4đ). Cho mạch như hình vẽ bên: nguồn có suất điện động E = 30V, điện trở trong r = 3  ; R1 = 12  ; R2 = 36  ; R3 = 18  ; Điện trở Ampekế và dây nối không đáng kể. B a) Tìm số chỉ Ampekế và chiều dòng điện qua nó b) Thay Ampekế bằng một biến trở R4 có giá trị biến đổi từ 2  đến 8  . Tìm R4 để dòng điện qua R4 đạt giá trị cực đại. Câu 5(2đ). Cho các dụng cụ và linh kiện sau: C2 A C1 M C3 C4 B N A R1 R2 D F R3 G E, r - Hai vôn kế khác nhau có điện trở chưa biết R1 và R2. - Một điện trở mẫu có giá trị R0 cho trước. - Một nguồn điện một chiều chưa biết suất điện động và điện trở trong. - Dây dẫn điện Yêu cầu: - Thiết lập công thức tính suất điện động của nguồn điện, có vẽ sơ đồ mạch điện minh hoạ. - Nêu phương án đo điện trở trong của nguồn, điện trở R1, R2 của hai vôn kế. Có vẽ sơ đồ mạch điện minh hoạ. HẾT ./. HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HSG CẤP TRƯỜNG VẬT LÝ 11. NĂM HỌC 2015-2016 Câu Nội dung r a) Cường độ điện trường do q1 gây ra tại B là EB có: A q1 B r EB + điểm đặt, phương, chiều như hình vẽ:……................................................ 9 = 9.10 . vì hai điện tích cùng dấu nên M phải nằm trong đoạn thẳng AB mà |q1| > |qr 2| nên M nằm gần B hơn A như hình vẽ:..................................... Câu 1 A r E1 M x E2 q1 q1  .(r  x) 2 k q2  .x 2  x 2 . q1  ( r  x) 2 q2 ................................................ x2.16.10-6 = (30 – x)2.4.10-6  (2x)2 = (30 – x)2  2x = 30 – x ………….  x = 10 cm vậy M cách A 20 cm cách B 10 cm………………………………………... a)R2//R3  R23  R2 R3 6.4  = 2,4 ....................................................... R2  R3 6  4 R23 nt với R1 nên R = R1 + R23 = 0,6 + 2,4 = 3 ......................................... Ta có I1  I 23  I  E 8  = 2 A........................................................... R  r 3 1 U2 = U3 = U23 = I23.R23 = 2.2,4 = 4,8 V…………………………………… Câu 2 U 2 4,8  = 0,8 A................................................................................... R2 6 U 4,8 I3  3  = 1,2 A.................................................................................... R3 4 b) Công suất của nguồn điện: Png = E .I = 8.2 = 16 W…………………… I2  c)Điện năng R3 tiêu thụ: A3 = R3.I32.t = 4.1,22.8.60 =2764,8 J................... Câu 3 0,5 0,5 0,5 B q2 Gọi x là khoảng cách từ M đến B ta có E1 = E2............................................  k 0,5 6 16.10 5 2 = 8.10 V/m……………………… 2 2.0,3  .r r r r r r b) Ta có E M= E1 + E2 = 0  E1 = - E2 ........................................................... 11 + Độ lớn: EB  9.109 Điểm * Khi nối vào A, B hiệu điện thế U ta có; CU q1  C1U; q 2  q 3  q 4  1 …………………………………………………… 5 * Khi nối M,N với hiệu điện thế U gọi điện tích trên các tụ tương ứng khi đó là: 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 0,5 0,5 0,5 1 1 0,5 q1/ , q 2/ , q 3/ , q 4/ ; Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có 6C U q1/  q 2/  q1  q 2  1 ; (1). ………………………. 5 A 6C U q1/  q /4  (q1  q 4)   1 ; (2). ………………….. 5 / / / q 2 q1 2q 4    U; (3). ………………………………….. C1 C1 C1 C1 0,5 B C2 C3 C4 0,5 C3 / / * Từ (1) và (2) ta có: q 2  q 4 …………………………. A B M N / / * Thế vào (3) ta có: 3q 2  q1  C1U; (4). C2 C1 C4 23C1U / * Giải hệ (1) và (4) ta có: q1  ………………………………………. 20 q / 23 / U ……………….. * Vậy hiệu điện thế hai đầu A, B khi đó là: U AB  1  C1 20 / * Thay số: U AB = 23V………………………………………………………….. Câu 4 a. * Vẽ lại mạch ta có: Mạch ngoài: (R2//R3) nt R1............................................ A R23 = 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 R1 R 2R 3 R2 F R3 B …………………………… G = 12  ; Rn = R1 + R23 = 24  D R2 + R3 E, r E 30 10 * Dòng điện mạch chính: Ic = = = A............................... Rn + r 24 + 3 9 0,5 0,5 R 3 10 40 I1 = Ic = I23 => U23 = I23.R23 = .12 = V = U2 = U3 .................................... 9 3 R1 G R2 F B U2 10 20 D I2 = = A; I3 = Ic – I2 = A = IA. ................................................ R2 27 27 0,5 0,5 E, r Vậy Ampekế chỉ 20 A = 0,74A và dòng điện có chiều từ D sang G ................ 27 0,5 b. R4 * Khi thay Ampekế bằng biến trở R4: Ta có: Mạch ngoài: [(R3 nt R4) // R2] nt R1......................................................... R R F R B 1 2 D E, r 3 G 0,5 R34 = R3 + R4 = 18 + R4. R 2 R 34 36(18 + R 4 ) R234 = = R 2 + R 34 54 + R 4 36(18 + R 4 ) 1296 +48R 4 Rn = R1 + R234 = 12 + = 54 + R 4 54 + R 4 E, r V1 V 2 Cả phép E, r biến đổi và E, r đưa ra 30 kết 30(54 + R ) E 4 * Dòng điện mạch chính: Ic = = 1296 + 48R 4 + 3 2= = quả Rn + r 1458 + 51R 4 54 + R 4 đúng cho 1 10(54 + R 4 ) 0,5 486 +17R 4 điểm 10(54 + R 4 ) 36(18 + R 4 ) 360(18 + R 4 )   U234 = Ic.R234 . = U34 = U2 486 +17R 4 54 + R 4 486 +17R 4 U 34 360(18 + R 4 ) 360 I34 = = = = I3 = I 4 R 34 (486 +17R 4 )(18 + R 4 ) (486 +17R 4 ) Vậy: Để I4max thì (486 + 17R4)min => R4min = 2  . ....................................... V V Câu 5 * Xác định suất điện động của nguồn điện. mắc theo sơ đồ như hình vẽ: Đọc số chỉ 2 vôn kế là U1 và U2, suy ra U1 R1  (1) U 2 R2 - mắc riêng từng vôn kế theo sơ đồ như hình vẽ: Số chỉ 2 vôn kế là U1’ và U2’. Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch: E  U1'  U1' U' .r và E  U 2'  2 .r R1 R2 (2) E  U1' U 1' R2 U1'U 2' (U1  U 2 )  . E  suy ra (3) E  U 2' U 2' R1 U 2' U1  U1'U 2 * Phương án xác định các điện trở. Mắc mạch điện theo sơ đồ: Vẽ hình đúng cho 0,5 điểm Đưa ra biểu thức ( 3)cho 0,5 điểm Vẽ hình đúng cho 0,5 điểm " " Số chỉ 2 vôn kế là U1 và U 2 U1'' U 2'' U 2''   (4) R1 R0 R2 Thay (1) vào (4) suy ra R 1 và R2, kết hợp với phương trình 2 suy ra r. Kết hợp được biểu thức (1) và (4) đưa ra biểu thức tính r cho 0,5 điểm