Đề thi học sinh giỏi tổng hợp môn vật lý THPT (67)

SỞ GD&ĐT QUẢNG NGÃI KỲ THI HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG TRƯỜNG THPT BA TƠ Năm học : 2010 – 2011  Môn thi : Vật lý 11 Thời gian : 180 phút Họ và tên thí sinh : Lớp : Câu 1 : ( 4đ ) Một quả cầu nhỏ tích điện ,khối lượng m ,được treo ở đầu một sợi dây mảnh , trong một điện trường đều E r có phương nằm ngang và có cường độ điện trường E ,gia tốc rơi tự do là g . a) Ban đầu dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc α = 45 0 .Tính góc lệch của dây treo khi điện tích của quả cầu chỉ còn 9/10 điện tích ban đầu ? b) Cho khối lượng m = 0,1gam , g =10m/s 2 và E = 10 3 V/m .Dây treo lúc này hợp với thẳng đứng một góc α = 10 0 .Tính điện tích quả cầu ? Câu 2 : ( 4đ ) Cho hai điện tích q 1 và q 2 đặt cố định tại hai vị trí có tọa độ x 1 = a và x 2 = -a trong hệ tọa độ vuông góc (oxy) .Biết q 1 = q 2 = +Q . a) Phải chọn một điện tích q 0 như thế nào và đặt ở đâu để nó cân bằng bền ? b) Đặt thêm điện tích q 3 = -Q cố định tại vị trí có tọa độ y = a 3 .Phải đặt điện tích q 0 nằm cách đều q 1 ,q 2 ở đâu để lực điện do q 1 ,q 2 và q 3 tác dụng lên nó đạt giá trị cực đại ? Tính giá trị cực đại đó ? Câu 3 : ( 3đ ) Cho năm điện tích Q được đặt trên cùng một đường thẳng sao cho hai điện tích liền nhau cách nhau một đoạn a.Xác định lực tác dụng vào mỗi điện tích . Câu 4 : ( 2đ ) Cho hai quả cầu giống nhau và đều mang điện tích +Q .Nêu phương án và dụng cụ thí nghiệm để xác định gần đúng điện tích của mỗi quả cầu . Câu 5 : ( 2đ ) Một người đứng ở sân ga nhìn đoàn tàu chuyển bánh nhanh dần đều . Toa (1) đi qua trước mặt người ấy trong t giây . Hỏi toa thứ n đi qua trước mặt người ấy mất bao lâu ? Câu 6 : ( 2đ ) Một người đi xe đạp trên một đoạn đường thẳng MN . Trên 1/3 đoạn đường đầu đi với vận tốc 15km/h, 1/3 đoạn đường tiếp đi với vận tốc 10km/h và 1/3 đoạn đường cuối đi với vận tốc 5km/h .Tính vận tốc trung bình của xe đạp trên cả đoạn đường MN ? Câu 7 : ( 3đ ) Vật m được kéo cho chuyển động theo phương ngang bởi lực F r có độ lớn không đổi F . Lực F r hợp với hướng của đường đi một góc α .Hệ số ma sát giữa m và mặt sàn là µ .Xác định α để vật m chuyển động nhanh nhất ? Tính gia tốc đó ? Hết ( Thí sinh không được sử dụng tài liệu trong quá trình làm bài ) S GD&T QUNG NGI P N THI HC SINH GII CP TRNG TRNG THPT BA T Nm hc : 2010 2011 Mụn thi : Vt lý 11 Thang im : 20 Câu số Nội dung bài giảI Chiết điểm từng ý Câu 1 (4Điểm) a/Vẽ hình phân tích đợc các lực tác dụng lên vật Có trọng lực, lực căng sợi dây, lực điện trờng Điều kiện cân bằng của quả cầu: 0P T F+ + = r r r Tan =F/P =1(1) Khi q =9/10q thì F=qE dây treo lệch góc : Tan= F/P(2) *Từ 1 và 2 =>tan= F F' tan=0,9=> 42 0 b/ Tan =F/P mà F=|q|E => |q| =mgtan/E 1,76.10 -7 C 0,5đ 0,5đ 0,5đ 0,5đ 0,5đ 0,5đ 0,5đ 0,5đ Cõu 2 4 im a) V hỡnh phõn tớch lc. + iu kin q 0 nm cõn bng : 10 20 0F F+ = r r <=> + q 0 nm trờn trc Ox v trong khong gia q 1 v q 2 . + F 10 = F 20 <=> ( ) 1 0 2 0 2 2 2 q q q q k k x a x a x = = Vy , q 0 nm cõn bng bn thỡ q 0 phi cựng du vi q 1 ,q 2 v t q 0 ti gc ta O. Giỏ tr ca q 0 l tựy ý. b) V hỡnh phõn tớch lc. + lc tỏc dng lờn q 0 cc i thỡ lc tng hp 12 F r do q 1 v q 2 tỏc dng phi cựng chiu vi lc do q 3 tỏc dng ,do ú : 0 0 60 180 0 3hay y a < < vi ( ) 1 2 ,F F = r r + 0 1 2 2 2 q Q F F k a y = = + + ( ) 0 0 12 3/2 2 2 2 2 2 2 2 q Q q Qy F k cos k a y a y = = ữ + + + ( ) 0 3 2 3 Qq F k a y = + F = F 12 + F 3 + Trong khong ( 0 ;a a ) thỡ y tng F 12 v F 3 tng nhng F 12 cú im cc tr ,do ú , F max khi F 12max . + p dng bt ng thc Cosi khai trin F 12 ta cú : ( ) 2 3/2 2 2 . 3 3 2 y a a y+ => 0 12 2 4 3 3 q Q F k a 0,25 0,25 0,5 0,5 0,25 0,25 0,5 0,25 0,25 0,25 0 12 2 4 3 3 2 max q Q a F k y a = ⇔ = Vậy : ( ) 0 2 2 2 4 3 3 6 1 max Qq F k a a = + − 0,25đ 0,5đ Câu 3 ( 3đ ) Vẽ hình ký hiệu các điện tích bằng các chỉ số 1,2,3,4,5. + Lực tác dụng vào điện tích q 1 là : ( ) ( ) ( ) 2 2 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 205 144 2 3 4 Q F kQ k a a a a a   = + + + =       + Lực tác dụng vào điện tích 2 là : ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 5 36 2 3 Q F kQ k a a a a a   = + + − =       + Lực tác dụng vào điện tích 3 là : F 3 = 0 + Lực tác dụng vào điện tích 4 là : 2 4 2 2 5 36 Q F F k a = = + Lực tác dụng vào điện tích 5 là : 2 5 1 2 205 144 Q F F k a = = 0,6đ 0,6đ 0,6đ 0,6đ 0,6đ Câu 4: ( 2đ ) * Dụng cụ thí nghiệm cần dùng : 1) Lực kế. 2) Sợi dây nhẹ ,không dãn dài khoảng 2m. 3) Thước đo có chia độ đến từng mm. ** Phương án thí nghiệm : + Treo 2 quả cầu vào 2 đầu sợi dây và móc trung điểm sợi dây vào một điểm cố định cho hai quả cầu mang điện tương tác đẩy nhau. + Dùng lực kế đo trọng lượng quả cầu ,dùng thước đo xác định R và α . + Tính Q theo công thức : 2 tanR P Q k α = 1đ 1đ Câu 5: ( 2đ ) + Chọn chiều dương là chiều chuyển động ,gốc thời gian lúc đoàn tàu chuyển bánh. + Gọi l là chiều dài của một toa tàu,ta có : S 1 = l = at 2 /2 => a/2 = l/t 2 (1) + Gọi t n-1 là thời gian khi toa thứ ( n-1 ) vừa qua mặt người ấy xong ,ta có : ( ) ( ) 2 1 1 2 1 1 1 1 . 2 2 n n n n l a S n l a t t − − − − = − = ⇒ = (2) Từ (1) và (2) => 1 1 n t t n − = − + Gọi t n là thời gian khi toa thứ n vừa qua mặt người ấy xong, ta có ( ) 2 2 1 . 3 2 2 n n n a nl S nl a t t = = ⇒ = Từ (1) và (3) => n t t n= + Vậy thời gian toa thứ n đi qua mặt người ấy là ( ) 1 1 n n t t t t n n − ∆ = − = − − 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,5đ Câu 6: ( 2đ ) + Áp dụng công thức tính vận tốc trung bình : ( ) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 tb S S S S v t t t t t t + + = = + + + + + Trong đó : ( ) 1 1 1 2 45 S S t v = = 0,75đ 0,25đ 0,25đ ( ) 2 2 2 3 30 S S t v = = ( ) 3 3 3 4 15 S S t v = = Thay (2),(3),(4) vào (1) ta được : v tb = 8,18 (km/h) 0,25đ 0,5đ Câu 7: ( 3đ ) Vẽ hình ,phân tích lực +Áp dụng định luật II Niutơn : ( ) 1 ms P N F f ma+ + + = r r r r r +Chiếu (1) lên trục Ox : ( ) 2 ms Fcos f ma α − = +Chiếu (1) lên trục Oy : ( ) sin 3N P F α = − + Từ (2) và (3) ,ta được : ( ) sinFcos P F a m α µ α − − = Vậy a max khi ( ) ax sin m Fcos P F α µ α − −    Mà ( ) ( ) sin sinFcos P F F cos P α µ α α µ α µ − − = + −    Đặt 0 0 0 sin tan cos α µ α α = = Ta suy ra : ( ) ( ) 0 0 sin cos Fcos P F F P co α α α µ α µ α − − − = −    Vậy a max <=> 0 actan α α µ = = => 0 ax 0 sin m F P a mcos α α − = 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,5đ 0,25đ 0,5đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ . SỞ GD&ĐT QUẢNG NGÃI KỲ THI HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG TRƯỜNG THPT BA TƠ Năm học : 2010 – 2011  Môn thi : Vật lý 11 Thời gian : 180 phút Họ và tên thí sinh : Lớp : Câu 1 : ( 4đ ). α để vật m chuyển động nhanh nhất ? Tính gia tốc đó ? Hết ( Thí sinh không được sử dụng tài liệu trong quá trình làm bài ) S GD&T QUNG NGI P N THI HC SINH GII CP TRNG TRNG THPT BA. BA T Nm hc : 2010 2011 Mụn thi : Vt lý 11 Thang im : 20 Câu số Nội dung bài giảI Chiết điểm từng ý Câu 1 (4Điểm) a/Vẽ hình phân tích đợc các lực tác dụng lên vật Có trọng lực, lực căng sợi