Đề thi HSG môn vật lý THPT Quế Võ Bắc Ninh

Sở GD & ĐT bắC NINH
Tr ờng THPT Quế Võ I
(Đề thi gồm có 02 trang)
Đề thi chọn học sinh giỏi cấp trờng
năm học 2009-2010
Môn: Vật lí
Khối: 11
Thời gian làm bài 150 phút ( không kể thời gian giao đề)
Câu 1 : (2 điểm)
Một quả cầu nhỏ mang điện tích Q=10
-6
C đặt trong không khí.
a. Tính cờng độ điện trờng tại điểm M cách quả cầu một khoảng R=10cm.
b. Đặt điện tích q=-2.10
-7
C tại M, xác định lực điện trờng do quả cầu mang điện tích
Q tác dụng lên q. Từ đó suy ra lực điện trờng tác dụng lên điện tích Q.
c. Nếu đem cả hệ thống trên đặt vào trong dầu hoả có hằng số điện môi bằng 2 thì
lực tơng tác giữa chúng bằng bao nhiêu?
Câu 2 : (2 điểm)
Cho 2 quả cầu nhỏ giống nhau có cùng điện tích q. Hai vật đợc treo cạnh nhau
bằng 2 sợi dây mảnh không dãn, dài nh nhau trong không khí. Khi cân bằng mỗi sợi dây
lệch khỏi phơng thẳng đứng 1 góc . Nhúng 2 quả cầu vào trong dầu có hằng số điện
môi bằng 2, góc lệch của mỗi dây treo vẫn là . Tìm khối lợng riêng của mỗi quả cầu,
biết khối lợng riêng của dầu là
3/10.8,0
3
mkg

Câu 3: (2 điểm)
Một động cơ nhỏ có điện trở trong r

đ
= 2, khi hoạt động bình thờng cần một
hiệu điện thế U = 9V và một dòng điện có cờng độ I = 0,75A.
a, Tính công suất tiêu thụ của động cơ và hiệu suất của động cơ?
b, Để cung cấp cho động cơ đó ngời ta dùng 18 acquy, mỗi cái có suất điện động
= 2V, điện trở trong r = 2. Hỏi có mấy cách mắc để động cơ hoạt động bình thờng?
Cách mắc nào có lợi hơn?
Câu 4 : (2 điểm)
Cho mạch điện nh hình vẽ. Nguồn điện có thể thay
đổi đợc.Biết
Và hai đèn có R
đ
bằng nhau,
Khi dùng nguồn có
== 2,30
11
rV

hoặc
== 4,36
22
rV

thì công suất mạch ngoài
vẫn bằng 72W và 2 đèn sáng bình thờng.
a) Tính công suất và hiệu điện thế định mức mỗi đèn. Dùng nguồn nào lợi hơn
1
==
6
21

RR
R
1
R
2
r,

Đ1
Đ2
b) Bỏ nguồn
21
,

đi mắc vào
3

sao cho hiệu suất bằng 50% và 2 bóng đèn sáng bình
thờng. Tính
3 3
, r

Câu 5 : (2 điểm)
Trong một ống chân không có 2 điện cực anốt và catốt cách nhau d = 10 cm tạo ra
một điện trờng đều có cờng độ E = 10
4
V/m, elêctron rời catốt không vận tốc ban đầu.
a, Tính gia tốc chuyển động của e trong điện trờng ?
b, Khi đến anốt, tất cả động năng của e biến thành nhiệt.
+Tính nhiệt lợng anốt nhận đợc trong 1 giây, biết rằng trong 1 phút số e đến anốt là
N = 6.10

18
elêctron?
+ Tính vận tốc của mỗi e khi tới anốt?
Cho biết : - e = -1,6.10
-19
C; m
e
= 9,1.10
-31
kg.
Hết
(Thí sinh không đợc sử dụng tài liệu trong quá trình làm bài)
Đáp án
Đề thi chọn học sinh giỏi cấp trờng năm học 2009 - 2010
Môn : Vật lý. Khối 11.
Ngời tổ hợp : Nguyễn Thị Lan Hơng
Câu Nội dung Điểm
1
- Biểu thức E =
2
KQ
r
0,25
-Thay số : E =
9 6
2
9.10 .10
0,1

= 9.10

5
V/m
0,25
-Biểu thức F
12
= q
1
.E, vẽ lực F
12
tác dụng lên q hớng lại gần Q 0,25
- Thay số: F
12
=18.10
-2
N 0,25
- Vẽ đợc lực F
21
tác dụng lên Q hớng lai gần q 0,25
2
- F
21
=F
12
=18.10
-2
N 0,25
- Biểu thức F =
12
F

0,25
- Thay số : F = 9.10
-2
N 0,25
2
-Trong không khí, mỗi vật chịu tác dụng của 3 lực:
TFP
d

,,
0,25
-Trong không khí khi cân bằng
P
F
tg
d
=

(1)
0,25
- Khi đặt trong dầu, vật chịu thêm tác dụng của lực đẩy Acsimet F
A
0,25
-Khi đặt trong dầu, khi cân bằng
)2(
)(2
'
A
d
A

d
FP
F
FP
F
Tg

=

=

0,25
Từ (1) và (2) suy ra P =2 (P - F
A
) <= > P =2 F
A
0,25
-P = m
1
g = D
1
.V.g 0,25
-F
A
= m
2
g = D
2
.V.g 0,25
-Vậy D

1
= 2D
2
= 1,6.10
3
kg 0,25
3 - Công suất toàn phần của động cơ : P = UI = 6,75W. 0,25
- Công suất tiêu hao thành nhiệt : P

= r
đ
.I
2
= 1,125W. 0,25
- Hiệu suất của động cơ : H =
P
PP
'


0,25
-Thay số: H =83,3% 0,25
- Giả sử mắc bộ nguồn thành m dãy, mỗi dãy có n nguồn nối tiếp.
m.n = 18; (1)
Khi đó :
b
= n; r
b
=
m

nr
(2).
0,25
- áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch : U =
b
I.r
b
(3)
Với U = 9V, I = 0,75A, = 2V, r = 2 (4)
Từ (1),(2),(3),(4) suy ra : m
1
= 1; n
1
= 18
m
2
= 3; n
2
=6
0,25
-Vậy có 2 cách mắc:
Cách 1 : Mắc 18 nguồn thành 1 dãy nối tiếp với hiệu suất H
1
= 25%
Cách 2 : Mắc thành 3 dãy song song, mỗi dãy gồm 6 nguồn nối tiếp với
hiệu suất H
2
= 75%.
0,25
- Kết luận : Mắc cách 2 có lợi hơn 0,25

4
- Từ bảo toàn năng lợng ->
0
2
22
=+
+=
PIrI
RIRII
N


0,2
- Khi dùng nguồn
1

:
5,06
83
072302
22
11
2
==>=
==>=
=+
N
N
RAI
RAI

II
0,2
- Khi dùng nguồn
2

:
==>=
==>=
=+
26
83
072364
44
23
2
N
N
RAI
RAI
II
0,2
3
- Vậy
AIR
N
3,8 ==
0,2
-
==>
+++

++
= 12
)(
21
21
d
dd
dd
N
R
RRRR
RRRR
R
0,2
-
VIRUU
NdAB
24
1
===
0,2
-
WRIP
VRIU
A
RRR
U
I
W
R

U
P
ddd
ddd
d
AB
d
d
d
d
12
12
1
48
2
2
222
21
2
2
1
1
==
==
=
++
=
==
0,2
-Khi dùng nguồn

1

thì
%80
1
=
+
=
rR
R
H
Khi dùng nguồn
2

thì
%67
1
=H
Vậy dùng nguồn 1 lợi hơn.
0,2
-
===
+
= 8%50
3
3
3
Rr
rR
R

H
0,2
-
VrRIAIII
dd
48)(3
3321
=+==+=

0,2
5 - Chọn hệ trục toạ độ 0,25
- Ap dụng định luật II Newton :


d
F
= m.

a
.
0,25
- Chiếu : F
đ
= ma

e
E = ma
0,25
-

a =
m
Ee
= 1,76.10
15
m/s
2

0,25
- Số e đến đập vào anốt trong 1 giây là : n =
60
N
= 10
17
(e)
0,25
- Năng lợng 1 e mang đến anốt là : W = W
d
=
e
Ed = 1,6.10
-16
J
0,25
- Nhiệt lợng anốt nhận đợc trong 1 giây là : Q = n.W = 16 J 0,25
- Vận tốc của e khi tơi anốt : v
e
=
e
d

m
W2
= 1,875.10
7
m/s.
0,25
- Hết
4
Câu Nội dung Điểm
1 a,Giải thích hiện tợng:
- Khi chạm nhẹ tay vào 1 quả cầu làm nó mất điện tích, hai quả cầu trở
về vị trí sao cho dây treo thẳng đứng, nó tiếp xúc nhau và truyền điện
tích cho nhau
- Khi đó, 2 quả cầu mang điện cùng dấu nên chúng lại đẩy nhau.
- Điện tích mỗi quả cầu sau khi chạm nhau : q
1

=q
2

=
2
q
.
b, Khi cha chạm tay vào quả cầu: tan =
P
F
1
=
mgr

kq
2
1
2

Khi chạm tay vào quả cầu: tan =
P
F
2
=
mgr
kq
2
2
2'
=
mgr
kq
2
2
2
4

Lại có : tan =
l
r
1
và tan =
l
r

2

Suy ra :
3
2
3
1
r
r
= 4
Vậy r
2
= 3,15cm.
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
2 a, - Chọn hệ trục toạ độ xOy .
5
- Theo Ox : x = v
0
t

t =
0
v

x
(1)
- Theo Oy : y =
2
1
at
2
(2) .
Với a =
md
eU
(3)
v
2
0
=
m
eU
0
2
(4)
Từ (1),(2),(3),(4) ta có phơng trình quỹ đạo:
y =
2
1
0
2
dU
Ux
(5).

b, Để e không bay ra ngoài các bản tụ thì y


2
d
(6)
Từ (5) và (6) suy ra : U


2
0
2
2
x
Ud

Thay số : U


2
24
10
10.10.2



Vậy U

2V

0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
3 A, - Công suất toàn phần của động cơ : P = UI = 6,75W.
- Công suất tiêu hao thành nhiệt : P

= r
đ
.I
2
= 1,125W.
- Hiệu suất của động cơ : H =
P
PP
'

= 83,3%
B, Giả sử mắc bộ nguồn thành m dãy, mỗi dãy có n nguồn nối tiếp.
m.n = 18; (1)
Khi đó :
b
= n; r
b
=
m

nr
(2).
áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch : U =
b
I.r
b
(3)
Với U = 9V, I = 0,75A, = 2V, r = 2 (4)
Từ (1),(2),(3),(4) suy ra : m
1
= 1; n
1
= 18
m
2
= 3; n
2
=6
Vậy có 2 cách mắc:
Cách 1 : Mắc 18 nguồn thành 1 dãy nối tiếp với hiệu suất H
1
= 25%
Cách 2 : Mắc thành 3 dãy song song, mỗi dãy gồm 6 nguồn nối tiếp với
hiệu suất H
2
= 75%
Kết luận : Mắc cách 2 có lợi hơn
0,25
0,25
0,5

0,25
0,25
0,25
0,25
4
-Cờng độ dòng điện trong mạch là : I =
rRRR +++
321

= 1A
a,Khi K mở :
- Sơ đồ mạch ngoài [(C
1
nt C
2
) // R
1
] nt R
2
nt R
3
- Điện dung tơng đơng của 2 tụ : C =
21
21
CC
CC
+
= 0,1àF.
- Hiệu điện thế giữa 2 đầu bộ tụ là : U
AN

= U
1
= I.R
1
= 3V
- Điện tích của mỗi tụ : q
1
= q
2
= C.U
AN
= 0,3.10
-6
C
b, Khi K đóng :
0,25
0,25
0,25
0,25
6
- Sơ đồ mạch ngoài : {[R
1
nt (C
2
// R
2
)] // C
1
} nt R
3

- Điện tích của tụ C
1
là : q

1
= C
1
.U
AB
= C
1
.I.(R
1
+R
2
) = 10
-6
C.
- Điện tích của tụ C
2
là : q

2
= C
2
.U
NB
= C
1
.I.R

2
= 0,4.10
-6
C
- Khi K mở, tổng điện tích trên các bản tụ nối với M là :
Q = (-q
1
) + q
2
= 0
- Khi K đóng, tổng điện tích trên các bản tụ nối với M là :
Q

= (-q

1
) + (-q

2
) = -1,4.10
-6
C
- Lợng điện tích di chuyển qua K ngay sau khi K đóng :


Q = Q

- Q = -1,4.10
-6
C.

- Số e đã chuyển qua K từ M đến B ngay sau khi K đóng Là :
N =
e
Q
= 8,75.10
12
(e).
0,25
0,25
0,25
0,25
5 a,Chọn hệ trục toạ độ
- áp dụng định luật II Newton :


d
F
= m.

a
.
- Chiếu : F
đ
= ma

e
E = ma

a =
m

Ee
= 1,76.10
15
m/s
2

b, - Số e đến đập vào anốt trong 1 giây là : n =
60
N
= 10
17
(e)
- Năng lợng 1 e mang đến anốt là : W = W
d
=
e
Ed = 1,6.10
-16
J
- Nhiệt lợng anốt nhận đợc trong 1 giây là : Q = n.W = 16 J
- Vận tốc của e khi tơi anốt : v
e
=
e
d
m
W2
= 1,875.10
7
m/s.

0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
- Hết -
( Đáp án có 3 trang)
7