Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11Tài liệu ôn thi HSG môn Vật Lý lớp 11
BÀI TẬP ÔN HỌC SINH GIỎI NĂM 2016-2017 CHỦ ĐỀ: ĐIỆN CHIỀU Bài 1: Một dây dẫn thẳng MN chiều dài l, khối lượng đơn vị dài dây D=0,04 kg/m Dây treo hai dây dẫn nhẹ thẳng đứng đặt từ trường có véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa MN dây treo, độ lớn B=0,04 T Cho dòng điện I chạy qua dây Cho g=10m/s2 M a) Xác định chiều độ lớn I để lực căng dây treo không? b) Cho MN=25 cm, I=16 A có chiều từ N đến M Tính lực căng dây treo (2đ) a) Để lực căng dây lực từ phải hướng lên có độ lớn P=mg Áp dụng qui tắc bàn tay trái ta có dòng điện chạy từ M đến N Dg 0,04.10 F = BIl sinα = BIl → BIl = mg = D lg → I = = = 10 A B 0,04 Vì b) Khi dòng điện chạy từ N đến M, áp dụng qui tắc bàn tay trái ta lực từ F hướng xuống Áp dụng điều kiện cân ta được: F + mg BIl + D lg 2T = F + mg → T = = 2 0,04.16.0,25 + 0,04.0,25.10 T= = 0,13 N Thay số được: Bài 2: Một vòng dây tròn bán kính R=5cm, có dòng điện I=10A chạy qua.Vòng dây đặt từ trường không Biết cảm ứng từ điểm vòng dây có độ lớn B=0,2T có phương hợp với trục vòng dây góc α =300 (hình vẽ) Vẽ xác định lực từ tổng hợp tác dụng lên vòng dây Chia vòng dây thành 2n đoạn nhỏ nhau, đoạn có chiều dài Δl (1đ) cho đoạn dây coi đoạn thẳng Xét cặp hai đoạn đối xứng qua tâm vòng dây (tại M N), lực tác dụng lên đoạn FM FN biểu diễn hình vẽ B N B 0,5 0,5 0,5 0,5 α Hình vẽ 0,5đ (không yêu cầu vẽ hợp lực đặt tâm) B M α FM FN I FM FM N FN N 0,5 α B Hợp lực tác dụng lên hai đoạn FMN có hướng dọc trục vòng dây độ lớn: FMN = B.I.Δl.sinα Lực tác dụng lên vòng dây hợp lực tất cặp đoạn dây chia có hướng hướng FMN độ lớn là: F = ∑ FMN = 2.B.I.sinα ∑Δl =2.B.I.πR.sinα Thay số ta được: F ≈ 0,314N Bài 3: Đặt điện áp U1 = 1000(V ) Khoảng cách hai vào hai kim loại phẳng đặt song song, nằm ngang d = 1(cm) Ở hai có giọt thủy ngân nhỏ U = 995(V ) nằm cân Đột nhiên, điện áp hai giảm xuống Hỏi sau thời gian kể từ lúc giảm điện áp, giọt thủy ngân rơi đến bên dưới? Cho g=10m/s2 2đ Khi điện áp U1 Điều kiện cân giọt thủy ⇔ q E1 = mg ⇔ q = F1 = P mg mg mgd = = E1 U1 U1 d ngân : * Khi giảm điện áp tụ U2: 0,25 (1) → → F2 ; P Hợp lực truyền cho giọt thủy ngân gia tốc làm cho giọt thủy ngân chuyển động có gia tốc xuống Phương → trình định luật II Niu tơn: → 0,25 → F2 + P = m a ⇒ P − q E2 = ma 0,25 ⇒ mg − q 0,25 U2 = ma d (2) 0,5 d d = at ⇒ t = 2 a * Lại có: ……………… mg − Từ (1) thay vào (2) có: ⇒ a = g (1 − (3) … 0,5 mgd U U = ma ⇔ g − g = a U1 d U1 U2 ) U1 Thay vào (3) ta có: t= d g (1 − U2 ) U1 Thay số ta : t=0,45(s) Bài 4: Một dây dẫn cứng có điện trở nhỏ, uốn thành khung phẳng ABCD nằm mặt phẳng nằm ngang, cạnh BA CD đủ dài, song song nhau, cách khoảng l = 50 cm Khung đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,5 T, đường sức từ hướng vuông góc với mặt phẳng khung (Hình 2) Thanh kim loại MN có điện trở R= 0,5 Ω trượt không ma sát dọc theo hai cạnh AB CD Hãy tính công suất cần thiết để kéo MN trượt với vận tốc v=2 m/s dọc theo AB CD So sánh công suất với công suất tỏa nhiệt MN Thanh MN trượt ngừng tác dụng lực Sau trượt thêm đoạn đường khối lượng m = g? 1,25đ Khi MN chuyển động dòng điện cảm ứng xuất theo chiều từ M→N - Cường độ dòng điện cảm ứng bằng: I= E Bvl = R R 0,25 - Khi lực từ tác dụng lên MN hướng ngược chiều với v có độ lớn: B 2l 2v Ft = BIl = R - Do MN chuyển động nên lực kéo tác dụng lên phải cân với lực từ - công suất (công lực kéo) xác định: P = Fv = Ft v = B 2l v R Thay giá trị cho ta được: 0,25 P = 0,5W - Công suất tỏa nhiệt MN: Pn = I R = 0,25 0,25 0,25 B 2l v R Vậy công suất công suất tỏa nhiệt MN 0,75đ Sau ngừng tác dụng lực, chịu tác dụng lực từ Độ lớn trung bình lực là: 0,25 2 F = Ft B l v = 2R - Giả sử sau trượt thêm đoạn đường S công lực từ là: A = FS = B 2l v S 2R - Động trước ngừng tác dụng lực là: Wđ = mv - Theo định luật bảo toàn NL, đến dừng lại toàn động chuyển thành công lực từ (lực cản) nên: B 2l v mv = S 2R 0,25 0,25 u r B Từ suy ra: mvR S = 2 = 0,08(m) = 8cm B l ………… ……………… Hình l R r v Bài 5: Hai ray có điện trở không đáng kể ghép song song với nhau, cách khoảng l mặt phẳng nằm ngang Hai đầu hai nối với điện trở R Một kim loại có chiều dài l,urkhối lượng m, điện trở r, đặt vuông góc tiếp xúc với hai Hệ thống đặt B từ trường có phương thẳng đứng (hình 2) Kéo cho chuyển động với vận tốc v a) Tìm cường độ dòng điện qua hiệu điện hai đầu b) Tìm lực kéo hệ số ma sát với ray μ Ban đầu đứng yên Bỏ qua điện trở ma sát với ray Thay điện trở R tụ điện C tích điện đến hiệu điện U0 Thả cho tự do, tụ phóng điện làm chuyển động nhanh dần Sau thời gian, tốc độ đạt đến giá trị ổn định v gh Tìm vgh? Coi lượng hệ bảo toàn (2đ) 1) Suất điện động cảm ứng: E = Blv Blv I= R+r 0,25 0,25 a) Cường độ dòng điện: Hiệu điện hai đầu thanh: U=I.R= 2) Lực từ cản trở chuyển động: Ft = B.l.I = B 2l v R+r Lực kéo: F = Ft + Fms = 0,25 BlvR R+r + μmg B 2l v R+r 0,25 0,25 Khi chuyển động ổn định gia tốc → cường độ dòng điện mạch → hiệu điện tụ suất điện động cảm ứng: U = E = Blvgh Bảo toàn lượng: 1 CU 02 = CU + mv gh 2 U0 vgh = hay 1 2 CU 02 = CB2 l v gh + mv gh 2 C CB l + m 0,25 , khối lượng a m = 10−5 g Δ chuyển động với B = 0,1T tốc ban đầu vo vào vùng từ trường có giớiq,m a = 10cm hai đường thẳng song song Δ Δ’, cách khoảng α v0 có phương vuông góc với mặt phẳng chứa Δ Δ’, cho hợp góc o α = 30 với Δ Tìm giá trị vo để điện tích không khỏi từ trường Δ’ (hình vẽ), bỏ qua tác dụng trọng lực Bài 6: Một điện tích 0,25 2 q = 10−3 C 0,25 Δ’ vận B hạn r v0 Bài (1,5 điểm): ≤ - Để điện tích không khỏi từ trường Δ’ v vgh (Với vgh ứng với trường hợp quỹ đạo điện tích tiếp xúc với Δ’ ) Δ a a = R + Rcosα → R = + cosα - Từ hình vẽ ta có: (0,5đ) q,m (vẽ hình 0,25đ) α mvgh mv a aqB gh R= → = → vgh = qB + cosα qB m(1 + cosα ) - Mặt khác: (0,25đ) - Thay số có: 0,1.10−3.0,1 vgh = −8 = 536(m / s ) 10 (1 + cos30o ) (0,25đ) ≤ - Vậy để điện tích không khỏi từ trường Δ’ v 536 (m/s) (0,25đ) a Δ’ B r v0 Bài 6: Hai kim loại song song, thẳng đứng có điện trở không đáng kể, đầu nối vào điện trở R = 0,5Ω m = 2g r = 0,5Ω l = 14cm Một đoạn dây dẫn AB, độ dài , khối lượng , điện trở tì vào hai kim loại tự trượt không ma sát xuống luôn vuông góc với hai kim loại Toàn hệ thống đặt từ trường có hướng vuông góc với mặt phẳng hai kim loại có B = 0, 2T g = 9,8m / s R cảm ứng từ Lấy a) Xác định chiều dòng điện qua R b) Chứng minh lúc đầu AB chuyển động nhanh dần, sau thời gian chuyển động trở thành chuyển động Tính vận tốc chuyển động A tính UAB c) Bây đặt hai kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ur α = 60o B ngang góc Độ lớn chiều cũ Tính vận tốc v chuyển động AB UAB u r B Bvà Bài (2 điểm): I R a) Do xuống nên từ thông qua mạch tăng Áp dụng định luật Lenxơ, dòng điện uuu r ur Bcu B uuu r u r cảm ứng sinh ngược chiều (Hình vẽ) (0,25đ) A Bcu B Áp dụng qui tắc nắm bàn tay phải, I chạy qua R có chiều từ A → B (0,25đ) P = mg b) Ngay sau buông AB chịu tác dụng trọng lực nên chuyển động nhanh dần → v tăng dần - Đồng thời, sau mạch xuất dòng điện I nên AB chịu thêm tác dụng lực từ F = BIl có hướng lên e= ∆Φ = Blv ∆t I= e Blv B 2l v = →F= R+r R+r R+r - Mặt khác, suất điện động xuất AB là: nên Cho nên v tăng dần F tăng dần → tồn thời điểm mà F=P Khi chuyển động thẳng (0,25đ) -Khi chuyển động thì: u r u u r N I ur P1 F = mg → B 2l v ( R + r )mg (0,5 + 0,5).2.10 −3.9,8 = mg → v = = = 25(m / s ) R+r B 2l 0, 22.0,14 F u r B u r P (0,5đ) uu r B1 uu r B2 B U AB = I R = - Hiệu điện hai đầu là: Blv 0, 2.0,14.25 R = 0,5 = 0,35(V ) R+r 0,5 + 0,5 (0,25đ) c) Khi để nghiêng hai kim loại ta có hình vẽ bên: - Hiện tượng xảy tương tự trường hợp b) ta thay P Psinα, thay B B1 với B1=Bsinα - Lập luận tương tự ta có: F = mg sin α → ( B sin α ) l 2v ( R + r ) mg sin α (0,5 + 0,5).2.10 −3.9,8.sin 600 = mg sin α → v = = = 28,87( m / s ) R+r ( B sin α ) l (0, 2.sin 60 o ) 0,14 - Hiệu điện hai đầu là: U AB B sin α lv 0, 2.sin 60o.0,14.28,87 = I R = R = 0,5 = 0,35(V ) R+r 0, + 0,5 M (0,25đ) N r F er B Hình Bài 7: Một kim loại đồng chất, tiết diện đều, có điện trở không đáng kể, uốn thành cung tròn đường kính d Thanh dẫn MN có điện trở cho đơn vị chiều dài r, gác cung tròn (Hình r 3) Cả hệ thống đặt mặt phẳng nằm ngang B từ trường có cảm ứng từ hướng thẳng đứng lên Tác dụng lực F theo phươngrngang lên MN cho MN chuyển động tịnh tiến với vận tốc v không đổi v (vectơ vuông góc với MN) Bỏ qua ma sát, tượng tự cảm điện trở điểm tiếp xúc dây dẫn Coi B, v, r, d biết a Xác định chiều cường độ dòng điện qua MN b Tại thời điểm ban đầu t = 0, MN vị trí tiếp tuyến với cung tròn Viết biểu thức lực F theo thời gian t 4.a (1,5đ) Theo quy tắc bàn tay phải dòng điện qua MN theo chiều từ N đến M 0,25 Suất điện động cảm ứng xuất đoạn dẫn hai điểm tiếp xúc (gọi l chiều dài dẫn hai điểm tiếp xúc) e= Blv 0,5 Điện trở đoạn dẫn hai điểm tiếp xúc R = lr Cường độ dòng điện chạy đoạn dẫn 0,25 0,5 I = e/R = Bv/r 4.b (1,5đ) Lực F có độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn B 2v l r F = BIl = với Biểu thức F theo t B 2v F= dvt − v 2t r l=2 d2 d − ( − vt ) = dvt − v 2t 1,0 0,5 Bài (4 điểm) Một êlectron chuyển động với vận tốc v0= 6.107m/s bay vào miền có từ trường r v0 đều, phương vuông góc với đường sức từ Vectơ vận tốc nằm mặt phẳng hình vẽ có chiều hướng từ trái sang phải (Hình 1) Cho biết m e = 9,1.10 −31 B = 0, 005T , −19 −1, 6.10 C , điện tích êlectron Bỏ qua trọng lượng êlectron r E Cần phải đặt điện trường có hướng độ lớn miền từ trường để êlectron chuyển động thẳng miền đó? Không đặt điện trường nêu câu a) Hãy tính bán kính quỹ đạo chuyển động êlectron chuyển động không gian có từ trường b) Miền từ trường nói giới hạn hai đường thẳng song song, cách khoảng d = 5,91cm Tính thời gian chuyển động êlectron từ trường kg r FL a - Sử dụng quy tắc bàn tay trái ta tìm chiều lực Lorenxơ tác dụng lên electron hướng thẳng đứng từ xuống r 0,5 FD - Để electron r chuyểnrđộng thẳng lực rđiện trường ( ) phải cân 0,5 FL FD E với , tức hướng lên Suy phải hướng thẳng đứng xuống - Độ lớn E thỏa mãn: Ee = ev0B (e độ lớn điện tích electron) 0,5 ⇒ E = Bv0 = 0, 005.6.107 = 3.105 V m r FL Khi điện trường, miền từ trường, lực Lorenxơ đóng vai 0,5 trò lực hướng tâm nên: mv 02 mv ev B = ⇒R = R eB FL = ma ht 0,5 R= 9,1.10−31.6.107 = 0,06825m = 6,825cm 1,6.10−19.0,005 0,5 2b Vì R > d nên êlectron khỏi từ trường điểm đường giới hạn theo phương lệch với phương ban đầu góc ϕ xác định bởi: sin ϕ = d 5,91 = ≈ 0,866 hay ϕ ≈ 600 R 6,825 0,25 0,25 Như cung tròn mà êlectron chuyển động từ trường chiếm 1/6 đường tròn nên thời gian êlectron chuyển động từ trường là: 2πR 2π.0,06825 t= = ≈ 1,191.10 −9 s v0 6.10 0,5 ... T, đường sức từ hướng vuông góc với mặt phẳng khung (Hình 2) Thanh kim loại MN có điện trở R= 0,5 Ω trượt không ma sát dọc theo hai cạnh AB CD Hãy tính công suất cần thi t để kéo MN trượt với... - công suất (công lực kéo) xác định: P = Fv = Ft v = B 2l v R Thay giá trị cho ta được: 0,25 P = 0,5W - Công suất tỏa nhiệt MN: Pn = I R = 0,25 0,25 0,25 B 2l v R Vậy công... khối lượng , điện trở tì vào hai kim loại tự trượt không ma sát xuống luôn vuông góc với hai kim loại Toàn hệ thống đặt từ trường có hướng vuông góc với mặt phẳng hai kim loại có B = 0, 2T g =