Đề thi học sinh giỏi môn vật lý lớp 11 (có đáp án)

Đề thi dùng cho việc tuyển chọn đội tuyển học sinh giỏi môn vật lý do các thầy cô tại trường THPT Đông Sơn 1 Thanh Hóa, năm học 20072008 biên soạn, với chất lượng đề cao, biểu điểm và đáp án chi tiết. Là tài liễu hữu ích cho việc bồi dưỡng học sinh có năng khiếu và đam mê với môn học.

Sở GD - ĐT Thanh Hóa Trờng THPT Đông Sơn I đề thi học sinh giỏi Môn Vật lý - Lớp 11 - Năm học 2007 - 2008 Thời gian làm bài : 180 phút Cõu 1 (4 im) Cho hai in tớch im q 1 = 4C; q 2 = 9C t ti hai im A v B trong chõn khụng v i AB=1m. in tớch q 0 t ti im M sao cho lc in tng hp tỏc dng l ờn q 0 bng 0. Hi in tớch q 0 phi cú giỏ tr bng bao nhiờu lc in tng hp tỏc dn g lờn q 1 v q 2 u bng 0. Cõu 2 (4 im) Cho mch in nh hỡnh v, bit R 1 = 18 v in tr ton mch AB l 9. Nu i ch R 1 cho R 2 thỡ in tr ca mch AB bõy gi l 8. 1. Tớnh R 2 v R 3 . 2. Bit R 1 , R 2 , R 3 chu c hiu in th ln nht ln l t l U 1 = 12V, U 2 = U 3 = 6V. Tớnh hiu in th v cụng sut ln nht m b in tr mc nh hỡnh v chu c. 3. Mc b in tr núi trờn ni tip vi mt b búng ốn gm cỏc ốn ging nhau cú ghi 3V - 1W, tt c c mc vo mch cú hiu in th U=18V khụng i . Tỡm cỏch mc b búng ốn vi s búng nhiu nht m cỏc ốn vn sỏng bỡnh thng. Cõu 3 (4 im) Cho mch in nh hỡnh v. R 1 = R 2 = R 3 = 40. R 4 = 30. r = 10. Ampe k in tr khụng ỏng k ch 0,5A 1. Tớnh sut in ng ca ngun in. 2. Nu i ch ngun v ampe k thỡ ampe k ch bao nhiờu. Cõu 4 (4 im) Trong mt phng nghiờng gúc = 60 0 so vi mt phng nm ngang cú hai thanh kim lo i c nh, song song theo ng dc chớnh, cỏch nhau khong l = 20cm, ni vi nhau bng mt in tr R = 2. on dõy dn AB in tr r = 1, khi l ng m = 10g, t vuụng gúc vi hai thanh kim loi cú th tr t khụng ma sỏt trờn hai thanh ú. H thng c t trong t trng u cm ng t B = 2,5T. Th cho AB trt khụng vn tc ban u. 1. Tớnh vn tc thanh AB khi nú chuyn ng u v cng dũng in qua R 2. Thay R bng t in cú in dung C = 10mF. Tớnh gia tc ca thanh AB. Ly g = 10m/s 2 . Cõu 5 (4 im) Cho h thu kớnh nh hỡnh v.f 1 = 30cm, f 2 = -10cm, khong cỏch t AB n O 1 l 45cm. O 1 O 2 = l. 1. Tỡm iu kin ca l nh cui c ựng cho bi h thu kớnh l nh tht. 2. Xỏc nh giỏ tr ca l khi AB di chuyn tr ờn trc chớnh thỡ ln ca nh cui cựng cho bi h luụn khụng i. HT R 1 R 2 R 3 A B A R 1 R 2 R 3 R 4 , r R A B B A B B O 1 O 2 Sở GD - ĐT Thanh Hóa Trờng THPT Đông Sơn I đáp án đề thi học sinh giỏi Môn Vật lý - Lớp 11 - Năm học 2007 - 2008 NộI DUNG đIểM Cõu 1 ( 4 im ) Gi 21 F;F l lc do q 1 v q 2 tỏc dng lờn q 0 - lc in tng hp tỏc dng l ờn q 0 = 0 ta phi cú: 21 FF - Do q 1 , q 2 cựng du nờn: M AB - Ta cú: F 1 = F 2 )x1( qqk x qqk 2 02 2 01 2 2 2 1 )x1( q x q - Thay s x = 0,4m - Vỡ q 1 , q 2 tỏc dng lờn nhau nhng lc y nờn lc tỏc dng lờn q 1 , q 2 bng 0 thỡ q 0 phi mang in tớch õm V F 21 = F 01 2 10 2 21 4,0 qq k 1 qq k q 0 = 0,16q 2 q 0 = -1,44C 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Cõu 2 ( 4 im ) 1) ( 1 im ) Ta cú: R AB = 9 = 32 32 RR18 )RR(18 (1) R AB = 8 = 32 32 RR18 )R18(R (2) T (1) v (2) rỳt ra R 3 = 18 - R 2 Thay vo (2) ta c R 2 = 12; R 3 = 6 2) ( 1 im ) Dũng in ln nht m cỏc in tr chu c l: I 1m = A 3 2 R U 1 m1 I 2m = A5,0 R U 2 m2 I 3m = A1 R U 3 m3 Vỡ R 2 ni tip R 3 nờn dũng in ln nht cú th qua R 2 , R 3 l I 23m = I 2m = 0,5A U A23B m = I 23m .R 23 = 18.0,5 = 9V 0,25 0,25 0,5 0,25 0,25 x A B M Vì R 1 //R 23 mà U m = 12V nên hiệu điện thế lớn nhất m à mạch AB chịu được là: U ABm = U A23Bm = 9V Công suất lớn nhất mạch chịu đ ược: W9 9 9 R U P 2 AB 2 ABm m  3) ( 2 điểm ) Vì các đèn giống nhau nên để các đèn đều sáng bình thường thì chúng phải mắc thành bộ đối xứng gồm x nhánh, mỗi nhánh y bóng đ èn Vì I đ = 1/3(A) nên pt hiệu điện thế là: U = U AB + U bộ đèn  y.39.x. 3 1 18   x + y = 6 (x, y nguyên dương) (1) Mặt khác: U = U AB + U bộ đèn  U AB + U bộ đèn = 18 mà U AB  9  U bộ đèn  9  3.y  9  y  3 (2) Từ (1) và (2) ta có y = 3; 4; 5 và giá tr ị tương ứng của x là 3; 2; 1 Vậy với x = 3 và y = 3 thì sẽ có số bóng đèn nhiều nhất là 9 bóng 0,25 0,25 0,5 0,5 0,5 0,5 Câu 3 ( 4 điểm ) 1) ( 2,5 điểm ) Vì R A = 0 nên ta có mạch mắc như hình sau: * Từ hình vẽ đề ra ta có: I = I 1 + I a (1) I a = I 4 + I 2 (2) Vì R 1 và R 2 mắc song song mà R 1 = R 2 nên I 1 = I 2 Do đó (2)  I a = I 4 + I 1  I 1 = I a - I 4 Thay vào (1)  I = 2I a - I 4 (3) * Từ hình 1 ta tính được R ngoài = 20Ω  30Rr I ngoai      Ta có: U AB =  - Ir = I 4 R 4  45R Ir I 4 4     Thế vào (3) ta được: 45 5,0.2 30      = 18V Vẽ hình 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 R 1 R 2 R 3 R 4 , r I 1 I 2 I 3 I 4 I Hình 1 2) ( 1,5 điểm ) Đổi chỗ nguồn và Ampe kế So hình 2 với hình 1 ta thấy chỉ hoán đổi vị trí của R 3 và R 2 , nhưng vì R 3 = R 2 nên hai sơ đồ là như nhau Vậy số chỉ ampe kế không đổi I a = 0,5A Nếu đổi cực của nguồn so với tr ường hợp trên thì chỉ khác các dòng điện đều có chiều ngược lại Vẽ hình 0,5 0,5 0,25 0,25 Câu 4 ( 4 điểm ) 1) ( 2 điểm ) - Suất điện động cảm ứng:  = Bvlcos - Dòng điện trong mạch: rR cosBvl rR I       - Lực từ tác dụng lên dây: rR cosvlB BIlF 22    - Dây chuyển động đều: 0NPF  - Chiếu lên phương chuyển động: Fcos = Psin       22 222 coslB sinmg)rR( vsinmg rR cosvlB - Cường độ dòng điện qua R khi đó bằng:     tg Bl mg cosBl sinmg I Thay số ta được: v = 4,13m/s và I = 0,346A Vẽ hình 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 R 1 R 2 R 3 R 4 , r I 1 I 2 I 3 I 4 I B N F P  Hình 2 2) ( 2 điểm ) - Thay R bằng tụ thì tụ được nạp điện, điện tích của tụ l à q = CU = C = CBlvcos - Dòng điện chạy qua AB là:        cosCBla t v cosCBl t q I - Do đó lực tác dụng lên AB: F = BIl = CB 2 l 2 acos - Ta có: amNPF  - Chiếu lên phương chuyển động: mgsin - Fcos = ma     222 cosClBm sinmg a - Thay số ta được a = 4,32m/s 2 0,25 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Câu 5 ( 4 điểm ) 1) ( 2 điểm ) Sơ đồ tạo ảnh: - Ta có: 11 11 1 fd fd 'd   = 90cm  d 2 = l - d’ 1 = l - 90  80l )l90(10 fd fd 'd 22 22 2      - Để ảnh cuối cùng A 2 B 2 là ảnh thật thì d’ 2 > 0  80l )l90(10   > 0  80cm < 1 < 90cm 2) ( 2 điểm ) - Khi AB di chuyển trên trục chính thì B luôn di chuyển trên đường song song với trục chính. Để A 2 B 2 có độ lớn không đổi thì B 2 phải luôn di chuyển tr ên đường song song với trục chính Vậy: Tia sáng từ B song song với trục chính phải cho tia ló qua hệ thấu kính song song với trục chính  F’ 1  F 2 (Hình vẽ)  l = O 1 O 2 = f 1 - f 2  = 20cm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Vẽ hình 0,5 Nếu học sinh giải bằng cách khác m à đúng thì vẫn cho điểm tối đa AB A 1 B 1 A 2 B 2 O 1 O 2 d 1 d 1 ’ d 2 d 2 ’ O 1 O 2 F’ 1 F 2 . Sở GD - ĐT Thanh Hóa Trờng THPT Đông Sơn I đề thi học sinh giỏi Môn Vật lý - Lớp 11 - Năm học 2007 - 2008 Thời gian làm bài : 180 phút Cõu 1 (4 im) Cho hai. nm ngang cú hai thanh kim lo i c nh, song song theo ng dc chớnh, cỏch nhau khong l = 20cm, ni vi nhau bng mt in tr R = 2. on dõy dn AB in tr r = 1, khi l ng m = 10g, t vuụng gúc vi hai thanh. thanh kim loi cú th tr t khụng ma sỏt trờn hai thanh ú. H thng c t trong t trng u cm ng t B = 2,5T. Th cho AB trt khụng vn tc ban u. 1. Tớnh vn tc thanh AB khi nú chuyn ng u v cng dũng in qua R 2.