Đề thi HSG lớp 11 năm 2008 (THPT Cẩm Thủy, Thanh Hóa) môn vật lý

Trờng THPT Cẩm Thuỷ 1 Kì thi học sinh giỏi năm học 2007- 2008
Đề thi môn Vật lí lớp 11 Thời gian làm bài 180 phút
( không kể thời gian phát đề)
A/ Trả lời các câu hỏi sau(5 điểm)
1/ Lực tơng tác giữa hai điện tích sẽ thay đổi nh thế nào nếu đặt xen vào giữa chúng
một tấm nhựa?
2/ Vì sao khi cọ nhiều lần một tấm nhựa vào tóc, tấm nhựa này lại có khả năng hút các
mảnh giấy vụn?
3/ Có ý kiến cho rằng: Vật không có khả năng nhiễm điện thì trong vật ấy không có hạt
mang điện tích nào. Đúng hay sai? Vì sao?
4/ Một quả cầu kim loại rỗng nhiễm điện dơng. Khi thả nhẹ(v
0
=0) một hạt mang điện
tích vào bên trong quả cầu qua một khe hẹp thì hạt mang điện tích di chuyển nh thế nào: về
tâm quả cầu, hay về phía mặt cầu , hay có phơng án trả lời khác? Hãy giải thích? ( Bỏ qua ảnh
hởng của trọng lực)
5/ Khi cho hạt êlectron chuyển động thì nó có thể phát ra những loại môi trờng vật chất
nào mà trong chơng trình THPT đã học?
6/ Hai học sinh đa ra hai ý kiến: Học sinh A nói Một vật có thể nhiễm điện tích là
1,216.10
-18
C. Học sinh B lại nói Một vật có thể nhiễm điện tích là 7,296.10
-17
C. Hãy phân
định ý kiến nào đúng, ý kiến nào sai và giải thích tại sao?
7/ Êlectron chuyển động quanh hạt nhân của nguyên tử Hiđrô theo quỹ đạo tròn. Vậy
khi chuyển động lực điện trờng của hạt nhân có sinh công không, vì sao?
8/ Từ trờng có năng lợng không? Hãy đa ra một ví dụ để khảng định điều đó?
9/ Phân biệt điểm khác nhau cơ bản nhất giữa đờng sức điện trờng và đờng sức từ tr-
ờng?
10/ Khi nhiệt độ tăng, điện trở của dung dịch điện phân tăng hay giảm, hăy giải thích?

B/ Bài tập( 15 điểm)
Bài 1( 3 điểm): Hai quả cầu nhỏ xem nh là hai chất điểm nhiễm điện nh nhau q
1
=q
2
=1,6.10
-
8
C, khối lơng hai quả cầu nh nhau và bằng m=0,6 gam. Hai quả cầu đợc treo vào hai sợi dây
mảnh- nhẹ đều có chiều dài l=60cm. hai đầu dây còn lại treo vào cùng một điểm. Cả hệ thống
đặt trong môi trờng không khí. (lấy

tansin

)
a/ Nếu điểm treo cố định, hãy tính khoảng cách giữa hai quả cầu?
b/ Cho điểm treo chuyển động xuống phía dới theo phơng đứng với gia tốc nhanh dần
đều 5 m/s
2
. Hãy tính lại khoảng cách hai quả cầu.
Bài 2(5điểm): Dòng điện không đổi
1/ Cho mạch điện nh hình vẽ 1: Cho R
1
=R
2
=R
3
=R
4
=R

5
=

R
6
=R
0
. Nguồn điện có:
E=164v; r=2

. Số chỉ ampe I
a
=2A. a/ Tính hiệu điện thế U
AB
? b/
Tính điện trở R
0
?
2/ Cho mạch điện nh hình vẽ 2: E
1
=10v; r
1
=2

; E
2
=20v; r
2
=1

, R=6

. C=10
-5
F
a/ Tính cờng độ dòng điện qua mỗi nhánh? b/ Tính năng lợng điện trờng mà tụ
tích đợc?
Bài 3( 5 điểm): Cho hệ thống nh hình vẽ 3: Hai thanh ray Mx, Ny đặt song song và đợc đấu
với mạch điện nh hình vẽ. Thanh kim loại AB đặt vuông góc với hai thanh ray và tiếp súc rất
tốt trong quá trình trợt dọc theo hai thanh ray. Từ trờng đều
B
đợc bố trí vuông góc với mặt
phẳng xMNy nh hình vẽ. Cảm ứng từ B=0,5T; khoảng cách hai thanh ray l=50cm; nguồn điện:
E=4v, r=1

; R=2

; bỏ qua điện trở của hai ray và thanh AB.
a/ Kéo thanh AB trợt sang phải với vận tốc không đổi v=30m/s và đóng khoá K ở chốt
1. Xác định chiều dòng điện trong mạch và tính cờng độ dòng điện qua R
b/ Lúc đầu thanh AB đứng yên và đóng K sang chốt 2.
Hãy mô tả định tính hiện tợng vật lí xảy ra?
1
Do ma sát và lực điện từ xuất hiện nên thanh đạt đến vận tốc lớn nhất là
v=8m/s. Tính cờng độ dòng điện chạy trong mạch? Độ lớn lực ma sát lên
thanh AB?
c/ Khoá K đóng ở chốt 2. Nếu dùng ngoại lực để kéo thanh trợt sang phải với vận tốc
không đổi V=20m/s. Hãy xác định chiều dòng điện và cờng độ dòng điện lúc đó?
Bài 4 (3 điểm): Cho A và B là hai nguồn điểm sáng, A và B là ảnh tơng ứng của chúng khi
qua thấu kính mỏng ( xem hình 4). Hãy xác định:

a/ Thấu kính gì, vì sao?
b/ Dựng hình để xác định vị trí thấu kính, trục chính, vị trí các tiêu điểm?
c/ Nêu rõ cách dựng hình?
Trờng THPT Cẩm Thuỷ 1
Đáp án môn vật lí kì thi HSG lớp 11 năm học 2007-2008
A/ Trả lời câu hỏi(5đ): Mỗi câu đúng cho 0,5 điểm
Câu 1: Lực tơng tác giữa hai điện tích sẽ giảm đi

lần đúng bằng hằng số điện môi của tấm
nhựa
Câu 2: Cọ sát nhiều lần tấm nhựa vào tóc, tại vị trí cọ sát bị nhiễm điện. Đa phần cọ sát này lại
gần mảnh giấy vụn, mảnh giấy vụn sẽ bị nhiễm điện do hởng ứng. Các phần nhiễm điện trái
dấu giữa tấm nhựa và mảnh giấy vụn sẽ hút nhau.
Câu 3: ý kiến đấy là sai vì theo thuyết điện tử thì mọi vật chất đều đợc cấu tạo từ các phân tử,
nguyên tử hay ion. Các phân tử, nguyên tử hay ion lại luôn chứa các hạt proton và electron là
các hạt mang điện tích.
Câu 4: Hạt mang điện tích đó sẽ đứng yên vì lí do: Ban đầu nó có vận tốc bằng không, không
có ngoại lực nào tác dụng.
Câu 5: Hạt electron chuyển động thì sẽ phát ra điện trờng và từ trờng.
Câu 6: Học sinh A phát biểu sai, học sinh B phát biểu đúng.
Giải thích: Vật nhiễm điện thì điện tích phải bằng nguyên lần điện tích nguyên tố( cơ
bản:/e/=1,6.10
-19
C)
2
R
1
E
1
; r

1
+ -
R
2
R
3
A - + B B A
R
4
R
R
5
R
6
C

E
2
; r
2
+ -
M A x
R
2 1
N y
B
Hình 2
Hình 3
A
B

B A
Hình 4
A
Hình 1
* Học sinh A: 1,216.10
-18
=7,6./e/sai
* Học sinh B: 7,296.10
-17
= 456./e/.đúng
Câu 7: Lực điện trờng của hạt nhân không sinh công vì lực này luôn vuông góc với phơng
chuyển động.
Câu 8: Từ trờng có năng lợng. Ví dụ: Từ trờng của một nam châm có khả năng hút và làm
dịch chuyển một thanh kim loại.
Câu 9: Sự khác nhau cơ bản đó là:
* Đờng sức của điện trờng là những đờng không khép kín.
* Đờng sức từ trờng là những đờng khép kín.
Câu10: Khi nhiệt độ tăng điện trở của dung dịch điện phân giảm. Giải thích: Khi nhiệt độ tăng
sự điện li của dung dịch sẽ tăng lên, làm tăng số hạt ion dơng và âm trong dung dịch. Số hạt
tải điện tăng làm tăng khả năng đẫn điện hay điện trở sẽ giảm.
B/ Bài tập(15 đ)
Bài Nội dung điểm
Bài 1 3 điểm
1a
1b
Tính khoảng cách hai quả cầu khi điểm treo I đứng yên
+ Khi hệ đứng cân bằng mỗi quả cầu chịu tác dụng của 3 lực: Trọng lực
P
; Lực đẩy culông
F

; Sức căng dây
T
+ Xét một quả cầu thì các lực biểu diễn nh hình vẽ.
Ta có:








=
==
(2)
(1)
l
b
tg
bgm
qqk
P
F
tg
2/
sin


2
21

; b: là khoảng cách hai điện tích
+ Từ (1) và (2)
cmm
mg
qqlk
b
l
b
mgb
qqk
(72,7)(0772,0
10.10.6,0
)10.6,1.(10.9.6,0.2
2
2
.
3
3
289
3
21
2
21
=====


Tính lại khoảng cách khi điểm treo chuyển động.
+ Khi điểm treo chuyển động nhanh dần đều xuống phía dới với gia tốc a

thì mỗi quả cầu chịu thêm lực quán tính hớng lên trên. Lúc đó biểu thức
(1) trở thành:
(3)
2
21
).(
.
bmamg
qqk
tg

=

+ Từ (2) và (3)
)(7,9)(097,0
)510(10.6,0
)10.6,1.(6,0.10.9.2
)(
2
3
289
3
21
cmm
agm
qqkl
b ==

=

=


0,5
0,5
0,5
1,0
0,5
Bài 2.1 2 điểm
2.1a Hiệu điện thế U
AB
=-E+I
a
R=-164+2.2= -160 (vôn) 1,0
3
2.1b
Tính các điện trở
+ Ta có:
)(80
2
160
===
a
BA
td
I
U
R

=

6
5
3
2
R
R
R
R
đoạn mạch MA có dang mạch cầu cân bằng. Trên
đoạn mạch này có thể cắt bỏ R
4
+ Khi đó:
)(40802
)).((
1
6532
6532
===+
+++
++
= RRR
RRRR
RRRR
R
td
Vậy các điện trởi đều có giá trị là: 40

0,5

0,5

Bài 2.2 2 điểm
2.2a
2.2b
Tính dòng điện qua mỗi nhánh
+ Giả sử dòng điện có chiều nh hình vẽ. Ta có:







+=
==
==
+=+=

U
U
U
AB
AB
AB
12
1111
2222
)(
6.)3(
210)1(
20)1(

IIIA
RRI
IrIE
IrIE
+ Giải hệ đợc:





=
=
=
)(5,2
)(5
)(5,2
2
1
AI
AI
AI
Năng lợng tụ tích đợc:
+ Hiệu điện thế: U
BA
= R.I=6.2,5=15 (vôn)
+ Năng lợng:
)(10.125,1
2
.
Ư

3
2
J
UC
W
BA

==
0,5
0,5
0,5
0,5
Bài 3 5 điểm
3a
3b
Xác định chiều dòng điện và tính cờng độ dòng diịen qua R kh khoá k ở
chốt (1)
+ áp dụng quy tắc bàn tay phải xác định đợc A là cực âm, B là cực dơng
của nguồn cảm ứng. Suy đợc dòng điện chạy từ A sang B trong mạch.
+ Cờng độ dòng điện:
)(75,3
2
30.5,0.5,0
A
R
vlB
R
E
I
c

====
Lúc đầu AB đứng yên, đóng k sang chốt (2)
+ Mô tả định tính hiện tợng vật lí:
* Khi k đóng sang chốt 2 dòng điện xuất hiện trong mạch có chiều từ
A sang B. Lực từ do nguồn sinh ra tác dụng lên thanh làm thanh chuyển
động sang trái.
* Khi thanh di chuyển lại xuất hiện dòng điện cảm ứng ngợc chiều với
dòng điện do nguồn sinh ra. Dòng điện này tăng dần khi vận tốc thanh
tăng dần.
* Vận tốc của thanh tăng đến một giá trị nào đó thì ổn định không tăng
1,0
1,0
1,0
4
3c
nữa do hợp lực của các lực từ và lực ma sát cân bằng nhau.
+ Biết v
MAX
=8m/s. Tính cờng độ dòng điện? Tính lực ma sát?
* Dòng điện trong mạch:
)(2
1
8.5,0.5,04
A
r
vlBE
r
EE
I
c

=

=

=

=
* Độ lớn lực ma sát:
Vì thanh chuyển động thẳng đều nên lực ma sát cân bằng với lực
điện từ khi đó: F
ms
=F
từ
=B.l.I= 0,5.0,5.2=0,5 (N)
Khoa k ở chốt 2, kéo thanh AB sang phải với vận tốc v=20m/s. Xác định
chiều dòng điện và cờng độ dòng điện khi đó?
+ Theo quy tắc bàn tay phải xác định đợc A là cực âm, B là cực dơng của
nguồn cảm ứng. Suy ra trong mạch dòng điện chạy theo chiều ABNM
+ Lúc đó có nguồn mạch ban đầu và nguồn cảm ứng nối tiếp nhau nên:

)(3
12
20.5,0.5,04
A
rR
vlBE
rR
EE
I
c

=
+
+
=
+
+
=
+
+
=
0,5
0,5
0,5
0,5
Bài 4 3 điểm
4a Loại thấu kính đã dùng
* Thấu kính dã dùng là thấu kính hội tụ
* Giải thích: Vị trí các ảnh và vật tơng ứng là ngợc chiều nhau nên ảnh
và vật cùng tính chất, thấu kính đã dùng phải là thấu kính hội tụ.
0,5
0,5
4b 1đ
4c Nêu cách vẽ:
* Nối AA; BB cắt nhau ở 0 đó là quang tâm.
* Kéo dài BA và AB cắt nhau ở P đó là một điểm nằm trên mặt phẳng
cha thấu kính.
* Dựng mặt phẳng chứa thấu kính đI qua P và 0. Dựng trục chính của
thấu kính vuông góc với 0P
* Dùng các tia sáng đặc biệt xác định đợc các tiêu điểmnhw hình vẽ.
0,5

0,5
0,5
0,5
5