đề thi chọn HSG vật lí 11 Vĩnh Phúc đề số 6

SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC
ĐỀ CHÍNH THỨC
KỲ THI CHỌN HSG LỚP 11 THPT NĂM HỌC 2013-2014
ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 11
(Dành cho học sinh THPT không chuyên)
Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian phát đề
Bài 1: Thang AB đồng nhất khối lượng m=20 kg dựa vào tường trơn nhẵn dưới
góc nghiêng α. Hệ số ma sát giữa thang và sàn là
0,6
µ
=
. Lấy g = 10 m/s
2
.
a) Thang đứng yên cân bằng, tìm các lực tác dụng lên thang khi
0
45
α
=
.
b) Tìm giá trị của α để thang đứng yên không trượt trên sàn.
c) Một người có khối lượng m
1
=40 kg leo lên thang khi
0
45
α
=
. Hỏi người này
lên tới vị trí O
'

nào trên thang thì thang sẽ bị trượt. Biết thang dài l = 2 m.
Bài 2: Hai điện tích q
1
= q
2
= q >0 đặt tại hai điểm A và B trong không khí. Cho biết AB = 2a.
a) Xác định cường độ điện trường tại điểm M trên đường trung trực của AB cách AB một đoạn h.
b) Tìm h để E
M
cực đại. Tính giá trị cực đại này.
Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ, E
1
=3V, E
2
=3,6V, R
1
=10Ω,
R
2
=20Ω, R
3
=40Ω, bỏ qua điện trở trong của hai nguồn. Tụ có
điện dung C=1μF.
a) Lúc đầu khóa K mở, tính cường độ dòng điện qua nguồn E
1
và điện tích của bản tụ nối với M.
b) Đóng khóa K, tính cường độ dòng điện qua mỗi nguồn và
điện lượng chuyển qua R
4
.

Bài 4: Một dây dẫn thẳng MN chiều dài l, khối lượng của một đơn vị dài của dây
là D=0,04 kg/m. Dây được treo bằng hai dây dẫn nhẹ thẳng đứng và đặt trong từ
trường đều có véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa MN và dây treo,
độ lớn B=0,04 T. Cho dòng điện I chạy qua dây. Cho g=10m/s
2
.
a) Xác định chiều và độ lớn của I để lực căng của các dây treo bằng không?
b) Cho MN=25 cm, I=16 A có chiều từ N đến M. Tính lực căng của mỗi dây
treo.
Bài 5: Một vòng dây tròn bán kính R=5cm, có dòng điện I=10A chạy
qua.Vòng dây đặt trong một từ trường không đều. Biết rằng cảm ứng
từ tại mọi điểm trên vòng dây đều có cùng độ lớn B=0,2T và có
phương hợp với trục của vòng dây một góc α =30
0
(hình vẽ). Vẽ và xác
định lực từ tổng hợp tác dụng lên vòng dây.
Bài 6: Cho một cục pin, một ampe kế, một cuộn dây có điện trở suất ρ đã biết, dây nối có điện trở
không đáng kể, một kéo cắt dây, một cái bút chì và một tờ giấy kẻ ô vuông tới mm. Hãy nêu cách làm
thí nghiệm để xác định gần đúng suất điện động của pin.
Hết
Thí sinh không được sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm.
Họ và tên thí sinh:…………………….….; Số báo danh……………………
B
M N
A
L
)
B
α
α

B
R
3
M
C
R
4
E
2
R
1
N
E
1
R
2
A
B
K
SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC KỲ THI CHỌN HSG LỚP 11 THPT NĂM HỌC 2013-2014
ĐÁP ÁN MÔN: VẬT LÝ 11
(Dành cho học sinh THPT không chuyên)
Ghi chú:
1.Nếu thí sinh sai hoặc thiếu đơn vị của đáp số trung gian hoặc đáp số cuối cùng thì mỗi lần sai hoặc
thiếu trừ 0,25đ, tổng số điểm trừ của mỗi phần không quá một nửa số điểm của phần kiến thức đó.
2. Nếu thí sinh làm cách khác đúng vẫn cho đủ điểm.
Bài Nội dung Điểm
1
(2đ)
a) Thang cân bằng :

1 2
0
ms
P N N F+ + + =
ur uur uur uuur

Chiếu lên Ox: F
ms
= N
2
Chiếu lên Oy: N
1
= P
N
1
= P = mg = 200N
Mặt khác :
2
/ /P A N A
M M=

2 2
. cos .sin 100
2
ms
AB
mg N AB N F N
α α
= ⇒ = =
.

b) Tính
α
để thang không trượt trên sàn:
ta có:
2 2
. cos .sin
2 2
AB P
P N AB N
tg
α α
α
= ⇒ =

Vì N
2
= F
ms
nên
2
ms
P
F
tg
α
=

mà
2

ms
P
kN kP F k
tg
α
= ≥ ⇒ ≥

0
1
40
2
tg
k
α α
⇒ ≥ ⇒ ≥

c) Đặt AM = x
ta có:
1 1 2
0
ms
P P N N F+ + + + =
ur ur uur uur uuur
Chiếu lên Ox: F
ms
= N
2
Chiếu lên Oy: N
1
= P +P

1
1 2
/ / /P A P A N A
M M M+ =
hay
1 2
1
2
. cos . .cos .sin
2
2
AB
P P x N AB
PxP
N
AB
α α α
+ =
⇒ = +
1
2
ms
PxP
F
AB
⇒ = +
(*)
Thang bắt đầu trượt khi:
( )
1 1 2

.
ms
F N P P
µ µ
= = +
Thay vào (*) ta tìm được x = 1,3m
0,5
0,5
0,5
0,5
2
(2đ)
a) Cường độ điện trường tại M:
1 2
E E E= +
ur ur ur


1 2
2 2
q
E E k
a h
= =
+

0,5
(Đáp án có 03 trang)
A
)

2
N
r
α
B
ms
F
r
1
N
uur
P
ur
x
y
O
H
1
P
ur
M
C
I
A
L
)
2
N
r
α

B
ms
F
r
1
N
uur
P
ur
x
y
O
H
Hình bình hành xác định
E
ur
là hình thoi: E = 2E
1
cos
( )
3/2
2 2
2kqh
a h
α =
+

b) Định h để E
M
đạt cực đại:

( ) ( )
2 2 4 2
2 2 2
3
3 3/2
2 2 4 2 2 2 2
a a a .h
a h h 3.
2 2 4
27 3 3
a h a h a h a h
4 2
+ = + + ≥
⇒ + ≥ ⇒ + ≥

Do đó:
M
2
2
2kqh 4kq
E
3 3 3 3a
a h
2
≤ =

E
M
đạt cực đại khi:
( )

2
2
M
max
2
a a
h h
2
2
4kq
E
3 3.a
= ⇒ =
⇒ =

0,5
0,5
0,5
3
(2đ)
a) K mở: dòng qua nguồn E
1
là:
A
RR
E
I 1,0
30
3
21

1
0
==
+
=
.…………………
Điện tích trên tụ là q
0
= U
MA
.C= (E
2
-I
0
.R
1
).C = 2,6μC
Và cực dương nối với M.
b) K đóng, vẽ lại mạch:
Áp dụng định luật Ôm ta có:
NB 1
1
1
NB 2
2
3
NB
2
U E
I (1)

R
U E
I (2)
R
U
I (3)
R
− +
=
+
=
=

Lại có: I
1
=I+I
2
(4).
Thay số và giải hệ 4 phương trình ta được:
U
NB
=1,2V, I
1
= 0,18A, I
2
= 0,12A, I= 0,06A …………… ………………….
Hiệu điện thế trên tụ: U
MA
= U
MN

+ U
NA
= E
2
-I
1
.R
1
= 1,8V.
Điện tích trên tụ: q = U
MA
.C = 1,8μC, cực dương nối với M………
Điện lượng chuyển qua R
4
là: Δq = |q
0
-q| = 0,8 μC
0,5
0,25
0,25
0,5
0,25
0,25
4
(2đ)
a) Để lực căng dây bằng 0 thì lực từ phải hướng lên và có độ lớn bằng P=mg
Áp dụng qui tắc bàn tay trái ta có dòng điện chạy từ M đến N
Vì
A
B

Dg
IDmgBIlBIlBIlF 10
04,0
10.04,0
lgsin ===→==→==
α

b) Khi dòng điện chạy từ N đến M, áp dụng qui tắc bàn tay trái ta được lực từ F
hướng xuống dưới.
Áp dụng điều kiện cân bằng ta được:
2
lg
2
2
DBIlmgF
TmgFT
+
=
+
=→+=

0,5
0,5
0,5
R
3
E
2
M
R

2
E
1
R
1
A
NB
I
2
I
I
1
Thay số được:
NT 13,0
2
10.25,0.04,025,0.16.04,0
=
+
=

0,5
5
(1đ)
Chia vòng dây thành 2n đoạn rất nhỏ bằng nhau, mỗi đoạn có chiều dài Δl sao
cho mỗi đoạn dây đó coi như một đoạn thẳng.
Xét cặp hai đoạn đối xứng nhau qua tâm vòng dây (tại M và tại N), lực tác dụng
lên mỗi đoạn là F
M
và F
N

được biểu diễn như hình vẽ.
Hợp lực tác dụng lên hai đoạn này là F
MN
có hướng dọc trục của vòng dây và độ
lớn: F
MN
= 2. B.I.Δl.sinα
Lực tác dụng lên cả vòng dây là hợp lực của tất cả các cặp đoạn dây đã chia
cũng có hướng là hướng của F
MN
và độ lớn là:
F = ∑ F
MN
= 2.B.I.sinα. ∑Δl =2.B.I.πR.sinα
Thay số ta được: F ≈ 0,314N
Hình vẽ
0,5đ
(không
yêu cầu
vẽ hợp
lực đặt
tại tâm)
0,5
6
(1đ)
- Đo chiều dài dây dẫn bằng giấy kẻ ô. Để xác định đường kính d của dây, cuốn
nhiều vòng (chẳng hạn N vòng) sát nhau lên bút chì rồi đo bề rộng của N vòng
đó rồi chia cho N ta được d
- Cắt lấy một đoạn dây đã biết điện trở suất. Lập mạch điện kín gồm nguồn
điện, đoạn dây đã cắt ra và ampe kế, khi đó đo đươc cường độ dòng điện chạy

qua ampe kế là:

Rr
E
I
+
=
(1)
Trong đó E, r là suất điện động, điện trở trong của nguồn, R là điện trở của đoạn
dây đã cắt ra.
- Cắt bớt đoạn dây trên, chẳng hạn chỉ để lại ¾ chiều dài (hoặc một nửa chiều
dài,…) rồi lắp lại vào mạch và đo cường độ dòng điện:
Rr
E
I
4
3
'
+
=
(2)
Từ (1) và (2) rút ra:






−=
'

11
4
II
ER
(3)
Thay (3) và (1) hoặc (2) tìm được:
)'(
' 4
'
11
4
22
IId
II
E
dSII
E
−
=⇒==






−
π
ρ
π
ρ

ρ


0,25
0,25
0,25
0,25