Đề thi HSG Vật Lý trường THPT Trưng Vương Bình Định

SỞ GD & ĐT BÌNH ĐỊNH
TRƯỜNG THPT TRƯNG VƯƠNG
ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI TRƯỜNG
NĂM HỌC 2009-2010
MƠN: VẬT LÝ
Thời gian làm bài : 120 phút
Câu 1( 5 đ) . Cho mạch điện như hình vẽ (H1): trong đó E
1
= 6V;
r
1
=1Ω; r
2
=3Ω; R
1
=R
2
=R
3
=6Ω.
1.Vơn kế V (điện trở rất lớn) chỉ 3V. Tính suất điện động E
2
.
2.Nếu đổi chỗ hai cực của nguồn E
2
thì vơn kế V chỉ bao nhiêu?
Câu 2(5 đ). Một tụ điện phẳng có hai bản cực hình vng cạnh
a = 30cm, đặt cách nhau một khoảng d = 4mm nhúng chìm hồn
tồn trong một thùng dầu có hằng số điện mơi
4,2=
ε

. (H.2).Hai
bản cực được nối với hai cực của một nguồn điện có suất điện động
E = 24V, điện trở trong khơng đáng kể.
1. Tính điện tích của tụ.
2.Bằng một vòi ở đáy thùng dầu, người ta tháo cho dầu chảy ra ngồi và
dầu trong thùng hạ thấp dần đều với vận tốc v = 5mm/s .Tính cường độ
dòng điện chạy trong mạch trong q trình dầu hạ thấp.
3.Nếu ta bỏ nguồn điện trước khi tháo dầu thì điện tích và hiệu điện thế
của tụ thay đổi thế nào?
Câu3( 4 đ)
Một thang cuốn tự động đưa khách từ tầng triệt lên tầng lầu trong một phút.
Nếu thang ngừng thì khách phải đi bộ lên trong 3 phút . Hỏi nếu thang chạy mà khách vẫn
bước lên thì mất bao lâu ?
Câu 4(3 đ ). Hai quả cầu nhỏ tích điện giống nhau được nối bằng sợi dây nhẹ không giãn dài
l = 5 cm và được treo bằng hai dây cùng chiều dài như trên vào một điểm treo .Sau khi dây
nối hai quả cầu bò đứt , chúng bắt đầu chuyển động với gia tốc a= 40 (m/s
2
) . Tính vận tốc các
quả cầu khi chúng ở trên cùng một mức ngang với điểm treo
Câu 5(3 đ ).
Có một số điện trở r = 5 (
Ω
).
a. Hỏi phải dùng tối thiểu bao nhiêu điện trở đó để mắc thành mạch có điện trở 3 (
Ω
).
Xác định số điện trở r, lập luận vẽ sơ đồ mạch ?
b. Hỏi phải dùng tối thiểu bao nhiêu điện trở đó để mắc thành mạch có điện trở 7 (
Ω
).

Xác định số điện trở r, lập luận vẽ sơ đồ mạch ?
HẾT
V
E
1
,r
1
E
2
,r
2
R
1
R
2
R
3
A
B
C
D
H.1
H.2
ĐÁP ÁN ĐỀ THI HSG TRƯỜNG LỚP 11 MÔN VẬT LÝ NĂM HỌC 2009-2010
CÂU HƯỚNG DẪN GIẢI ĐIỂM
Câu 1
5 đ
1. Tính suất điện động E
2
. (3 đ)

+ Điện trở toàn mạch
Ω=
++
+
= 4
)(
312
312
RRR
RRR
R
+ I đến A rẽ thành hai nhánh:
32
1
1
31
2
2
1
I
I
RR
R
I
I
==>=
+
=
+ U
CD

= U
CA
+ U
AD
= -R
1
I
1
+ E
1
– r
1
I
1
= 6 -3I
+
VU
CD
3=
+ 6 -3I =
3
±
=> I = 1A, I = 3A.
- Với I= 1A:
E
1
+ E
2
= ( R + r
1

+r
2
)I = 8 => E
2
= 2V
- Với I = 3A:
E
1
+ E
2
=8 *3 = 24 => E
2
= 18V
2. Đổi chỗ hai cực của nguồn E
2
thì vôn kế chỉ bao nhiêu ( 2 đ).
+ 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
A
rrR
EE

I 5,0
21
21
=
++
−
=
U
CD
= U
CA
+ U
AD
=6 -3I = 4,5V
- Với E
2
= 18V > E
1
: E
2
là nguồn, , E
1
là máy thu
A
rrR
EE
I 5,1
21
12
=

++
−
=
U
CD
= U
CA
+ U
AD
= R
1
I
1
+ E
1
+r
1
I = 6 +3I = 10,5V
0,5
0,5
0,25
0,25
0,25
0,5
0,5
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25

0,25
0,5
V
E
1
,r
1
E
2
,r
2
R
1
R
2
R
3
A
B
C
D
H.1
I
1
I
2
I
Câu 2
5 đ
1. Điện tích của tụ:(2 đ)

+
F
dK
S
C
10
10.8,4
4
−
==
π
ε
+ Q =E.U = 115.10
-10
C
2. Tính I: (3 đ)
+ 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.
+ Tụ C
1
có điẹn mơi khơng khí:
d
vta
d
ax
C
.
00
1
εε

==
+ Tụ C
2
có điện mơi là dầu:
d
vtaa
d
xaa
C
)()(
00
2
−
=
−
=
εεεε
+ Điện dung của tụ trong khi tháo dầu:






−
−=+=
a
vt
CCCC
ε

ε
)1(
1
2[1

+ Điện tích của tụ trong khi tháo dầu:







−
−==
a
vt
QECQ
ε
ε
)1(
1
,,
+ Dòng điện:
A
a
v
Q
t
QQ

t
Q
I
10
,
10.12,1
)1(
−
=
−
=
−
=
∆
∆
=
ε
ε

3. Nếu bỏ bỏ nguồn thì Q và U thay đổi thế nào: ( 2 đ)
+ Nếu bỏ nguồn: Q khơng thay đổi, vì C thay đổi nên U thay đổi.

U
a
vt
U
C
Q
U >
−

−
==
ε
ε
)1(
1
,
,
+ Khi tháo hết dầu thì : vt=a,
UU
ε
=
,
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
1
0,5
Câu 3
4 đ
Câu 4
Khi thang chuyển động mà người bước lên thì vận tốc người đối với thang
lúc đó bằng vận tốc người đối với đất lúc thang ngừng .
Do đó : - thang chạy : t
1
= s /v

1

-thang ngừng : t
2
= s / v
2
-thang chạy người bước lên :
ph
tt
tt
t
ttt
vv
s
tvvv
75,0
.
111
21
21
21
21
21
+
=⇒+=
+
=⇒+=
Năng lượng của hệ 2 quả cầu lúc ở độ cao ngay điểm treo E =
2
1

1
3 đ
mgh
l
kqmV
2
22
.2
22
++
=⇒ E
3
22
.2
22
mgl
l
kqmV
++
( )
( )
s
m
gal
V 66,0
6
52.3
=
−
=⇒

2
1
Câu 5
3 đ
a. Hỏi phải dùng tối thiểu bao nhiêu điện trở đó để mắc thành mạch có điện
trở 3 (
Ω
).
* Gọi điện trở của mạch là R
Vì R < r nên các điện trở r phải được mắc song song.
Giả sử rằng mạch này gồm 1 điện trở r mắc
song song với một mạch nào đó có điện trở X như
hình (a) .
Ta có :
R =
Xr
Xr
+
.

⇔
3 =
X
X
+5
.5


⇒
X = 7,5 (

Ω
)
Với X = 7,5 (
Ω
) ta có X có sơ đồ như hình (b)
Ta có : X = r + Y
⇒
Y = X - r = 7,5 - 5 = 2,5 (
Ω
)
Để Y = 2,5 (
Ω
) thì phải có 2 điện trở r mắc song
song.
Vậy phải có tối thiểu 4 điện trở r mắc như hình (c).
b. Phải dùng tối thiểu bao nhiêu điện trở đó để mắc thành
mạch có điện trở 7 (
Ω
).
* Gọi điện trở của mạch là R
/

Vì R
/
> r nên coi mạch gồm điện trở r mắc nối tiếp với
một đoạn mạch có điện trở X như hình (d)
Ta có : R
/
= r + X
/

⇒
X
/
= R
/
- r = 7 - 5 = 2 (
Ω
).
Vì X
/
< r
⇒
X
/
là đoạn mạch gồm r mắc song song
với một đoạn mạch có điện trở Y
/
như hình (e).
Ta có : X
/
=
/
/
.
Yr
Yr
+

⇔

2 =
/
/
5
.5
Y
Y
+

⇒
Y
/
=
3
10
(
Ω
).
Vì Y
/
< r nên Y
/
là một đoạn mạch
gồm r mắc song song với một đoạn mạch có điện
trở Z như hình (g).
Ta có : Y
/
=
Zr
Zr

+
.
2
1
⇔

3
10
=
Z
Z
+5
.5
⇔
50 + 10 Z = 15.Z
⇒
Z = 10 (
Ω
). Vậy Z là đoạn mạch
gồm 2 điện trở r mắc nối tiếp với nhau như hình
(h)
Vậy cần phải có 5 điện trở mắc theo sơ
đồ như hình (h)
Chú ý: Nếu thí sinh giải theo cách khác mà vẫn đúng thì vẫn cho điểm tối đa