Đề thi học sinh giỏi vật lý tỉnh nghệ an 2017 2018

SỞ GD&ĐT NGHỆ AN
CỤM THI THPT Q.LƯU-HM

ĐỀ THI KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG HỌC SINH GIỎI
LẦN THỨ 3 NĂM HỌC 2017 – 2018

(Đề thi có 02 trang)

Môn thi : VẬT LÝ 11
Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề)

Câu 1 (5 điểm). Nêm ABCD có khối lượng M,
C
D
đặt trên mặt sàn phẳng, đủ dài, nằm ngang. Tiếp
tuyến của chân nêm tại A trùng với mặt sàn, CD

M
h
m, vo
là mặt phẳng ngang có độ cao so với mặt sàn là
h. Một vật nhỏ có khối lượng m = 0,5M chuyển

động với vận tốc vo trên mặt sàn hướng đến chân
B
A
Hình 1
nêm rồi trượt lên nêm. Bỏ qua mọi ma sát và coi
rằng khi trượt lên nêm thì vật m luôn tiếp xúc với
nêm. Gia tốc rơi tự do là g.
1. Tìm giá trị tối thiểu vo để vật m có thể lên tới mặt CD của nêm khi:

a. Nêm được giữ cố định.
b. Nêm thả tự do.
2. Với vo bằng hai lần giá trị tối thiếu tìm được ở câu 1b, nêm thả tự do. Tìm khoảng
cách từ vật m đến chân B của nêm khi nó rơi trở lai mặt sàn sau khi vượt qua nêm.
Câu 2 (4 điểm). Một ngôi sao năm cánh được
A
cắt từ một tấm bìa cứng, mỏng, rất nhẹ, cách
điện, độ dài của các cánh bằng nhau. Ngôi sao
đặt trên mặt phẳng nhẵn, nằm ngang và có thể
B
F
quay tự do quanh trục cố định thẳng đứng đi qua
trọng tâm G của nó. Ở năm đỉnh của cánh sao
a
được gắn năm quả cầu nhỏ bằng kim loại, có
khối lượng bằng nhau. Khoảng cách từ các quả
G
cầu đến G bằng a = 10cm. Góc ở các đỉnh là

  36 o . Hệ thống nằm trong điện trường đều

nằm ngang có vecto cường độ điện trường E có

C
4
E
hướng như hình 2, độ lớn E = 5.10 (V/m). Hai
D
quả cầu tại B và F đều tích điện q = 10-7C. (các
Hình 2

quả cầu còn lại không tích điện).
1. Xác định cường độ điện trường tổng hợp tại
R1
E1 , r1
trọng tâm G
2. Khi hệ đang nằm cân bằng như hình vẽ thì
K1
R2
tức thời truyền cho quả cầu tại D một điện tích q’
A B
= q. Tìm động năng cực đại của hệ ngôi sao và
I2
các quả cầu sau đó.
E
,r
3 3
R3
K2
Câu 3 (4,5 điểm). Cho mạch điện có sơ đồ như
hình 3. Biết E1 = 12V; r1 = 0,5  ; E3 = 5V; r3 =
1  ; R1 = 4,5  ; R2 = 3  ; R3 = 4  .
Hình 3


1. Mắc vào hai điểm A, B nguồn điện E2 có điện trở trong không đáng kể, đồng thời
đóng cả hai khoá K1 và K2 thì dòng điện qua nguồn E2 là I2 = 1A và có chiều như hình vẽ.
Tìm E2. Cực dương của E2 mắc vào điểm nào?
2. Tháo bỏ nguồn E2 rồi mắc vào hai điểm A và B một tụ có điện dung C = 4,4.10-6F
ban đầu chưa tích điện, đồng thời đóng cả hai khoa K1 và K2. Tìm nhiệt lượng toả ra trên
R2 tính từ thời điểm đóng hai khoá K1 và K2 đến khi dòng điện trong mạch ổn định.

Câu 4 (5,5 điểm). Cho mạch điện có sơ đồ như hình
4. Hai đèn Đ1 và Đ2 có điện trở Rđ bằng nhau; các
E, r
điện trở R1 = R2 = 6  . Biết rằng khi nguồn điện có
suất điện động E = E1 = 30V, điện trở trong r = r1 =
2  hoặc E = E2 = 36V, r = r2 = 4  thì công suất tiêu
A
B
thu của mạch ngoài đều bằng 72W và cả hai đền đều
sáng bình thường. Bỏ qua điện trở các dây nối.
Đ1
R1
R2
1. Tính công suất định mức và hiệu điện thế định
Đ2
mức của mỗi đèn. Dùng nguồn nào có lợi hơn?
2. Thay đèn Đ1 bằng điện trở R0 = 10  , đèn Đ2
bằng một biến trở R có đặc tuyến Vôn – Ampe
Hình 4
I  kU 2 , với k  10 2 ( A / V 2 ) , U là hiệu điện thế đặt vào
hai đầu biến trở và I là cường độ dòng điện chạy qua
biến trở. Nguồn điện có suất điện động E = 34,8V,
điện trở trong r = 4  . Giữ nguyên hai điện trở R1 và
R2. Tìm hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện và
công suất toả nhiệt trên biến trở R.
Câu 5 (1,0 điểm). Nêu tên các loại dụng cụ (không cần nêu các chỉ số) được sử dụng
trong bài thực hành “Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn” lớp 11 THPT.

------Hết------

HƯỚNG DẪN CHẤM
ĐỀ THI KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG HỌC SINH GIỎI LẦN 3 NĂM HỌC 2017 – 2018
Môn thi : VẬT LÍ 11
Câu

Nội dung hướng dẫn

Điểm

Câu 1 1. Để vật m lên tới mặt CD của nêm thì ít nhất vận tốc của m ở mặt CD so
(5 điểm) với nêm bằng không.
a. Nêm giữ cố định: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:
1 2
mvo1min  mgh  vo1min  2 gh
2

0,5
0,5

b. Nêm thả tự do: Gọi v là vận tốc của vật m và nêm so với sàn khi m lên tới
mặt CD của nêm.
+ Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang:
( M  m)v  mvo 2 min  v 

vo 2 min
3

(1)

0,5

+ Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:
1
1
( M  m)v 2  mgh  mvo22 min
2
2
+ Từ (1) và (2) suy ra: vo 2 min  3gh

(2)

2. Khi vo  2vo 2 min  2 3gh
(3)
Gọi u1, u2 tương ứng là vận tốc của vật so với nêm và vận tốc của nêm so với
sàn khi m lên tới mặt CD của nêm.
+ Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang:
Mu2  m(u1  u 2 )  mvo  u1  3u 2  vo (4)
+ Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:
1
1
1
mgh  m(u1  u 2 ) 2  Mu22  mv02
2
2
2
2
2
2
(5)

 u1  3u2  2u1u2  vo  2 gh

+ Từ (3), (4) và (5) tìm được: u1  3 gh
+ u1 cũng là vận tốc ném ngang của m so với chân nêm B.
+ Thời gian từ khi vật m vượt qua nêm đến khi nó chạm sàn:
t

2h
g

+ Khoảng cách từ m đến chân B của nêm khi nó chạm sàn:
d  u1t  3 2h

0,5
0,5

0,5

0,5
0,5

0,5
0,5

Câu 2 1. (2,5 đ)
(4 điểm) + Cường độ điện trường do từng điện tích tại B và F tạo ra tại G:
10 7
 9.10 4 (V / m)
2
10





 
+ Vì E1 và E2 đều hợp với hướng của E góc 72o nên E12  E1  E2 cùng

phương, cùng chiều với E .
E1  E2  9.10 9

1,0

0,5

+ Cường độ điện trường tổng hợp tại G:
EG  E  E12

0,25


Với
E12  2 E1 cos72 o  5,56.10 4 (V / m)


Vậy EG  10,56.10 4 (V / m) và EG cùng hướng với E
2. (1,5 đ)
+ Khi quả cầu tại D được truyền điện tích, thì momen lực điện có xu hướng
làm hệ quay cùng chiều kim đồng hồ. Động năng của hệ đạt cực đại khi có
sự cân bằng momen lực điện. Tức là hệ quay được góc 72o.
+ Đông năng của hệ khi đó bằng công của lực điện trường trong chuyển

động quay đó.
Wđ  A  qEa(cos36 o  2.sin 18o 1)  2,15.10 4 J

Câu 3
(4,5
điểm)

1. (2,5 đ)
Giả sử khi mắc vào A, B nguồn điện
E2 (cực dương nối với A, cực âm nối
với B) đồng thời đóng hai khoá K1 và
K2 thì dòng điện chạy qua các đoạn
mạch có chiều như hình vẽ.
+ Áp dụng định luật Ôm cho từng
đoạn mạch ta có:
E1  U MN
r1  R1
U  E2
I 2  MN
R2
E  U MN
I3  3
r3  R3

I1 

M

E1 , r1

R1

I1
A B

R2

0,5
0,5

K1

R3

K2

0,5

I3

(1)

0,5

N

I2
E3,r3

0,5

0,25

Hình 3

0,5

(2)

0,5
(3)

Mặt khác tại nút M: I 2  I1  I 3  1( A) (4)
+ Thay (1) và (3) vào (4) ta được: U MN  6V (5)
+ Thay (5) vào (2) tìm được: E2  3V
+ Vậy E2  3V , cực dương mắc vào A, cực âm mắc vào B.
2. (2 đ)
+ Khi mắc tụ hai hai điểm A và B và đông thời đóng K1 và K2 thì nguồn E1,
r1; E3, r3; các điện trở R1 và R3 tương đương với nguồn điện có suất điện
động Eb, rb; với:
1
1
1


 rb  2,5
rb r1  R1 r3  R3
Eb
E3
E1



 Eb  8,5V
rb r1  R1 r3  R3

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

0,25

0,25

+ Điện tích của tu sau khi dòng điện qua mạch ổn định:
q  CEb

0,25

+ Công của nguồn điện tương đương:
A  qEb  CEb2

+ Năng lượng điện trường mà tụ nhận được:
1
W  CEb2
2

+ Gọi Q1 và Q2 tương ứng là nhiệt lượng toả ra trên rb và R2 tính từ khi đóng

0,25

0,25


hai khoá K1 và K2 đến khi hiệu điện thế của tụ bằng Eb. Áp dụng định luật
bảo toàn năng lượng ta có:
Q1 + Q 2 = A – W =

1
CEb2 (1)
2

Q1 rb 2,5 5



Q2 R2
3 6
3
+ Từ (1) và (2) suy ra: Q2  CEb2  8,67.10 5 J
11

+ Mặt khác:

Câu 4
(5,5
điểm)

(2)

0,25

0,25
0,25

1. (3,5 đ)
+ Điện trở tương đương của mạch ngoài:
R

Rđ ( R1  R2  Rđ )
(1)
R1  R2  2 Rđ

0,25

+ Gọi I1, I2, U1, U2 tương ứng là cường độ dòng điện qua nguồn và hiệu điện
thế giữa hai điểm A và B khi đặt nguồn E1, r1 và nguồn E2, r2.
+ Theo bài ra, công suất mạch ngoài:
P  I12 R  I 22 R  I1  I 2 (2)
U 12 U 22

 U 1  U 2 (3)
R
R
U 1  E1  I1r1 ; U 2  E 2  I 2 r2 (4)
+ Mặt khác:
E E
+ Từ (2), (3) và (4) suy ra: I1  I 2  2 1  3 A
r2  r1
+ Thay vào (2), tìm được: R = 8 
+ Thay vào (1), tìm được: Rđ = 12 
+ Hiệu điện thế định mức của đèn Đ1: U đ 1  U1  E1  I1r1  24V

P

+ Công suất định mức của đèn Đ1: Pđ 1 

U đ21 24 2

 48W
Rđ
12

0,5
0,5
0,5
0,25
0.25
0.25
0,25
0,25

+ Cường độ dòng điện định mức của đèn Đ2:
Iđ 2 

U1
24

 1A
Rđ  R1  R2 24

0,25

+ Hiệu điện thế định mức và công suất định mức của Đ2:
U đ 2  I đ 2 Rđ  12V

0,25

Pđ 2  I đ22 .Rđ  12W

2. (2 đ)
+ Gọi U là hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở, cường độ dòng điện qua biến
trở:
I1  kU 2 (1)
+ Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn:
U AB  U  ( R1  R2 ) I1  U  12kU 2 (2)
+ Cường độ dòng điện qua Ro:
U AB U  12kU 2
Io 

Ro
10

+ Cường độ dòng điện qua nguồn:

(3)

0,25
0,25

0,25

E  U AB 34,8  U  12 kU 2

(4)
r
4
(5)
I  I1  I o

0,25

34,8  U  12 kU 2
U  12 kU 2
2
 kU 
4
10

0,25

I

+ Mặt khác:
+ Từ (1), (3), (4) và (5) ta được:

+ Thay k = 10-2 tìm được: U = 10V, thay vào (2) tìm được UAB = 22V
+ Công suất toả nhiệt trên biến trở:
P  I12 R  I12

U
 kU 3  10W

I1

Câu 5 1. Điốt chỉnh lưu
(1 điểm) 2. Nguồn điện
3. Điện trở bảo vệ Ro
4. Biến trở R
5. Đồng hồ đo điện đa năng hiện số (1 cái dùng đo cường độ dòng điện, 1 cái
dùng đo hiệu điện thế)
6. Bảng lắp ráp mạch điện
7. Bộ dây dẫn
8. Khoá đóng – ngắt mạch điện

Lưu ý: Thí sinh làm theo cách khác nếu đúng vẫn cho điểm tối đa cho từng câu!

0,25

0,25

0,25
Nêu
được
mỗi
loại
được
(1/8)
điểm