Đề thi và Đáp án HSG cấp trường năm 2012-2013. Lý 11

SỞ GD&ĐT THANH HÓA KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG
TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 2 NĂM HỌC 2012-2013
Môn Vật Lý 11 – Thời gian 180 phút
( Đề bài gồm 08 câu)
Câu 1 ( 4 điểm): Một giọt dầu hình cầu đường kính 0,5mm nằm lơ lửng trong điện trường của một tụ điện
phẳng. Khối lượng riêng của dầu
3
800 /kg m
ρ
=
. Khoảng cách giữa hai bản tụ điện d = 1cm, hiệu điện
thế giữa hai bản tụ điện là 220V, bản dương ở phía trên. Lấy g=10m/s
2
, bỏ qua lực đẩy ác si mét của
không khí
a) Tính điện tích của giọt dầu
b) Đột nhiên đổi dấu hiệu điện thế nhưng giữ nguyên độ lớn, hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào?
Tính gia tốc của giọt dầu
Câu 2 ( 2 điểm): Một electron bay trong điện trường giữa hai bản của một tụ điện đã tích điện và đặt
cách nhau 2cm với vận tốc 3.10
7
m/s theo song song với các bản của tụ điện. Hiệu điện thế giữa hai bản
phải là bao nhiêu để electron lệch quỹ đạo 2,5mm khi đi được đoạn đường 5cm trong điện trường.
Câu 3 ( 2 điểm): Một sợi dây dẫn thẳng dài
0,5m=l
chuyển động với vận tốc v = 2m/s trong một từ
trường đều cảm ứng từ B = 0,5mT. Xác định hiệu điện thế giữa hai đầu dây nếu góc giữa đoạn dây và
vecto cảm ứng từ là
0
30
α

=
, góc giữa vecto cảm ứng từ và vận tốc v là
0
40
β
=
, góc giữa vận tốc và
đoạn dây là
0
50
γ
=
Câu 4 (1 điểm): Lắp điện trở thuần A có ghi (10V; 2,0W) vào nguồn điện có suất điện động không đổi thì
công suất tiêu thụ trên nó là 2,0W. Hỏi nếu lắp điện trở thuần B có ghi (10V; 5,0W) vào nguồn có suất
điện động như trên thì công suất trên nó có thể nhỏ hơn 2,0W được không? Tại sao?
Câu 5 ( 4 điểm):
Một tụ phẳng không khí có điện dung
0
0,1C F
µ
=
được tích điện đến hiệu điện thế U = 100V
a) Ngắt tụ ra khỏi nguồn: Nhúng tụ vào điện môi lỏng có hằng số điện môi
4
ε
=
. Tính điện dung, điện
tích và hiệu điện thế của tụ lúc này
b) Vẫn nối tụ với nguồn rồi nhúng vào điện môi lỏng trên. Tính điện dung, điện tích và hiệu điện thế của
tụ lúc này

Câu 6 ( 1 điểm): Một dòng điện trong ống dây phụ thuộc vào thời gian theo công thức: i = 0,4.(5 – t),
trong đó i tính bằng A, t tính bằng s. Ống dây có hệ số tự cảm L = 0,005H. Tính suất điện động tự cảm
trong ống dây.
Câu 7 ( 4 điểm): Một cái đinh OA đặt thẳng đứng vuông góc với mặt nước của một chậu nước, phần chìm
trong nước dài 10cm, đầu A của đinh ở trong nước. Chiết suất của nước n=4/3.
a) Khi đặt mắt ngoài không khí quan sát đinh theo phương gần vuông góc với mặt nước ta sẽ thấy A cách
mặt nước bao nhiêu cm
b) Đinh được cắm vuông góc vào tâm O của một đĩa gỗ hình tròn có bán kính R = 5cm. đĩa gỗ được thả
nổi trên mặt thoáng của một chậu nước Cho chiều dài OA giảm dần, Tìm khoảng cách OA để mắt không
còn nhìn thấy đầu A của đinh
Câu 8 ( 2 điểm): Cho các dụng cụ sau: - Một đèn 220V – 15W
- Một đèn 220V – 100W
- Một khóa K ( đóng ngắt điện đơn)
- Dây nối ( điện trở không đáng kể)
Hãy mắc một mạch điện sao cho:
Khi đóng khóa K thì đèn này sáng, đèn kia tối và khi K ngắt thì hai đèn tối sáng ngược lại
==========================HẾT==========================
ĐỀ CHÍNH THỨC
SỞ GD&ĐT THANH HÓA KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG
TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 2 NĂM HỌC 2012-2013
Môn Vật Lý 11 – Thời gian 180 phút
( Đề bài gồm 08 câu)
MA TRẬN ĐỀ
Câu Ý
Mức độ
khó 1
Mức độ
khó 2
Mức độ
khó 3

Mức độ
khó 4
Ghi chú
1
a
(2,5 điểm)
X
b
(1,5 điểm)
X
2
(2,0 điểm)
X
3
(2,0 điểm)
X
4
(1,0 điểm)
X
5
a
(2,5 điểm)
X
b
(1,5 điểm)
X
6
(1,0 điểm)
X
7

a
(2,0 điểm)
X
b
(2,0 điểm)
X
8
(2,0 điểm)
X
(Mức độ khó tăng dần từ 1 đến 4)
SỞ GD&ĐT THANH HÓA KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG
TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 2 NĂM HỌC 2012-2013
Môn Vật Lý 11 – Thời gian 180 phút
( Đề bài gồm 08 câu)
HƯỚNG DẪN CHẤM
Câu Ý Nội dung Điểm
1
a
Trọng lượng của giọt dầu
3
4
. . . .
3
P m g V g r g
ρ π ρ
= = =
0,5
Lực điện tác dung lên giọt dầu
d
U

F q E q
d
= =
0,5
Điều kiện cân bằng
3
4
.
3
d
U
F P q r g
d
π ρ
= → =
0,5
Suy ra
3
12
4 .
23,8.10
3
r g d
q C
U
π ρ
−
= ≈
0,5
Do trọng lực hướng xuống nên lực điện hướng lên, mà bên trên là bản dương nên giọt dầu

mang điện tích âm
12
23,8.10q C
−
≈ −
0,5
b
Nếu đột nhiên đổi dấu mà vẫn giữ nguyên độ lớn của hiệu điện thế thì lực điện tác động
lên giọt dầu sẽ cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn với trọng lực
1,0
Vậy giọt dầu sẽ chịu tác dụng của lực 2P và thu gia tốc 2g=20m/s
2
0,5
2
Ta có
e E e U
F amd
a U
m m md e
= = = ⇒ =
(1) 0,5
Mặt khác:
2
2
2
2 2
1 2h 2h 2hv
h at a
2 t s
s

v
= ⇒ = = =
 
 ÷
 
(2) 0,5
Từ (1) và (2):
2
2
2mhv
U 204,75V
e s
= =
1
3
Vẽ hệ trục Oxyz
Dây đặt dọc theo trục Ox, vecto vận tốc của dây nằm
trong mặt phẳng Oxy
0,5
Hiệu điện thế giữa hai đầu dây chính bằng suất điện động cảm ứng
.sin
Z
U B v
γ
= l
0,5
Từ hình vẽ tìm thành phần B
Z
:
2

2 2
( os os os )
sin 1
sin .sin
Z
c c c
B B
α β γ
β
β γ
−
= −
0,5
Từ đó
2
3
2 2
( os os os )
sin sin . 1 0,16.10 0,16
sin .sin
c c c
U Bv V mV
α β γ
β γ
β γ
−
−
= − = =l
0,5
ĐỀ CHÍNH THỨC

4
Có khả năng vì: Gọi R
1
; R
2
là điện trở của hai dụng cụ A và B ta tìm được
2
1
10
50 ;
2
R = = Ω

2
2
10
20
5
R = = Ω
Khi dùng A công suất tiêu thụ vừa đủ công suất định mức:
2
1 1
1
. 2P R W
R r
ε
 
= =
 ÷
+

 
Khi dùng B công suất tiêu thụ thực tế là
2
2 2
2
. 2P R W
R r
ε
 
= <
 ÷
+
 
Từ đó nếu điện trở trong của nguồn tăng lên thì đủ để công suất tiêu thụ <2W
Khi đó
10 10r > Ω
1
5
a
Điện dung của tụ:
Ngoài không khí
0
4
S
C
kd
π
=
; trong môi trường có hằng số điện môi
1

4
S
C
kd
ε
π
=
Vậy
1 0
0,4C C F
ε µ
= =
1
Khi ngắt tụ ra khỏi nguồn và đưa vào môi trường có hằng số điện môi
ε
thì điện tích của
tụ không đổi
1 0 0
. 10Q Q C U C
µ
= = =
1
Hiệu điện thế trên tụ lúc này:
0
1
1
1 0
25
Q
Q U

U V
C C
ε ε
= = = =
0,5
Điện dung của tụ lúc này
2 1 0
0,4C C C F
ε µ
= = =
0,5
Do vẫn nối với nguồn nên hiệu điện thế vẫn là hiệu điện thế của nguồn U
2
=U
1
=100V 0,5
Điện tích của tụ Q
2
=C
2
.U
2
= 40
µ
C 0,5
6
1 1
2 0,4i t= −
;
2 2

2 0,4i t= −
;
2 1 2 1
0,4( )i i i t t∆ = − = − −
0,5
Suất điện động tự cảm
0,002
tc
i
e L V
t
∆
= =
∆
0,5
7
+ Chỉ xét chùm tia tới hẹp gần vuông góc với mặt phân cách

( )
sinrtgrsini,tginhá ≈≈⇒r,i
.
+ Công thức về lưỡng chất phẳng:
2
1
. .sin
' .sin .sin
' . ' .sin
sin
' . ' 7,5
sin

HI AH tgi AH i
A H r AH i
HI A H tgr A H r
ni
A H AH A H AH cm
r n
= ≈

⇒ =

= ≈

⇒ = ⇒ = =
.
1
1
Để ở bất kì vị trí nào ta cũng không quan sát đầu A của đinh
thì tại vị trí gần mép đĩa là chỗ dễ nhìn thấy nhất thì cũng
không có tia khúc xạ (tức là xẩy ra phản xạ toàn phần).
1
Lúc đó, sin góc tới phải lớn hơn hoặc bằng sin góc giới hạn phản xạ toàn phần, tức là:
( )
2
0
2 2
R 1
sin sin 1 4,41
h
i i h R n cm
n

R
≥ ⇒ ≥ ⇒ ≤ − ≈
+
.
1
8
Mắc mạch như hình vẽ
- Khi K đóng đèn 15W sẽ tắt còn đén 100W
sáng bình thường
- Khi K mở đèn 15W sẽ sáng còn đèn 100W gần
như không sáng
1
Vì:
2
U
R
P
=
Suy ra
1 2
3200 ; 484R R≈ Ω ≈ Ω
;
1 1
2 2
U R
U R
=
suy ra U
1
=190V : Hiệu điện thế này chỉ nhỏ hơn hiệu điện thế định mức một ít

nên đèn 15W sáng yếu hơn bình thường một chút.
Còn hiệu điện thế U
2
= 220 – U
1
=30 V nhỏ hơn nhiều so với hiệu điện thế định mức nên
đèn 100W hàu như không sáng
( Ngoài ra còn có nguyên nhân điện trở tăng theo nhiệt độ làm cho hiện tượng càng rõ rệt
hơn)
1
Câu 4 (2 điểm): Một bóng đèn có điện trở
0
2R = Ω
làm việc bình thường với hiệu điện thế
0
4,5U V=
,
hiệu điện thế trên bóng đèn lấy ra từ nguồn điện không đổi có U=6V qua biến
trở trượt như hình vẽ
a) Tìm điều kiện để có hiệu suất lớn nhất và tính hiệu suất lớn nhất đó
b) Nếu hiệu suất không nhỏ hơn 0,6 thì trị số của biến trở là bao nhiêu và dòng
điện tối đa qua đó là bao nhiêu?
(vật Lý tuổi trẻ số 110 trang 1)