Đang tải... (xem toàn văn)
Đề thi thử chọn học sinh giỏi tỉnh Nghệ An môn Vật Lý 2018 2019 ,đáp án chỉ cho những câu khó. Mời anh chị thầy cô tham khảo. Cần chỉnh sửa thì liên hệ qua số điện thoại. SỞ GDĐT NGHỆ AN (Đề có 02 trang) ĐỀ THI THỬ HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LỚP 11 NĂM HỌC 2019 – 2020 Môn thi: VẬT LÍ LỚP 11 THPT BẢNG A Thời gian làm bài: 150 phút Câu 1 (3,0 điểm). Một xi lanh kín, dài L được chia làm hai phần nhờ một pistôn có thể di chuyển tự do. Pistôn được nối với đáy bên trái của xi lanh bằng một lò xo có độ cứng k như hình 1. Phần bên trái của xi lanh là chân không, phần bên phải chứa 1 mol khí lí tưởng. Khi nung nóng khí đến nhiệt độ T thì pistôn chia xi lanh thành hai phần bằng nhau. Hãy xác định độ dài của lò xo khi không biến dạng. Bỏ qua độ dày của pistôn. Câu 2 (5,0 điểm). Một quả cầu nhỏ có trọng lượng P, mang điện tích q>0 được treo vào đầu một sợi dây nhẹ không co giãn có chiều dài l, đầu kia của dây treo vào một điểm cố định. a) Đặt hệ thống trong một điện trường đều có cường độ hướng thẳng đứng từ trên xuống dưới. Khi quả cầu nằm cân bằng, độ lớn lực căng của dây treo là T =2P. Tìm độ lớn cường độ điện trường E theo P và q. b) Ta có thể thay đổi phương và chiều của (độ lớn vẫn giữ nguyên) để quả cầu nằm cân bằng tại vị trí dây treo tạo với phương thẳng đứng góc . Tìm độ lớn lực căng của dây theo P khi nó nằm yên tại vị trí cân bằng mới. c) Quả cầu đang nằm yên ở vị trí dây treo có phương thẳng đứng, nếu ta thiết lập điện trường theo phương ngang, độ lớn như cũ thì sau đó quả cầu sẽ chuyển động. Bỏ qua mọi lực cản. Tìm động năng cực đại của quả cầu và chiều dài quỹ đạo mà nó chuyển động.
SỞ GD&ĐT NGHỆ AN ĐỀ THI THỬ HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LỚP 11 NĂM HỌC 2019 – 2020 Đề thi thử Mơn thi: VẬT LÍ LỚP 11 THPT - BẢNG A Thời gian làm bài: 150 phút (Đề có 02 trang) Câu (3,0 điểm) Một xi lanh kín, dài L chia làm hai phần nhờ L pistơn di chuyển tự Pistơn nối với đáy bên trái k xi lanh lò xo có độ cứng k hình Phần bên trái T xi lanh chân không, phần bên phải chứa mol khí lí tưởng Khi nung nóng khí đến nhiệt độ T pistơn chia xi lanh thành hai Hình phần Hãy xác định độ dài lò xo khơng biến dạng Bỏ qua độ dày pistôn Câu (5,0 điểm) Một cầu nhỏ có trọng lượng P, mang điện tích q>0 treo vào đầu sợi dây nhẹ khơng co giãn có chiều dài l, đầu dây treo vào điểm cố định → a) Đặt hệ thống điện trường có cường độ E hướng thẳng đứng từ xuống Khi cầu nằm cân bằng, độ lớn lực căng dây treo T =2P Tìm độ lớn cường độ điện trường E theo P q → b) Ta thay đổi phương chiều E (độ lớn giữ nguyên) để cầu nằm cân vị trí dây treo tạo với phương thẳng đứng góc α = 60 Tìm độ lớn lực căng dây theo P nằm yên vị trí cân c) Quả cầu nằm yên vị trí dây treo có phương thẳng đứng, ta thiết lập điện trường → E theo phương ngang, độ lớn cũ sau cầu chuyển động Bỏ qua lực cản Tìm động cực đại cầu chiều dài quỹ đạo mà chuyển động E,r Câu (5,5 điểm) Cho mạch điện hình Nguồn điện có E = 8V, r = 1Ω ; điện trở R1 = R2 = 3Ω , R1 R3 R3 = 1Ω ; biến trở R Bỏ qua điện trở am pe kế dây nối a) Điều chỉnh R = 3Ω Tìm công suất nguồn điện R2 số am pe kế R b) Điều chỉnh R để công suất tiêu thụ A biến trở cực đại? Tính hiệu suất nguồn điện Hình c) Nếu thay vị trí R1 phần tử phi tuyến P có cường độ dòng điện qua tuân theo qui luật I = k U (với U hiệu điện hai đầu P k = A / V ) Phải điều chỉnh R 27 để công suất tiêu thụ mạch cực đại? Câu (2,0 điểm) Một dây dẫn kim loại cứng, có bọc cách điện, gấp thành khung dây phẳng hình bơng hoa cánh hình Các cánh hoa giống có dạng tam giác: OA = 15cm , OB = 12cm , AB = 8cm , OK = 12,5cm Khung dây đặt từ trường có véc tơ cảm ứng từ vng góc với mặt phẳng khung: Từ trường B1 phía bên trái đường x ' Ox hướng phía sau, từ trường B2 phía bên phải đường x’Ox hướng phía trước mặt phẳng hình vẽ Độ lớn cảm ứng từ B1 = B2 = B = 0,5T Cho dòng điện có cường độ I = 10A chạy qua dây dẫn theo chiều hình vẽ Xác định lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây Câu (4,5 điểm) Cho khung dây dẫn ABCD kín, cứng, hình vng có cạnh a, khối lượng m điện trở R a) Đưa khung dây chuyển động với vận tốc v khơng đổi theo phương vng góc với cạnh AB khung vào vùng từ trường có bề rộng d (d > a) hình Véc tơ cảm ứng từ vng góc với mặt phẳng khung có độ lớn B - Xác định chiều cường độ dòng điện cảm ứng xuất khung - Tính nhiệt lượng dòng điện cảm ứng tỏa khung khung khỏi vùng từ trường b) Cho khung rơi khơng vận tốc đầu vào từ trường B có phương thẳng đứng, hướng lên, độ lớn cảm ứng từ biến thiên theo trục Oy (trục Oy thẳng đứng, hướng xuống) theo quy luật B = B0 − k y ( B0 k số dương) Mặt phẳng khung dây luôn nằm ngang Coi gia tốc trọng trường g không đổi bỏ qua sức cản khơng khí Phân tích tượng xảy tính vận tốc rơi khung dây x A K B B2 + B1 O D A C B B v d Hình x’ Hình + …………… Hết………… Họ tên thí sinh : .Số báo danh : HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC Mơn thi: VẬT LÍ LỚP 11 THPT – BẢNG A Câu Ý Nội dung Câu a * Tìm E : → 1,5đ → → (5,0 - Quả cầu nằm cân tác dụng lực: P , Fđ T nên ta có : điểm) P → → → → ⇒E= ⇒ T=P + Fđ T + P + Fđ = Điểm H.vẽ: 0,5đ 1,0đ q b 1,5đ * Tìm lực căng dây : - Quả cầu nằm n vị trí cân hình vẽ, ta có: → → → → , T , + P + Fđ = α → + Áp dụng định lí hàm số cosin ta có : Fđ, = T , + P − 2T , P cos α Giải PT (1) ta : T , = P c 2đ H.vẽ: 0,5đ T (1) → α Fđ 1,0đ → P * Tìm vận tốc cực đại chiều dài quỹ đạo → → → → → - Hợp lực P Fđ lực không đổi : P , = P + Fđ P ⊥ Fđ, nên : P , = P + Fđ2 = P 0,25đ → , đ - Khi vật qua vị trí cân O: P , + F = ma ht , dây treo tạo với phương thẳng đứng góc β thỏa mãn : tan β = Fđ = ⇒ β = 45 P 0,5đ - Coi cầu chuyển động trọng trường biểu kiến có gia tốc khơng đổi : P ', P , g , , g = β = 45 , g = = g ; , độ lớn : g = m m , + Gọi m khối lượng cầu Chọn mốc mặt phẳng qua vị trí cân O vật vng góc với véc tơ g , + Áp dụng định luật bảo tồn lượng ta có động cầu cực đại qua vị trí cân O Wđ max = mg , l (1 − cos β ) = m.g l.(1 − ) = P.l.( − 1) + Vật chuyển động cung tròn có góc chắn tâm β , nên chiều dài 2β = 1,57.l quỹ đạo : L = (2π l ) 360 Câu a (5,5 2,5 điểm) đ 0,25đ 0,5đ 0,5đ ( Có thể sử dụng định lý động năng, tính cơng trọng lực cơng lực điện để tìm động cực đại cầu) * Tính cơng suất nguồn : R2 R3 = (Ω) , R123 = R1 + R23 = 15 (Ω) R2 + R3 4 R123 R = (Ω) - Điện trở mạch : RN = R123 + R - Điện trở tương đương : R23 = 0,25đ 0,25đ 0,5đ E = 3( A) RN + r - Công suất nguồn điện : Png = E.I = 24(W ) - Cường độ dòng điện qua nguồn : I = 0,25đ 0,25đ * Tính số Am pe kế : - Hiệu điện mạch : U N = IRN = 5(V ) UN = ( A) R UN = ( A) - Cường độ dòng điện qua R1 : I1 = R123 U N − I1R1 = ( A) - Cường độ dòng điện qua R2 : I = R2 I A = I + I R = 2( A) - Số am pe kế : - Cường độ dòng điện qua R : I R = b 1,5 đ 0,25 0,25 0,25đ 0,25đ * Tìm giá trị biến trở R để PR đạt max: - Công suất tiêu thụ biến trở : ERN 2 RN + r U N ( IRN ) 302 R 30 PR= = = = = 192 152 19 15 R R R 15 19 R + + R+ 2 R.4 4 4 4 - Từ (1), theo bất đẳng thức Côsi ta thấy PR cực đại : 192 R 152 15 = ⇒ R = (Ω ) 2 R.4 19 R123 R 15 = (Ω) - Điện trở mạch ngồi : R N = R123 + R 23 (1) 1,0đ 0,25đ * Tìm hiệu suất nguồn : + Hiệu suất nguồn điện: H = c 1,5 đ UN RN 15 = = ≈ 39,5% E R N + r 38 ( Cách khác : Dùng nguồn tương đương để xác định R) * Tìm giá trị biến trở để CS mạch cực đại : PN = Png − I ng2 r = E.I ng − I ng2 r – Ta có : 0,25đ (2) E + Từ (2), ta khảo sát PN ( I ng ) có PN cực đại : I ng = = 4( A) U R = U N = E − I ng r = 4(V ) + Khi : Gọi U hiệu điện hai đầu P Ta có : 0,25đ 0,25đ 2r U + I P R23 = U N ⇒ U + k U R23 = U N ⇒ 0,5đ U + U − = 27 (3) + Giải PT (3) lấy nghiệm dương, ta tìm : U = 3(V) + Từ tìm : I P = kU = + Vậy giá trị biến trở : R = ( A) 0,25đ ⇒ I R = I ng − I P = ( A) UR = 1,5(Ω) IR 0,25đ x B+ M + B2 B1 Py * Bài toán bổ trợ: K K Px- Xét dây dẫn Q MmN có dạng hình học bất kì, có dòng điện I chạy qua y Qx (chiều từ M đến N) đặt mặt phẳng vng góc với véc tơ cảm ứng từ B P y từ trường Ta chứng minh lực từ tác dụng lên đọan dây dẫn F F N x Câu (2,0 điểm) H.vẽ 0,25đ tương đương với lực từ trường tác dụng lên đoạn dòng điện thẳng MN O O 0,25đ có dòng điện QI chạy theo chiều từ M đến N + Chia dây dẫn thành nhiều nhiều phần nhỏ cho đoạn coi 0,25đ đoạn thẳng m + Xét đoạn dòng điện thẳng PQ có chiều dài ∆l , chịu lực từ ∆F có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái, độ lớn: ∆F = B.I ∆l Phân tích lực theo phương vng góc Ox Oy: S S ∆F = ∆Fx + ∆Fy x, ∆Fx = − B.I Py Q y ; ∆Fy = B.I Px Q x Hình 3, ( Px Q x P y Q y độ dài đại số hình chiếu PQ trục Ox Oy) 0,25đ + Lực tổng hợp tác dụng lên dây dẫn MN: F = ∑ ∆F Fx = ∑ ∆F x = − B.I ∑ Py Q y = Fy = ∑ ∆Fy = B.I ∑ Px Q x = BI.MN ⇒ F có giá qua trung điểm MN, phương, chiều với Oy, có độ lớn F = B.I MN Suy ra: Nếu đoạn dây dẫn có điểm đầu điểm cuối trùng đặt mặt 0,25đ phẳng vng góc với từ trường lực từ tổng hợp tác dụng lên * Áp dụng: + Dễ thấy dây dẫn mang dòng điện OCDO có điểm đầu O trùng với điểm cuối nằm mặt phẳng vng góc với từ trường B2 có lực từ tổng hợp tác dụng lên Tương tự dây dẫn OHIO mang dòng điện đặt từ 0,25đ trường B1 không chịu lực từ + Trong từ trường B1 , ta thay dây dẫn OAK mang dòng điện I đoạn dòng điện thẳng OK (dòng x điện cường độ I chạy từ O → A K); thay dây dẫn SGO mang K B dòng điện đoạn dòng điện SO (dòng điện cường độ I chạy B2 + B1 C từ S → O) 0,25đ I O D H S G x’ Hình E + - + Trong từ trường B2 , ta thay dây dẫn KBO mang dòng điện I đoạn dòng điện thẳng KO (dòng điện cường độ I chạy từ K → O); thay dây dẫn OES mang dòng điện đoạn dòng điện OS (dòng điện cường 0,25đ độ I chạy từ O → S) + Theo đầu bài: B1 = B2 = B ; OK = OS Áp dụng quy tắc bàn tay trái, ta xác định lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện thẳng thay hướng vng góc với xOx ,, chiều sang trái, độ lớn B.I.OK + Vậy lực từ tổng hợp tác dụng lên dây dẫn kim loại hình bơng hoa phẳng mang dòng điện nằm mặt phẳng khung dây, có giá qua O, phương vng góc với xOx,, chiều hướng sang trái, độ lớn: F = 4.B.I OK F = 4.0,5.10.0,125 = 2,5( N ) Thay số: Câu a (4,5 3,5 điểm) đ - Trong khung xuất dòng điện cảm ứng từ thơng qua khung biến thiên, thời gian khung bắt đầu gặp từ trường khung lọt hẳn từ trường (Thời gian t1) từ cạnh AB khung bắt đầu khỏi từ trường khung khỏi vùng từ trường (Thời gian t2) 0,25đ Ta có: t1 = t = a ( Do d > a) v 0,5đ - Suất điện động cảm ứng xuất khung hai khoảng thời gian nói có độ lớn bằng: ec = ∆Φ ∆S ∆x =B = B.a = B.a.v ∆t ∆t ∆t 1,0đ - Cường độ dòng điện cảm ứng khung thời gian t1 thời gian t2 có độ lớn: I= ec R = B.a.v R - Theo định luật Len xơ, dòng điện cảm ứng thời gian t1 có chiều từ A → B → C , dòng điện cảm ứng thời gian t2 có chiều ngược lại - Dòng điện khoảng thời gian nói dòng điện khơng đổi Vậy nhiệt lượng tỏa khung bằng: 0,5đ 0,5đ a 2.B a v B.a.v Q = I R.(t1 + t ) = R = v R R 0,75đ (Có thể tính suất điện động cảm ứng hai cạnh AB CD theo công thức e = B.v.l chuyển động cắt vng góc với đường sức từ trường đều, lập luận chiều sđđ để suy khung nằm hẳn từ trường sđđ xung đối nên khơng có dòng điện) b 1đ - Khung rơi cắt đường sức từ trường biến đổi nên từ thông qua khung biến thiên, khung xuất suất điện động cảm ứng Dòng điện cảm ứng xuất khung làm khung dây có mặt Bắc, Nam Theo định luật Len xơ, dòng điện cảm ứng có chiều cho lực từ tác dụng lên khung chống lại chuyển động khung - Lực tác dụng lên khung: trọng lực P , lực từ tổng hợp F có phương thẳng đứng, hướng lên Ban đầu vận tốc khung bé nên F bé → F< P → Khung chuyển động nhanh dần Khi P + F = khung rơi với vận tốc khơng đổi - Gọi vận tốc rơi khung v Suất điện động cảm ứng xuất 0,25đ khung có độ lớn: ec = ∆Φ ∆B ∆y = S = S k = k S v ∆t ∆t ∆t (1) 0,25đ Cường độ dòng dòng điện cảm ứng khung có độ lớn: I= ec R = k S v R (2) - Áp dụng định luật bảo toàn lượng: Khi khung rơi đều, độ giảm 0,25đ trọng trường khung thời gian ∆t nhiệt lượng dòng điện cảm ứng tỏa khung thời gian mg.∆y = I R.∆t (3) 0,25đ k S v Thay (2) vào (3) được: mg.∆y = R.∆t R mgR mgR ∆y k S v ⇔ mg ⇒ v= 2 = = k S k a ∆t R 2 Chú ý : Nếu học sinh giải cách khác cho điểm tối đa