Đang tải... (xem toàn văn)
Đề thi dùng cho việc tuyển chọn đội tuyển học sinh giỏi môn vật lý do các thầy cô tại trường THPT Nguyễn Sỹ Sách Nghệ An biên soạn, với chất lượng đề cao, biểu điểm và đáp án chi tiết. Là tài liễu hữu ích cho việc bồi dưỡng học sinh có năng khiếu và đam mê với môn học.
SỞ GD & ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT NGUYỄN SỸ SÁCH ĐỀ THI HSG TRƯỜNG NĂM HỌC 2011 - 2012 Môn: VẬT LÍ, khối 11 (Thời gian làm bài: 150 phút, không kể thời gian phát đề) Câu 1(3 điểm): Một ống thuỷ tinh nhỏ, tiết diện đều, một đầu kín, một đầu hở, chứa một khối khí lí tưởng được ngăn cách với không khí bên ngoài bằng cột thuỷ ngân có chiều cao h = 119mm. Khi ống thẳng đứng miệng ống ở dưới, cột không khí có chiều dài l 1 = 163mm. Khi ống thẳng đứng miệng ống ở trên, cột không khí có chiều dài l 2 = 118mm. Coi nhiệt độ khí không đổi. Tính áp suất p o của khí quyển và độ dài l o của cột không khí trong ống khi ống nằm ngang. Câu 2 (5 điểm): Cho mạch điện như hình vẽ (hình 1). Biết E 1 = 6V, r 1 = 1Ω, r 2 = 3 Ω, R 1 = R 2 = R 3 = 6 Ω. Vôn kế lí tưởng. a) Vôn kế chỉ 3V. Tính suất điện động E 2 . b) Nếu nguồn E 2 có cực dương nối với B, cực âm nối với D thì vôn kế chỉ bao nhiêu? Câu 3 (4 điểm): Một tụ điện phẳng có hai bản cực hình vuông cạnh a = 30 cm, đặt cách nhau một khoảng d = 4 mm nhúng chìm hoàn toàn trong một thùng dầu có hằng số điện môi 4,2 = ε như hình vẽ (hình 2). Hai bản cực được nối với hai cực của một nguồn điện có suất điện động E = 24 V, điện trở trong không đáng kể. a) Tính điện tích của tụ. b) Bằng một vòi ở đáy thùng dầu, người ta tháo cho dầu chảy ra ngoài và dầu trong thùng hạ thấp dần đều với vận tốc v = 5mm/s. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch trong quá trình dầu hạ thấp. c) Nếu ta bỏ nguồn điện trước khi tháo dầu thì điện tích và hiệu điện thế của tụ thay đổi thế nào? Câu 4 (5 điểm): Cho quang hệ đồng trục như hình vẽ (hình 3). Biết f 1 = 24 cm; f 2 = - 12 cm; l = O 1 O 2 = 48 cm. a) Cho OA = 42 cm, hãy xác định vị trí, tính chất, số phóng đại ảnh của vật cho bởi quang hệ. b) Xác định vị trí vật để ảnh cho bởi quang hệ là thật. c) Xác định khoảng cách l để độ lớn của ảnh cuối cùng qua hệ không phụ thuộc vào vị trí của vật AB. Câu 5 (3 điểm): Trên một mặt phẳng nghiêng góc α = 45 0 với mặt phẳng ngang có hai dây dẫn thẳng song song, điện trở không đáng kể nằm dọc theo đường dốc chính của mặt phẳng nghiêng ấy như vẽ (hình 4). Đầu trên của hai dây dẫn ấy nối với điện trở R = 0,1Ω. Một thanh kim loại MN = l = 10 cm điện trở r = 0,1 Ω khối lượng m = 20g đặt vuông góc với hai dây dẫn nói trên, trượt không ma sát trên hai dây dẫn ấy. Mạch điện đặt trong một từ trường đều, cảm ứng từ B r có độ lớn B = 1T có hướng thẳng đứng từ dưới lên trên. Lấy g = 10m/s 2 . a) Thanh kim loại trượt xuống dốc. Xác định chiều dòng điện cảm ứng chạy qua R b) Chứng minh rằng lúc đầu thanh kim loại chuyển động nhanh dần đến một lúc chuyển động với vận tốc không đổi. Tính giá trị của vận tốc không đổi ấy. Khi đó cường độ dòng điện qua R là bao nhiêu? Hình 1 A B C R 1 R 2 R 3 D E 1 ,r 1 E 2 ,r 2 V Hình 2 Hình 3 O 1 O 2 A B R N M v α B Hình 4 E Đề chính thức Hết SỞ GD & ĐÀO TẠO NGHỆ AN KỲ THI HSG TRƯỜNG NĂM HỌC 2011 - 2012 TRƯỜNG THPT NGUYỄN SỸ SÁCH Môn: VẬT LÍ, khối 11 HƯỚNG DẪN VÀ BIỂU ĐIỂM CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC (Hướng dẫn và biểu điểm chấm thi này gồm 03 trang) Câu Nội dung Điểm 1 (3đ) Khi miệng ống ở dưới, không khí trong ống có thể tích V 1 =Sl 1 , áp suất p 1 =(p o -h) mmHg. 0,5 Khi miệng ống ở trên, không khí trong ống có thể tích V 2 =Sl 2 , áp suất p 2 =(p o +h) mmHg. 0,5 Quá trình đẳng nhiệt: p 1 V 1 =p 2 V 2 1 2 ( ) ( ) 743 o o o Sl p h Sl p h p mmHg ↔ − = + → = 1,0 Khi ống nằm ngang, không khí trong ống có thể tích V o = Sl o , áp suất p o . 0,5 Quá trình đẳng nhiệt: p 1 V 1 = p o V o ⇒ 1 ( ) 137 o o o o Sl p Sl p h l mm= − → = 0,5 2 (5đ) 0,5 Điện trở mạch ngoài là: Ω= ++ + = 4 )( 312 312 RRR RRR R 0,5 I đến A rẽ thành hai nhánh: 1 2 1 2 1 3 1 2 3 I R I I I R R = = → = + 0,5 U CD = U CA + U AD = - R 1 I 1 + E 1 – r 1 I = 6 - 3I 0,5 VU CD 3= → 6 - 3I = 3 ± → I = 1A, I = 3A 1,0 * Với I = 1A → E 1 + E 2 = ( R + r 1 +r 2 )I = 8 → E 2 = 2V 0,5 * Với I = 3A→ E 1 + E 2 = 8 .3 = 24 → E 2 = 18V 0,5 Khi đổi chỗ hai cực thì hai nguồn mắc xung đối. Với E 2 = 2V < E 1 : E 1 phát, E 2 thu, dòng điện đi ra từ cực dương của E 1 2 1 2 0,5I A R r r − = = + + 1 E E → U CD = U CA + U AD = 6 - 3I = 4,5V 0,5 Với E 2 = 18V > E 1 : E 2 là nguồn, E 1 là máy thu 2 1 2 1,5I A R r r − = = + + 1 E E ⇒ U CD = U CA + U AD = R 1 I 1 + E 1 + r 1 I = 6 + 3I = 10,5V 0,5 3 (4đ) Điện dung của tụ điện: F dK S C 10 10.8,4 4 − == π ε 0,5 Điện tích của tụ điện: Q = C.U = C.E = 115.10 -10 C 0,5 Gọi x là độ cao của bản tụ ló ra khỏi dầu : x = vt, khi dầu tụt xuống tụ trở thành 2 tụ mắc song song. 0,25 Tụ C 1 có điện môi không khí: d vta d ax C . 00 1 εε == 0,25 Tụ C 2 có điện môi là dầu: d vtaa d xaa C )()( 00 2 − = − = εεεε 0,25 A B C R 1 R 2 R 3 V D E 1 ,r 1 E 2 ,r 2 I 2 I 1 I Điện dung của tụ trong khi tháo dầu: 1 2 ( 1) 1 vt C C C C a ε ε − = + = − 0,25 Điện tích của tụ trong khi tháo dầu: , , ( 1) 1 vt Q C Q a ε ε − = = − E 0,5 Dòng điện: A a v Q t QQ t Q I 10 , 10.12,1 )1( − = − = − = ∆ ∆ = ε ε 0,5 Nếu bỏ nguồn: Q không thay đổi, vì C thay đổi nên U thay đổi. 0,25 U a vt U C Q U > − − == ε ε )1( 1 , , 0,25 Khi tháo hết dầu thì : vt = a, UU ε = , 0,5 4 (5đ) Sơ đồ tạo ảnh: 1 2 ' ' 1 1 2 2 1 1 2 2 ; ; O O d d d d AB A B A B→ → 0,25 Ta có: ' 1 1 1 1 1 d f d d f = − = 56cm 0,25 d 2 = l – d’ 1 = -8 cm; 0,25 ' 2 2 2 2 2 d f d d f = − = 24 cm 0,25 Số phóng đại: k = ' ' 1 2 1 2 ( )( ) d d d d − − = - 4 0,5 Vậy ảnh cuối cùng qua hệ là ảnh thật cách thấu kính O 2 một đoạn 24 cm, ngược chiều với vật và lớn gấp 4 lần vật 0,5 ' 1 1 1 1 1 d f d d f = − = 1 1 24 24 d d − 0,5 ⇒ d 2 = l – d 1 ’ = 1 1 24( 48) 24 d d − − ⇒ ' 2 2 2 2 2 d f d d f = − = 1 1 8(48 ) 40 d d − − 0,5 Để ảnh cuối cùng là ảnh thật thì d’ 2 > 0 ⇒ 40cm < d 1 < 48 cm 0,5 Ta có 1 2 1 2 1 2 / 1 1 2 2 1 1 2 1 . . . ( ) f f f f k k k f d f d f d f l d = = = − − − − − → 1 2 1 2 1 1 1 1 2 1 2 1 1 1 2 1 1 ( ) ( )( ) f f f f k d f d l f f f f lf f d f l d f = = − − + − − − + − 0,5 Để ảnh có chiều cao không phụ thuộc vào vị trí của vật thì: l - f 1 - f 2 = 0 với mọi d 1 0,5 Suy ra: l = f 1 + f 2 = 24 + (-12) = 12cm 0,5 Lưu ý: HS có thể nhận xét khi đầu A trượt trên tia tới song song với trục chính thì đầu A 2 của ảnh tạo bởi hệ cũng trượt trên tia ló song song với trục chính. Khi đó coi d 1 = ∞ , d 2 / = ∞ . suy ra F 1 / ≡ F 2 → l = f 1 + f 2 = 10cm 5 (3đ) Khi thanh MN trượt xuống dốc, trong thanh MN xuất hiện suất điện động cảm ứng có chiều N đến M (Quy tắc bàn tay trái). Vậy dòng điện chạy qua R theo chiều từ M đến N 0,5 Thanh MN trượt xuống dốc do tác dụng của 1 P r (nằm theo đường dốc chính) của trọng lực P r : P 1 = P.sinα = mg.sinα 0,25 Kí hiệu v là vận tốc chuyển động của thanh MN. Độ lớn của suất điện động cảm ứng: E C = B.l.v.sin( ,B v r r ) = B.l.v.sin (90 0 + α) = B.l.v.cos α 0,25 Trong thanh MN xuất hiện dòng điện cảm ứng có cường độ I : cos C Blv I R r R r α = = + + E Và có chiều chạy qua thanh MN theo chiều từ N đến M ( theo quy tắc bàn tay phải) 0,25 Trong thanh MN có dòng điện I được đặt trong từ trường B r phải chịu tác dụng của lực từ F r , lực từ F r có phương vuông góc với B r và với MN, có chiều theo quy tắc bàn tay trái, có 0,25 độ lớn : F = B.I.l.sin90 0 =B.I.l = 2 2 cos cosBlv B l v B l R r R r α α = + + Thành phần 1 F r của lực từ F r (nằm dọc theo dốc chính) có cường độ: 2 2 2 1 cos . os B l v F F c R r α α = = + 0,25 Ta thấy 1 F r ngược chiều với 1 P r . Như vậy thanh MN chịu tác dụng của hai lực cùng phương, ngược chiều : 1 P r kéo xuống 1 F r kéo lên. 0,25 Lúc đầu, vận tốc v của thanh còn nhỏ F 1 < P 1 hay P 1 - F 1 >0.Lực tổng hợp 1 F r + 1 P r gây ra gia tốc cho thanh MN chuyển động nhanh dần, do đó v tăng dần và kết quả là F 1 tăng dần trong khi P 1 là không đổi. Đến một giá trị v max của vận tốc sao cho F 1 = P 1 thì thanh MN sẽ chuyển động với v max không đổi. 0,5 Khi đó : 2 2 2 ax ax 2 2 2 cos ( ) sin sin cos m m B l v R r mg mg v R r B l α α α α + = ⇒ = + = 4 2 m/s 5,66 /m s≈ 0,25 Khi đó cường độ dòng điện qua R là : cos C Blv I R r R r α = = + + E = 2A 0,25 Lưu ý: HS có thể nhận xét vì lúc này F 1 = P 1 nên Khi đó cường độ dòng điện qua R là : 1 cos FF I Bl Bl α = = 1 tan tan 2 cos P P mg A Bl Bl Bl α α α = = = = Lưu ý: Thí sinh giải cách khác đáp án mà đúng thì vẫn cho điểm tối đa bài đó. . ĐÀO TẠO NGHỆ AN KỲ THI HSG TRƯỜNG NĂM HỌC 2 011 - 2012 TRƯỜNG THPT NGUYỄN SỸ SÁCH Môn: VẬT LÍ, khối 11 HƯỚNG DẪN VÀ BIỂU ĐIỂM CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC (Hướng dẫn và biểu điểm chấm thi này gồm 03 trang) Câu. SỞ GD & ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT NGUYỄN SỸ SÁCH ĐỀ THI HSG TRƯỜNG NĂM HỌC 2 011 - 2012 Môn: VẬT LÍ, khối 11 (Thời gian làm bài: 150 phút, không kể thời gian phát đề) Câu. A a v Q t QQ t Q I 10 , 10.12,1 )1( − = − = − = ∆ ∆ = ε ε 0,5 Nếu bỏ nguồn: Q không thay đổi, vì C thay đổi nên U thay đổi. 0,25 U a vt U C Q U > − − == ε ε )1( 1 , , 0,25 Khi tháo hết dầu thì