Đề thi học sinh giỏi môn vật lý lớp 10 (3)

Sở giáo dục đào tạo ninh bình
Trờng THPT Nguyễn Huệ
đề thi giải vật lí trên máy tính
Cấp cơ sở năm 2010 - 2011
Thời gian: 150 phút không kể thời gian giao đề
Chú ý:
- Đề thi gồm 10 bài, mỗi bài 5 điểm
- Thí sinh làm trực tiếp vào đề thi này.
Điểm bài toán
Bằng số Bằng chữ Họ và tên:
Trờng:
Bi 1: Cho cơ hệ nh hình vẽ 1 : m
1
= 3 Kg, m
2
= 2Kg .Bỏ ma sát ròng rọc không có khối lợng . Hệ
thống thả không vận tốc đầu ( v
0
=0)
a. Tìm gia tốc chuyển động ?
b. Đoạn đờng di chuyển và vận tốc
mỗi vật sau 3 giây đầu ?
c. Vào thời điểm t = 3 s , dây bị đứt . Xác định chuyển động của m
2
và vị trí của nó vào lúc sau
1 s bị đứt . Tìm vận tốc của nó lúc này ?
Cỏch gii Kt qu
Bi 2: Sau bao lõu vt m=
2
kg trt ht mỏng nghiờng cú cao h=1,25m gúc nghiờng =38
0

.
Nu vi gúc nghiờng =20
0
vt chuyn ng thng u.
Cách giải Kết quả
Bài 3: Một lîng khí lí tưởng thực hiện chu trình như hình vẽ.
Tính công mà khí thực hiện trong chu trình.
Đơn vị tính công tìm được là Jun (J)
Cách giải Kết quả
Bài 4: Một ống dây dẫn có điện trở R và hệ số tự cảm L. Đặt vào hai đầu ống một hiệu diện thế
một chiều 12V thì cường độ dòng điện trong ống là 0,2435A. Đặt vào hai đầu ống một hiệu điện
thế xoay chiều tần số 50Hz có giá trị hiệu dụng 100V thì cường độ hiệu dụng của dòng điện trong
ống là 1,1204A. Tính R, L
Cách giải Kết quả
Bài 5: cho m¹ch ®iÖn nh h×nh vÏ :
1 1 2 2 3 3
1 2 3 4
5 6 7
10 , 2 , 20 , 3 , 30 , 3
1 , 3 , 4 ,
5 , 6 , 7 .
e V r e V r e V r
R R R R
R R R
= = Ω = = Ω = = Ω
= = Ω = Ω = Ω
= Ω = Ω = Ω
T×m cêng ®é dßng ®iÖn qua c¸c nguån vµ t×m U
MN
.

Cách giải Kết quả
Bài 6 : Một tế bào quang điện có catốt đợc làm bằng asen (As). Công thoát của êlectron đối với As
bằng 5,15 eV
a) Thay chùm sáng trên bằng chùm sáng đơn sắc khác có bớc sóng
0,2 m
à
=
. Xác định vận tốc cực
đại của êlectrôn khi nó vừa bị bật ra khỏi catôt.
b) Vẫn giữ chùm sáng có bớc sóng
0,2 m
à
=
chiếu vào catốt và nối tế bào quang điện với nguồn
điện một chiều. Cứ mỗi giây, catốt nhận đợc năng lợng của chùm sáng là P = 3 mJ. Khi đó cờng độ
dòng quang điện bão hoà là I = 4,5.10
-6
A
- Cứ mỗi giây catốt nhận đợc bao nhiêu phôtôn và có bao nhiêu êlectrôn bị bật ra khỏi catốt?
- Tính hiệu suất lợng tử
Cỏch gii Kt qu
Bi 7: Mt on dõy dn bng ng cú chiu di 30cm, ng kớnh tit din l 1mm,
nhit 38
0
C. Tớnh in tr ca on dõy ng núi trờn. Bit in tr sut 20
0
C v h s
nhit in tr ca ng ln lt l 1,69.10
-8
m v 4,1.10

-3
K
-1
.
Cỏch gii Kt qu
Bài 8: Vật kính của một kính hiển vi có tiêu cự f
1
= 1cm, thị kính có tiêu cự f
2
= 4cm. Chiều dài
quang học của kính là 15cm. Người quan sát có điểm cực cận cách mắt 20cm và điểm cực viễn ở
vô cực.
a) Hỏi phải đặt vật trong khoảng nào trước vật kính ?
b) Tính độ bội giác của kính khi ngắm chừng ở điểm cực cận và ở vô cực.
c) Năng suất phân li của mắt là 1’ (1’ = 3.10
-4
rad). Tính khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên
vật mà người ấy còn phân biệt được hai ảnh của chúng qua kính khi ngắm chừng ở vô cực.
Bài 9: Một tia sáng truyền từ môi trường không khí có chiết suất 1,0003 vào môi trường có chiết
suất 1,3333 với góc tới i. Thấy tia khúc xạ vuông góc với tia phản xạ. Hãy xác định góc tới i.
Cách giải Kết quả
Cách giải Kết quả
Bài 10: Một vật nhỏ khối lượng m=2kg ở trạng thái nghỉ trươti không
ma sát xuống mặt phẳng nghiêng góc α=30
0
một đoạn S thì va chạm
vào một lò xo (hình vẽ). Sau đó vật dính vào lò xo và trượt thêm một
đoạn 10cm thì dừng lại. Biết lò xo có độ cứng K=300N/m và lúc đầu
không biến dạng.
1. Tính khoảng cách S

2. Tìm khoảng cách d giữa điểm mà tại đó vật bắt đầu tiếp xúc lò xo
và điểm mà tại đó vận tốc của vật lớn nhất.
Đơn vị của khoảng cách tìm được là cm
Cách giải Kết quả
A
Sở giáo dục đào tạo ninh bình
Trờng THPT Nguyễn Huệ
Đáp án đề thi giải vật lí trên máy
tính
Cấp cơ sở năm 2010 - 2011
Thời gian: 150 phút không kể thời gian giao đề
Chú ý:
- Đề thi gồm 10 bài, mỗi bài 5 điểm
- Thí sinh làm trực tiếp vào đề thi này.
Điểm bài toán
Bằng số Bằng chữ Họ và tên:
Trờng:
Bi 1: Cho cơ hệ nh hình vẽ 1 : m
1
= 3 Kg, m
2
= 2Kg .Bỏ ma sát ròng rọc không có khối lợng . Hệ
thống thả không vận tốc đầu ( v
0
=0)
d. Tìm gia tốc chuyển động ?
e. Đoạn đờng di chuyển và vận tốc
mỗi vật sau 3 giây đầu ?
f. Vào thời điểm t = 3 s , Giây bị đứt . Xác định chuyển động của m
2

và vị trí của nó vào lúc
sau 1 s bị đứt . Tìm vận tốc của nó lúc này ?
Cỏch gii Kt qu
a.
2
2 1
1 2
1 2
sin sin
0,4548( / )
m g m g
a a m s
m m


= = =
+
2
1 2
0,4548( / )a a m s= =
b.
2
1 2
1 2
2
at
s s
v v at
= =
= =

1 2
1 2
2,0467( )
1,3645( / )
s s m
v v m s
= =
= =
c. Xét vật m
2
:
,
2
sina g

=
Khi dây đứt
, 2
2
2 2 2
,
2 2
2
sin
a t
x s v t
v v g t

= + +
= =

2
,
2
7,6547( )
9,8515( / )
x m
v m s
=
=

Bài 2: Sau bao lâu vật m=
2
kg trượt hết máng nghiêng có độ cao h=1,25m góc nghiêng β=38
0
.
Nếu với góc nghiêng α=20
0
vật chuyển động thẳng đều.
Cách giải Kết quả
Gia tốc của vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng không vận tốc đầu từ
trên xuống là
a= g(Sinα - µ Cos α) . Khi α=20
0
vật chuyển động thẳng đều do đó hệ số
ma sát giữa
Vật và mặt phẳng nghiêng là µ = tanα
Khi góc nghiêng là β thì gia tốc của vật là a’= g(Sinβ - tanα. Cos β)
Quãng đường vật đi được trong thời gian t để đi hết máng nghiêng là
S = h / Sinβ = a’t
2

/2 => t =
2 h
gSin (Sin -tan . Cos )
β β α β
. Thay số t=1,12212 s
t=1,12212 s
Bài 3: Một lîng khí lí tưởng thực hiện chu trình như hình vẽ.
Tính công mà khí thực hiện trong chu trình.
Đơn vị tính công tìm được là Jun (J)
Cách giải Kết quả
Công mà lượng khí trên thực hiện trong quá trình biến đổi trạng thái đẳng áp
từ
(2) đến (3) là : A
23
=P
2
(V
3
- V
2
) (1)
Công mà lượng khí trên thực hiện trong quá trình biến đổi trạng thái đẳng
nhiệt từ
(3) đến (4) là : A
34
=
4
3
V
V

PdV
∫
= P
3
V
3

3
V4
V
dV
V
∫
(2)
Công mà lượng khí trên thực hiện trong quá trình biến đổi trạng thái đẳng
nhiệt từ
(1) đến (2) là : A
12
=
1
V2
V
PdV
∫
= P
1
V
1

1

V2
V
dV
V
∫
(3)
A= 810,6000J
Công mà lượng khí trên thực hiện trong mỗi chu trình là A= A
12
+ A
23
+ A
34
+
A
41
A= A
12
+ A
23
+A
34
+A
41
= A
12
+ A
23
+A
34

. Thay số ta được :
A= 810,6000 J
Bi 4: Mt ng dõy dn cú in tr R v h s t cm L. t vo hai u ng mt hiu din th
mt chiu 12V thỡ cng dũng in trong ng l 0,2435A. t vo hai u ng mt hiu in
th xoay chiu tn s 50Hz cú giỏ tr hiu dng 100V thỡ cng hiu dng ca dũng in trong
ng l 1,1204A. Tớnh R, L
Cỏch gii Kt qu
t vo hai u ng dõy mt hiu in th mt chiu U=12V.
in tr thun ca ng dõy l R = U/I . Thay s: R= 49,28131
R= 49,28131
t vo hai u ng dõy in ỏp xoay chiu: Tng tr ca ng dõy l
Z=U/I. Mt khỏc Z
2
=R
2
+ Z
L
2
=> Z
L
=
2 2
2 2
2 2
U' U
Z - R
I' I
=
Vy t cm ca ng dõy l L=Z
L

/2f =
2 2
2 2
1 U' U
100 I' I


. Thay s ta cú
L= 0,23687
L= 0,23687 (H)
Bi 5: cho mạch điện nh hình vẽ :
1 1 2 2 3 3
1 2 3 4
5 6 7
10 , 2 , 20 , 3 , 30 , 3
1 , 3 , 4 ,
5 , 6 , 7 .
e V r e V r e V r
R R R R
R R R
= = = = = =
= = = =
= = =
Tìm cờng độ dòng điện qua các nguồn và tìm U
MN
.
Cỏch gii Kt qu
1 1 1 2 1 6 2 2 2 7
2 2 2 7 3 3 3 3 4 5
1 2 3

2 2 2 7
( ) ( )(1)
( ) ( )(2)
(3)
( )(4)
MN
e I r R R R e I r R
e I r R e I r R R R
I I I
U e I r R
+ + + = +
+ = + + + +
+ =
= +
1
2
3
0,6250( )
1,6250( )
2,2500( )
3,7500( )
MN
I A
I A
I A
U V
=
=
=
=

Bài 6 : Một tế bào quang điện có catốt đợc làm bằng asen (As). Công thoát của êlectron đối với As
bằng 5,15 eV
a) Thay chùm sáng trên bằng chùm sáng đơn sắc khác có bớc sóng
0,2 m
à
=
. Xác định vận tốc cực
đại của êlectrôn khi nó vừa bị bật ra khỏi catôt.
b) Vẫn giữ chùm sáng có bớc sóng
0,2 m
à
=
chiếu vào catốt và nối tế bào quang điện với nguồn
điện một chiều. Cứ mỗi giây, catốt nhận đợc năng lợng của chùm sáng là P = 3 mJ. Khi đó cờng độ
dòng quang điện bão hoà là I = 4,5.10
-6
A
- Cứ mỗi giây catốt nhận đợc bao nhiêu phôtôn và có bao nhiêu êlectrôn bị bật ra khỏi catốt?
- Tính hiệu suất lợng tử
Cách giải Kết quả
a.
2
max
max
2
2
o
o
hc
A

mv
hc
A v
m
λ
λ
 
−
 ÷
 
= + → =
b.
bh
I hc
n
H
N eP
λ
= =
a. v
oMax
=
607,5147.10
3

(m/s)
b. 0,9299 %
Bài 7: Một đoạn dây dẫn bằng đồng có chiều dài 30cm, đường kính tiết diện là 1mm, ở
nhiệt độ 38
0

C. Tính điện trở của đoạn dây đồng nói trên. Biết điện trở suất ở 20
0
C và hệ số
nhiệt điện trở của đồng lần lượt là 1,69.10
-8
Ωm và 4,1.10
-3
K
-1
.
Cách giải Kết quả
Điện trở suất của đồng ở 38
0
C là
ρ=ρ
0
(1+ α(t – t
0
))
Điện trở của đoạn dây đồng ở 38
0
C là R= ρl/S =
2
4l
d
π
ρ
0
(1+ α(t – t
0

)). Thay
số ta có:
R= 0,00693
R= 0,00693 Ω
Bài 8: Vật kính của một kính hiển vi có tiêu cự f
1
= 1cm, thị kính có tiêu cự f
2
= 4cm. Chiều dài
quang học của kính là 15cm. Người quan sát có điểm cực cận cách mắt 20cm và điểm cực viễn ở
vô cực.
a) Hỏi phải đặt vật trong khoảng nào trước vật kính ?
b) Tính độ bội giác của kính khi ngắm chừng ở điểm cực cận và ở vô cực.
c) Năng suất phân li của mắt là 1’ (1’ = 3.10
-4
rad). Tính khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên
vật mà người ấy còn phân biệt được hai ảnh của chúng qua kính khi ngắm chừng ở vô cực.
AB
A
1
B
1
A
2
B
2
L
2
L
1

f
1
f
2
d
1
d’
1
,d
2
d’
2
Cách giải Kết quả
a) Xác định khoảng đặt vật trước kính : (d
C
= ? ≤ d
1
≤ d
V
= ?)
Phương pháp : dựa trên sơ dồ tạo ảnh liên tiếp qua kính :
+ Ngắm chừng ở C
C
:
'
2
d
= -OC
C
= -20cm ⇒ d

2
=
420
4.20
2
'
2
2
'
2
−−
−
=
− fd
fd

=
3
10
cm
'
1
d
=  -
'
2
d
= 20 -
3
10

=
3
50
cm với  = f
1
+ f
2
+ δ = 1 + 4 +15 =
20cm.
⇒ d
C
= d
1
=
47
50
1
3
50
1.
3
50
1
'
1
1
'
1
=
−

=
− fd
fd
cm
+ Ngắm chừng ở vô cực :
'
2
d
= -∞ ⇒ d
2
= f
2
= 4cm ⇒
'
1
d
=  -
'
2
d

= 20 – 4 = 16cm
⇒ d
V
= d
1
=
15
16
cm

Nhận xét : Khoảng đặt vật cho phép trước kính hiển vi là ∆d = d
V
–
d
C

b) G
C
= ?, G
∞
= ?
+ Áp dụng G
∞
=
21
.
ff
D
C
δ
=
4.1
20.15
= 75.
+ Chứng minh G
C
=
K
với K = K
1

.K
2
= (-
1
1
'
d
d
)(-
2
2
'
d
d
)
Thay số ta có K = - 94, G
C
= 94.
c) (Giải tương tự như ở bài kính lúp)
G =
0
α
α
=
AB
OC
C
.
α
(với α

0
≈ tgα
0
=
C
OC
AB
) ⇒ AB =
G
OC
C
.
α
⇒ AB
min
=
G
OC
C
.
min
α
Khi ngắm chừng ở vô cực : AB
min
=
75
20.10.3
4−
= 0,8.10
-4

cm
∆d = 0,0033 (cm)
b)
+ Áp dụng G
∞
= 75,0000.
G
C
=
94,0000.
c) AB
min
= 0,8000.10
-4
cm
Bài 9: Một tia sáng truyền từ môi trường không khí có chiết suất 1,0003 vào môi trường có chiết
suất 1,3333 với góc tới i. Thấy tia khúc xạ vuông góc với tia phản xạ. Hãy xác định góc tới i.
Cách giải Kết quả
Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng:
2
1
nSini
Sinr n
=
=> Sini =
2
1
n
n
Sinr. Do i+ r = 90

0
nên ta suy ra
tani =
2
1
n
n
=> i = 53,12117
0
i = 53,12117
0
Bài 10: Một vật nhỏ khối lượng m=2kg ở trạng thái nghỉ trươti không
ma sát xuống mặt phẳng nghiêng góc α=30
0
một đoạn S thì va chạm
vào một lò xo (hình vẽ). Sau đó vật dính vào lò xo và trượt thêm một
đoạn 10cm thì dừng lại. Biết lò xo có độ cứng K=300N/m và lúc đầu
không biến dạng.
1. Tính khoảng cách S
2. Tìm khoảng cách d giữa điểm mà tại đó vật bắt đầu tiếp xúc lò xo
và điểm mà tại đó vận tốc của vật lớn nhất.
Đơn vị của khoảng cách tìm được là cm
Cách giải Kết quả
Chọn mốc thế năng hấp dẫn tại A, chọn mốc thế năng đàn hồi tại vị trí lò xo
không biến dạng
Bỏ qua ma sát nên cơ năng của hệ được bảo toàn. Ta có
mgS.Sinα =
1
2
ka

2
– mga. Sinα => S=
2
ka
a
2mgSin
α
−
. Thay số ta được S=
5,29574
S= 29574 cm
Độ nén của lò xo khi vật ở TVCB:
Ta có ∆l = mgSinα / k
Khoảng cách giữa điểm mà tại đó vật bắt đầu tiếp xúc lò xo mà điểm mà tại
đó vận tốc của vật lớn nhất(VTCB) là d = ∆l = mgSinα / k
Thay số ta được: d= 3,26888 d= 3,26888 cm
A