HSG 11/09

h m M UBND TỈNH THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM SỞ GD&ĐT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LỚP 11 ĐỀ THI - Môn: Vật lí – Năm học 2008-2009 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Bài 1 Một khúc gỗ M bắt đầu trượt trên mặt phẳng nghiêng không ma sát đập vào khúc gỗ m đang đứng yên trên mặt bàn ngang. (Hình bên). Biết M = 0,5kg, h = 0,8m, m = 0,3kg. Hỏi khúc gỗ dịch chuyển trên mặt bàn mặt bàn ngang một đoạn bao nhiêu? Biết va chạm hoàn toàn mềm. Hệ số ma sát trên mặt ngang µ = 0,5. Bài 2 Tụ phẳng có điện dung C = 0,05μF được nối với nguồn một chiều hiệu điện thế U = 100V. Giữa hai bản đặt một tấm điện môi song song với hai bản có hằng số điện môi ε = 2, bề dày bằng 1 3 khoảng cách giữa hai bản. a/ Xác định công cần thiết để kéo bản điện môi ra khỏi tụ. b/ Sau đó đặt vào chính giữa hai bản tụ một điện tích q 0 . Khi hai bản tụ nằm ngang thì điện tích nằm cân bằng. Khi đặt hai bản tụ nằm nghiêng như hình vẽ thì sau một lúc điện tích sẽ tới va chạm với bản B với tốc độ v = 1m/s. Tính khoảng cách giữa hai bản tụ. Bài 3 Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác ABC có góc A = 90 0 , góc C = 15 0 , chiết suất là n. Chiếu tia sáng đơn sắc tới mặt AB như hình bên, tia khúc xạ tới mặt BC bị phản xạ toàn phần, sau đó tới mặt AC rồi ló ra theo phương vuông góc với tia tới. Tìm các giá trị của n và α. Bài 4 Cho mạch điện như hình bên. Nguồn điện có hiệu điện thế không đổi U MN = 36V. Các điện trở: r = 1,5Ω; R 1 = 6Ω; R 2 = 1,5Ω; điện trở toàn phần của biến trở AB là R AB = 10Ω. a/ Xác định vị trí con chạy C trên biến trở để công suất tiêu thụ của R 1 là 6W. b/ Xác định vị trí con chạy C trên biến trở để công suất tiêu thụ của R 2 nhỏ nhất. Tính công suất tiêu thụ của R 2 lúc này? (bỏ qua điện trở các dây nối) Bài 5 Xác định suất điện động của một nguồn điện bằng hai vôn kế khác nhau có điện trở chưa biết và không lớn lắm. Cho các dụng cụ: Hai vôn kế, một nguồn điện, các dây nối. Hãy trình bày phương án tiến hành thí nghiệm, vẽ sơ đồ các mạch điện, lập công thức để xác định suất điện động của nguồn điện. === Hết === Chú ý: Giám thị không giải thích gì thêm. Thí sinh không được sử dụng bất cứ tài liệu nào! ĐỀ CHÍNH THỨC q 0 60 0 B A B C α α r R 1 R 2 B A C M N h m M HƯỚNG DẪN CHẤM VÀ BIỂU ĐIỂM – Môn Vật lí 11/2009 - (gồm 02 trang) Bài 1: (2 đ) Điểm Chọn mốc thế năng tại chân mặt phẳng nghiêng: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: Ta có: mgh = 1 2 mv 0 2 ⇒ Vận tốc M trước va chạm m: v 0 = 2gh Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ cô lập gồm M và m: M 0 v r = (M + m) V r Vận tốc va chạm của hai vật ngay sau va chạm: ⇒ V = 0 Mv M m+ = M 2gh M m+ (1) Vì va chạm mềm nên sau va chạm coi hai vật là một có M + m: Các lực tác dụng lên hai vật: N, r P r M+m , ms F r Theo định luật II Niu Tơn: N r + P r M+m + ms F r = (M + m) a r (*) Chiếu (*) lên phương chuyển động: F ms = - (M + m)a mặt khác: F ms = µ (M + m)g ⇒ a = - µ g. Từ: v t 2 – v 0 2 = 2as, trong đó: v 0 = V, v t = 0 ⇒ Khúc gỗ dịch chuyển 1 đoạn: s = 2 2 t 0 v v 2a − = 2 V 2 gµ = 2 2 M h (M m)µ + = 0,625 (m) 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Bài 2: (2,5 đ) a/ Khi chưa đặt điện môi: 2 0 0 0 C U S C C W 4 kd 2 = = ⇒ = π Khi có điện môi, hệ là 3 tụ nối tiếp: 1 S C 4 kx = π ; 2 3 S C 4 kd ε = π ; 1 S C 2d 4 k x 3 =   π −  ÷   Bộ tụ có: ( ) 2 0 b 0 C U 3 S 3 3 C C W . 4 kd 1 2 1 2 2 1 2 ε ε ε = = ⇒ = π + ε + ε + ε Công A = W - W 0 = 2 5 0 C U 3 1 5.10 J 50 J. 2 1 2 − ε   − = = µ  ÷ + ε   b/Khi hai bản tụ nằm ngang: P = F. Khi nghiêng hai bản tụ, hợp lực của P và F là F'. Dễ thấy F' = P = F => gia tốc của điện tích là a = g. Giả sử điểm va chạm là D. Từ hình vẽ ta có OD = s = d = 2 2 v v 0,05m 5cm. 2a 2g = = = 0,25 0,50 0,25 0,25 0,25 0,50 0,50 Bài 3: (2,5 đ) + Vẽ hình Ta có 0 ˆ B 75= = δ => β + γ = 75 0 . (1) γ = 15 0 + β (so le) (2) => β = 30 0 ; γ = 45 0 . Tại K: 1 sin n 2. n γ ≥ ⇒ ≥ 0,50 0,25 0,25 0,25 0,25 ms F r N ur P ur d x F P F' q 0 60 0 B D O α α B C A K I γ γ 15 0 15 0 β δ β Tại I: n sin n.sin 1 n 2. 2 α = β = ≤ ⇒ ≤ Vậy 2 n 2.≤ ≤ Thay n vào ta có: 0 0 45 90 .≤ α ≤ 0,50 0,50 Bài 4: (2 đ) a) Đặt R AC = x Công suất tiêu thụ trên R 1 : 2 MC 1 1 U P R = (1) 2 AB MC 95, 25 10x x R r R x R 7,5 x + − = + − + = + 2 U 36(7,5 x) I R 95,25 10x x + = = + − 1 2 MC MC MC 2 1 2 R (R x) 6(1,5 x) 36.6(1,5 x) R U I.R R R x 7,5 x 95, 25 10x x + + + = = ⇒ = = + + + + − thay vào (1) ta được pt: x 2 + 26x - 41,25 = 0, giải pt ta có: x = 1,5 suy ra R AC = 1,5Ω. b) Công suất tiêu thụ trên R 2 : 2 1 2 2 P I R= ; Để P 2min thì I 2min . MC 2 2 2 U 36.6 I R x 95, 25 10x x = = + + − ; I 2min khi x = 5 => R AC = 5Ω và P 2 = 4,84W 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Bài 5: (1 đ) - Phương án : Lập các sơ đồ mạch điện, mắc và đọc các số chỉ trong mỗi sơ đồ: U 1 , U 2 , U 1 ’, U 2 ’. - Vẽ 3 sơ đồ mạch điện. Gọi E là suất điện động của nguồn điện; R V1 , R V2 là điện trở của hai vôn kế - Lập công thức : Theo định luật Ôm cho mạch kín, ta có : 1 2 1 2 1 2 U U I I R R = = v v ; (1) 1 1 1 1 v1 E = U r.I U r. U R + = + (2) 2 2 2 2 v2 E = U r.I U r. U R + = + (3) Sơ đồ thứ 3, hai vôn kế mắc nối tiếp ta có : ' 2 v2 ' 1 v1 U R U R = (4) Khử r trong (2) và (3) kết hợp với (4) ta được: => ' ' 1 2 2 1 ' ' 1 2 2 1 U U U U U U U U . ( - ) E - = 0,25 0,25 0,25 0,25 C A B r R 1 R 2 M N V 1 V 2 V 1 V 2