Đề thi học sinh giỏi môn vật lý THPT Lưu Đình Chất Thanh Hóa

SỞ GD & ĐT THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT LƯU ĐÌNH CHẤT ĐỀ THI HSG CẤP TRƯỜNG
NĂM HỌC 2009 – 2010
MÔN: VẬT LÝ – Khối 11
Thời gian làm bài: 90 phút
Họ và tên học sinh:…………………………………………….Số báo danh:…………
Bài 1: (5 điểm) Cho hai điểm A, B cùng thuộc một đường sức của điện trường do một
điện tích điểm Q đặt tại điểm O gây ra, đặt trong không khí. Biết cường độ điện trường tại A
có độ lớn E
1
= 9.10
6
V/m, tại B là E
2
= 4.10
6
V/m. A ở gần B hơn O. Tính độ lớn cường độ
điện trường tại điểm M là trung điểm của AB?
Bài 2: (7 điểm): Cho mạch như hình vẽ: nguồn có suất điện động E = 30V, điện trở
trong r = 3
Ω
; R
1
= 12
Ω
; R
2
= 36
Ω
; R
3

= 18
Ω
; Điện trở Ampekế và dây nối không đáng kể.
a/ Tìm số chỉ Ampekế và chiều dòng điện qua nó
b/ Thay Ampekế bằng một biến trở R
4
có giá trị biến đổi từ 2
Ω
đến 8
Ω
. Tìm R
4
để dòng
điện qua R
4
đạt giá trị cực đại.
Bài 3: (4 điểm) Hai vòng dây dẫn tròn có cùng bán kính đặt đồng tâm vuông góc với
nhau, cách điện với nhau. Trong vòng dây 1 có dòng điện I đi qua. Hỏi khi tăng hoặc giảm I
thì trong vòng dây 2 có dòng điện cảm ứng không? Nếu có xác định chiều dòng điện cảm
ứng.
Bài 4: (4 điểm) Một dây dẫn có chiều dài l = 2m, điện trở R = 4
Ω
được uốn thành một
hình vuông. Các nguồn điện có E
1
= 10V, E
2
= 8V, r
1
= r

2
= 0 được mắc vào các cạnh của
hình vuông như hình vẽ. Hệ thống được đặt trong một từ trường đều có phương vuông góc
với mp khung dây. B tăng theo thời gian theo quy luật B = kt, với k = 64 T/s. Tính dòng điện
trong mạch.
________HẾT________
B
A
R
1
R
2
R
3
D
F
G
E, r
E
1
E
2
B
ur
I
1
2
SỞ GD & ĐT THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT LƯU ĐÌNH CHẤT ĐÁP ÁN ĐỀ THI HSG CẤP TRƯỜNG
NĂM HỌC 2009 – 2010

MÔN: VẬT LÝ – Khối 11
Bài 1: (5 điểm)
- Cường độ điện trường tại A và B là:
E
1
= k
2
Q
OA
=> OA
2
= k
1
Q
E
=> OA =
1
Q
k
E
E
2
= k
2
Q
OB
=> OB
2
= k
2

Q
E
=> OB =
2
Q
k
E
(1đ)
- Cường độ điện trường tại M: E
M
= k
2
Q
OM
; với OM =
OA + OB
2

=> OM =
1
2
(
1
Q
k
E
+
2
Q
k

E
) (1đ)
=> E
M
= k
2
Q
OM
= k
2
2
1 2 1 2
Q
1 Q Q Q
k + k + 2 k
4 E E E E
 
 ÷
 ÷
 
=
1 2 1 2
4k Q
1 1 1
k + + 2
E E E E
Q
 
 ÷
 ÷

 
=
1 2 1 2
4
1 1 1
+ + 2
E E E E
 
 ÷
 ÷
 
=
2
1 2
4
1 1
+
E E
 
 ÷
 ÷
 
=
( )
1 2
2
1 2
4E E
E + E
(2đ)

Thay số: => E
M
=
(
)
6 6
2
6 6
4.9.10 .4.10
9.10 + 4.10
= 5760000V/m (1đ)
Bài 2: (7 điểm)
a. (4 đ). Vẽ lại mạch ta có: Mạch ngoài: (R
2
//R
3
) nt R
1
.
R
23
=
2 3
2 3
R R
R + R
= 12
Ω
; => R
n

= R
1
+ R
23
= 24
Ω
(1đ)
- Áp dụng định luật Ôm toàn mạch => dòng điện mạch chính:
I
c
=
n
E
R + r
=
30
24 + 3
=
10
9
A (1đ)
=> I
1
= I
c
= I
23
=> U
23
= I

23
.R
23
=
10
9
.12 =
40
3
V = U
2
= U
3

O
A
M B
B
R
1
R
2
R
3
D
F
G
E, r
B
A

R
1
R
2
R
3
D
F
G
E, r
=> I
2
=
2
2
U
R
=
10
27
A; I
3
= I
c
– I
2
=
20
27
A = I

A
. (1đ)
Vậy Ampekế chỉ
20
27
A
;
0,74A và dòng điện có chiều từ D sang G (1đ)
b. (3đ). Khi thay Ampekế bằng biến trở R
4
:
Ta có: Mạch ngoài: [(R
3
nt R
4
) // R
2
] nt R
1
.
R
34
= R
3
+ R
4
= 18 + R
4
.
R

234
=
2 34
2 34
R R
R + R
=
4
4
36(18 + R )
54 + R
=> R
n
= R
1
+ R
234
= 12 +
4
4
36(18 + R )
54 + R
=
4
4
1296 +48R
54 + R
(1đ)
=> Dòng điện mạch chính: I
c

=
n
E
R + r
=
4
4
30
1296 + 48R
+ 3
54 + R
=
4
4
30(54 + R )
1458+51R
=
4
4
10(54 + R )
486+17R
(1đ)
=> HĐT U
234
= I
c
.R
234
=
4

4
10(54 + R )
486+17R
.
4
4
36(18 + R )
54 + R
=
4
4
360(18 + R )
486+17R
= U
34
= U
2
=>
I
34
= U
34
/R
34
=
4
4 4
360(18 + R )
(486+17R )(18 + R )
=

4
360
(486+17R )
= I
3
= I
4
Vậy: Để dòng điện qua R
4
đạt cực đại thì (486 + 17R
4
) phải đạt cực tiểu => R
4
= 2
Ω
(1đ)
Bài 3: (4 điểm). Từ trường của dòng điện I trong vòng dây tròn 1 có phương vuông góc với
mặt phẳng vòng dây 1, nghĩa là song song với mặt phẳng vòng dây 2. (1,5đ)
Do vậy khi cho I biến thiên thì từ trường do I gây ra biến thiên, nhưng các đường cảm ứng
song song với mp vòng dây 2 nên từ thông qua vòng 2 bằng không (
0
α = (B;n) = 90
ur r
=> cos
α

= 0; =>
Φ = B.S.cosα = 0
) (1,5đ)
Do đó không có dòng điện cảm ứng xuất hiện trong vòng 2 (1đ)

Bài 4: (4 điểm).
Khi từ trường biến đổi qua mạch trong mạch sinh ra suất điện động cảm ứng E
C
- Ta có: E
c
=
ΔΦ
Δt
=
Δ(B.S)
Δt
= S.
Δ(B)
Δt
= S.
Δ(kt)
Δt
= S.k.
Δt
Δt
= S.k =
2
l
4
 
 ÷
 
.k = 16V (2đ)
- Theo định luật Lenxơ chiều của suất điện động cảm ứng E
c

như hình vẽ: (1đ)
- Dòng điện trong mạch: I =
c 2 1
E + E - E
R
= 3,5A (1đ)
Hết.
B
R
1
R
2
R
3
D
F
G
E, r
R
4
E
1
E
2
B
ur
c
B
ur
E

c