Đề thi học sinh giỏi môn Vật lí lớp 11 cấp tỉnh năm 2020-2021 - Sở GD&ĐT Bắc Ninh

TaiLieu.VN giới thiệu Đề thi học sinh giỏi môn Vật lí lớp 11 cấp tỉnh năm 2020-2021 - Sở GD&ĐT Bắc Ninh nhằm giúp các em học sinh có tài liệu ôn tập, luyện tập nhằm nắm vững được những kiến thức, kĩ năng cơ bản, đồng thời vận dụng kiến thức để giải các bài tập Toán một cách thuận lợi.

UBND TỈNH BẮC NINH SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ CHÍNH THỨC (Đề thi có 02 trang) ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2020-2021 Môn: Vật lí - Lớp 11 Thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Họ tên thí sinh: Số báo danh Câu (3,0 điểm) Một giá nhẹ gắn gỗ có khối lượng M đặt bàn nhẵn nằm ngang có treo cầu khối lượng m sợi dây nhẹ, khơng dãn dài L hình bên Một viên đạn nhỏ có khối lượng m bay với  vận tốc V0 xuyên vào cầu vướng kẹt Tìm giá trị nhỏ tốc độ viên đạn để sợi dây quay đủ vòng mà không bị chùng hai trường hợp sau: a Tấm gỗ giữ chặt b Tấm gỗ thả tự Câu (3,0 điểm) Một lượng khí lí tưởng thực P (Pa) trình dãn nở từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) theo quy (1) luật mô tả đồ thị P – V hình vẽ bên Biết trạng thái (1) chất khí có nhiệt độ T1 = 315 K thể tích V1 (2) = dm , trạng thái (2) chất khí có áp suất P2 = 2.10 Pa a Tính nhiệt độ chất khí trạng thái (2) tìm mối liên hệ áp suất theo thể tích O b Tính cơng mà khối khí thực trình dãn V (dm3) nở c Xác định nhiệt độ cực đại chất khí trình dãn nở Câu (3,5 điểm) Hai cầu nhỏ giống hệt nhau, có khối lượng g, mang điện tích q treo vào điểm O hai sợi dây có chiều dài 50 cm Cả hệ đặt khơng khí Khi cân bằng, dây treo hợp với góc 90o Lấy g = 10 m/s2 a Tính giá trị q lực căng dây treo cân b Kéo điểm treo O chuyển động nhanh dần lên theo phương thẳng đứng với gia tốc a Khi cân hai dây treo hợp với góc 60o Bỏ qua lực cản khơng khí Tính a c Treo thêm cầu giống hệt hai cầu vào điểm O sợi dây có chiều dài với sợi dây ban đầu Tính diện tích tam giác có ba đỉnh ba cầu Câu (4,0 điểm) Cho mạch điện hình bên Biết C = µF, R1 =Ω 18 , R= 20 Ω, R biến trở, nguồn điện có suất điện động E = 19 V điện trở không đáng kể Bỏ qua điện trở khóa dây nối Ban đầu khóa K1 K2 mở a Đóng khóa K1 (K2 mở), tính lượng tụ điện nhiệt lượng tỏa R1 đến điện tích tụ điện ổn định M R1 K1 N K2 C R2 E R3 b Với R= 30 Ω Khóa K1 đóng, đóng tiếp K2, tính điện lượng chuyển qua điểm M đến dòng điện mạch ổn định c K1 , K đóng, điều chỉnh biến trở R để công suất tiêu thụ R cực đại Tìm cơng suất cực đại Câu (3,0 điểm) Hai kim loại song song, thẳng đứng có điện trở không đáng kể, hai đầu nối vào điện trở = R 0,5 Ω Một dẫn AB dài 14 cm có R khối lượng g có điện trở= r 0,5 Ω tì vào hai kim loại Ban đầu AB giữ cố định, sau thả nhẹ khơng vận tốc đầu, AB trượt khơng ma sát xuống ln vng góc với hai kim loại Tồn hệ thống đặt từ trường có hướng vng góc với mặt phẳng chứa hai A • B kim loại (như hình bên) có độ lớn cảm ứng từ B = 0, T Lấy g = 9,8 m/s a Mơ tả chuyển động Tính tốc độ thanh chuyển động tính UAB  b Giữ ngun chiều độ lớn vectơ cảm ứng từ B Đặt hai kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ngang góc α = 60o , sau lặp lại thí nghiệm Biết q trình  chuyển động AB ln vng góc với B Tính tốc độ thanh chuyển động tính UAB Câu (2,5 điểm) Cho thấu kính mỏng có tiêu cự f Một nguồn sáng điểm S nằm trục thấu kính cách thấu kính 10 cm qua thấu kính cho ảnh S’ nằm phía với S so với thấu kính Biết S’ cách thấu kính 30 cm a Xác định loại thấu kính tìm tiêu cự thấu kính b Từ vị trí ban đầu cho điểm sáng S dịch chuyển đoạn cm theo hướng lại gần thấu kính hợp với trục góc 60o Tính độ dịch chuyển ảnh S’ góc hợp hướng dịch chuyển S’ với trục đó? Câu (1,0 điểm) Một vịng dây trịn tâm O bán kính R mang điện tích q (q dương), điện tích phân bố vòng dây Điểm M nằm đường thẳng qua tâm O vng góc với mặt phẳng vịng dây cách mặt phẳng đoạn h Tính cường độ điện trường điểm M điện tích vòng dây gây =====Hết===== HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2020-2021 Mơn: Vật lí - Lớp 11 UBND TỈNH BẮC NINH SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO (Hướng dẫn chấm có 07 trang) Câu (3 điểm) Một giá nhẹ gắn gỗ có khối lượng M đặt bàn nhẵn nằm ngang có treo cầu khối lượng m sợi dây nhẹ, không dãn dài L  hình bên Một viên đạn nhỏ có khối lượng m bay với vận tốc V0 xuyên vào cầu vướng kẹt Tìm giá trị nhỏ tốc độ viên đạn để sợi dây quay đủ vịng mà khơng bị chùng hai trường hợp sau: a Tấm gỗ giữ chặt b Tấm gỗ thả tự Câu (3 điểm) 1.a Đáp án Điểm Tấm gỗ đứng yên + Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, vận tốc hệ (viên đạn+quả cầu) V = V0 0.5 + Để dây quay đủ vòng, điểm cao tốc độ hệ V T + 2mg = 2mV ⇒ Vmin = g L L 0.5 + Áp dụng định luật bảo toàn 2mV02 2mVmin = 4mgL + ⇒ V0 = gL 1b 0.5 Tấm gỗ tự + Tốc độ nhỏ cầu điểm cao umin = g L + Gọi u vận tốc ván + Áp dụng định luật bảo toàn động lượng mV0' = M u + 2m(u − gL ) (1) 0.5 + Áp dụng định luật bảo toàn 2m(V0' ) M u 2m(u − gL ) = 4mgL + + 2 + Từ (1) (2), ta có: V0' = gL(5 + 8m ) M (2) 0.25 0.75 Câu (3 điểm) Một lượng khí lí tưởng thực trình P (Pa) dãn nở từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) theo quy luật (1) mô tả đồ thị P – V hình vẽ bên Biết trạng thái (1) chất khí có nhiệt độ T1 = 315 K thể tích V1 = dm3, trạng (2) thái (2) chất khí có áp suất P2 = 2.105 Pa a Tính nhiệt độ chất khí trạng thái (2) tìm mối liên hệ áp suất theo thể tích b Tính cơng mà khối khí thực q trình O c Xác định nhiệt độ cực đại chất khí trình dãn nở Câu Nội dung (3 điểm) 𝑃𝑃 𝑉𝑉 𝑃𝑃 𝑉𝑉 𝑃𝑃 𝑉𝑉 2.a Áp dụng phương trình trạng thái: 1𝑇𝑇 = 2𝑇𝑇 → 𝑇𝑇2 = 𝑃𝑃2 𝑉𝑉2 𝑇𝑇1 = 540 (𝐾𝐾) V (dm3) Điểm 0.5 1 Dựa vào đồ thị ta thấy P phụ thuộc V theo quy luật hàm số bậc nhất: 𝑃𝑃 = 𝑎𝑎 𝑉𝑉 + 𝑏𝑏 (1.1) 0.25 Thay giá trị trạng thái (1) (2) vào (1.1), ta hệ phương trình: � 𝑎𝑎 = −0,25 105 3,5 105 = 𝑎𝑎 + 𝑏𝑏 → � 𝑏𝑏 = 4,25 105 105 = 𝑎𝑎 + 𝑏𝑏 Vậy, P phụ thuộc V theo phương trình: 𝑃𝑃 = −0,25 105 𝑉𝑉 + 4,25 105 (1.2) 0.5 2.b - Cơng khối khí thực 1 A= ( P1 + P2 )(V2 − V1 )= (2.105 + 3,5.105 )(9.10−3 − 3.10−3 )= 1650J 2 2.c - Ta có: 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑇𝑇 = 𝑃𝑃1 𝑉𝑉1 𝑇𝑇1 = 3,5.105 315 = 105 30 → 𝑃𝑃 = 105 𝑇𝑇 30𝑉𝑉 (1.3) Thay (1.3) vào (1.2) được: 𝑇𝑇 = −7,5𝑉𝑉 + 127,5𝑉𝑉 (1.4) Theo (1.4) Tmax V = V0= 8,5 (dm3) 0.75 0.25 0.25 0.25 Nhận thấy V1< V0< V2 Nên nhiệt độ lớn trình dãn nở là: 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 541,875 (𝐾𝐾) 0.25 Câu (3,5 điểm) Hai cầu nhỏ giống hệt nhau, có khối lượng g, mang điện tích q treo vào điểm O hai sợi dây có chiều dài 50 cm Cả hệ đặt khơng khí Khi cân bằng, dây treo hợp với góc 90o Lấy g = 10 m/s2 a Tính giá trị q lực căng dây treo cân b Kéo điểm treo O chuyển động nhanh dần lên theo phương thẳng đứng với gia tốc a Khi cân hai dây treo hợp với góc 60o Bỏ qua lực cản khơng khí Tính a c Treo thêm cầu giống hệt hai cầu vào điểm O sợi dây có chiều dài với sợi dây ban đầu Tính diện tích tam giác có ba đỉnh ba cầu Câu (3,5điểm) O 3.a  F     Khi hệ cân ta có: F + P + T = T = mg = 0,07 N F = mg = 9.10 q ( ) q = ∓1,67.10 C -6 O 3.b ℓ 3.c = 9.10 0,25 0,25 q (0,5 ) Xét hệ qui chiếu gắn với O, cầu chịu thêm lực quán tính Fq = ma q2 mg + ma = 9.10 (1) F = (mg + ma ) tan 30 o =  q2 = 2mg (2) 2 (1) (2) => a = (2 − 1)g = 24,6 m/s2 0.5 0,25 0,25 Theo ý 1.1 9.10 Gọi a chiều dài cạnh tam giác có ba đỉnh ba điện tích Lực tương tác điện hai cầu q2 F1 = k a Hai lực điện tác dụng lên cầu hợp với góc 60o nên lực điện tổng hợp tác dụng lên cầu q2 = Fd 2= F1 cos 30o k a Góc lệch dây treo phương thẳng đứng a tan α = a l − ( )2 Góc lệch hợp trọng lực lực điện tác dụng lên vật so với phương thẳng đứng q2 k tan α = a mg a q2 k 3= a = → a 0, 7354cm mg a 2 l −( ) Diện tích tam giác a2 = S = 0, 234cm 0,5 0,25 0.25 0.25 0.25 0.5 Câu (4 điểm): Cho mạch điện hình bên Biết C = µF, R1 =Ω 18 , R= 20 Ω, R biến trở, nguồn điện có suất điện động E = 19 V điện trở khơng đáng kể Bỏ qua điện trở khóa dây nối Ban đầu khóa K1 K2 mở a Đóng khóa K1 (K2 mở), tính lượng tụ điện nhiệt lượng tỏa R1 đến điện tích tụ điện ổn định b Với R= 30 Ω Khóa K1 đóng, đóng tiếp K2, tính điện lượng chuyển qua điểm M đến dòng điện mạch ổn định c K1 , K đóng, điều chỉnh biến trở R để công suất tiêu thụ R cực đại Tìm cơng suất cực đại Câu (4 điểm) 4.a M R1 K1 N K2 C R2 E Nội dung Điểm 0.25 Điện tích tụ điện q = CE = 2.19 = 38µC = 38.10-6C Năng lượng điện trường tụ điện W = CE = 3, 61.10−4 J Trong thời gian tích điện cho tụ, nguồn thực cơng A= ng R3 0.25 0.5 −4 qE  = 7, 22.10 J Nhiệt lượng tỏa R1 =  Q1 4.b A = ng – W 0.5 3, 61.10−4 J b Sau đóng K2; Cường độ dịng điện qua mạch I  UMN = I 19 E = A R2 R3 30 R1  R2  R3 R2 R3 = 7,6 V R2  R3 Điện tích tụ điện q’ = CUMN = 2.7,6 = 15,2µC Điện lượng chuyển qua điểm M ∆q = |q’ – q| = 22,8µC 4.c    R2 R3  E    R + R2 R3 R2 + R3   R +R  U MN  = P3 =  R3 R3 Đặt R3 = x ta có 0.25 0.25 0.5 0.5 0.25    19 20 x   20 x 20 + x   18 +  + x 20   = = P3 x 0.25      380  380 95 W= W   ≤  36  360 + 38 x   360.38     x  Công suất tiêu thụ R đạt cực đại R 3= x= 0.25 180 Ω 19 0.25 95 Công suất cực đại R P= W ≈ 2,64W 3max 36 Câu (3 điểm) Hai kim loại song song, thẳng đứng có điện trở không đáng kể, hai đầu nối vào điện trở = R 0,5 Ω Một đoạn dây dẫn AB dài 14 cm có khối lượng g có điện trở= r 0,5 Ω tì vào hai kim loại Ban đầu AB giữ cố định, sau thả nhẹ không vận tốc đầu, AB trượt không ma sát xuống ln vng góc với hai kim loại Tồn hệ thống đặt từ trường có hướng vng góc với mặt phẳng chứa hai kim loại (như hình bên) có độ lớn cảm ứng từ B = 0, T Lấy g = 9,8 m/s a Mô tả chuyển động Tính tốc độ thanh chuyển động tính UAB  b Giữ nguyên chiều độ lớn vectơ cảm ứng từ B Đặt hai kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ngang góc α = 60o , sau lặp lại thí nghiệm Biết q trình chuyển động AB ln vng góc  với B Tính tốc độ thanh chuyển động tính UAB Câu 5.a R A • Nội dung Ngay sau bng AB chịu tác dụng trọng lực P = mg nên chuyển động nhanh dần → v tăng dần B Điểm 0.25 - Đồng thời, sau mạch xuất dịng điện I nên AB chịu thêm tác dụng lực từ F = BIl có hướng lên - Mặt khác, suất điện động xuất AB là:= e I = ∆Φ = Blv nên ∆t B 2l v e Blv →F = = R+r R+r R+r Cho nên v tăng dần F tăng dần → tồn thời điểm mà F = P Khi chuyển động thẳng - Khi chuyển động thì: B 2l v ( R + r )mg (0,5 + 0,5).2.10−3.9,8 F = mg → = mg → v= = = 25(m / s ) R+r B 2l 0, 22.0,142 - Hiệu điện hai đầu là: Blv 0, 2.0,14.25 U= I= R = R 0,5 = 0,35(V ) AB R+r 0,5 + 0,5 0.25 0.25 0.5 0,25 Khi để nghiêng hai kim loại ta có hình vẽ bên: 5.b - Hiện tượng xảy tương tự trường hợp a) ta thay P Psinα, thay B B1 với B1=Bsinα I 0.25 α α ( B sin α ) l v F= R+r F = mg sin α ( R + r )mg sin α - Lập luận tương tự ta có: →v= ( B sin α ) l = (0,5 + 0,5).2.10−3.9,8.sin 600 = 28,87(m / s ) (0, 2.sin 60o ) 0,142 - Hiệu điện hai đầu là: 0, 2.sin 60o.0,14.28,87 B sin α lv R R 0,5 U= I= = = 0,35(V ) AB 0,5 + 0,5 R+r 0.25 0.5 0.5 Câu (2,5 điểm) Cho thấu kính mỏng có tiêu cự f Một nguồn sáng điểm S nằm trục thấu kính cách thấu kính 10 cm qua thấu kính cho ảnh S’ nằm phía với S so với thấu kính Biết S’ cách thấu kính 30 cm a Xác định loại thấu kính tìm tiêu cự thấu kính b Từ vị trí ban đầu cho điểm sáng S dịch chuyển đoạn cm theo hướng lại gần thấu kính hợp với trục góc 600 Tính độ dịch chuyển ảnh S’ góc hợp hướng dịch chuyển S’ với trục đó? Câu 6.a Nội dung Ảnh S’ phía với S ảnh ảo  d’ = -30 cm S’ xa thấu kính hớn S: ảnh ảo lớn vật  thấu kính thấu kính hội tụ Điểm 0.25 0.25 Áp dụng cơng thức thấu kính: 1 = + → 𝑓𝑓 = 15 𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑓𝑓 𝑑𝑑 𝑑𝑑′ 6.b Giả sử S di chuyển từ A đến B với AB = cm Gọi H chân đường cao hạ từ B xuống trục 𝑂𝑂 Sơ đồ tạo ảnh: 𝐴𝐴(≡ 𝑆𝑆) �⎯⎯⎯⎯⎯⎯� 𝐴𝐴′ (≡ 𝑆𝑆 ′ ) 0.5 Suy � 𝑑𝑑𝐴𝐴 = 10 𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑑𝑑′𝐴𝐴 = −30 𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑂𝑂 Sơ đồ tạo ảnh : 𝐻𝐻𝐻𝐻 �⎯⎯⎯⎯⎯⎯� 𝐻𝐻′𝐵𝐵′ 0.25 Ta có 𝑑𝑑𝐻𝐻 = 𝑑𝑑𝐴𝐴 − 𝐴𝐴𝐴𝐴 cos 600 → 𝑑𝑑′ 𝐻𝐻 ′ = −22,5 𝑐𝑐𝑐𝑐 𝐻𝐻′𝐵𝐵′ 𝑑𝑑 ′ 𝐻𝐻 ′ =� � = 2,5 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐻𝐻 ′ 𝐵𝐵 ′ = 2,5𝐻𝐻𝐻𝐻 = 2,5 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 600 = 2,5√3 (𝑐𝑐𝑐𝑐) 𝑑𝑑𝐻𝐻 𝐻𝐻𝐻𝐻 0.25 Khi S di chuyển từ A đến B S’ di chuyển từ A’ đến B’ Ta có A’B’ = �(𝐴𝐴′ 𝐻𝐻 ′ )2 + (𝐵𝐵 ′ 𝐻𝐻 ′ )2 = 5√3 𝑐𝑐𝑐𝑐 0.5 Góc hợp bới hướng chuyển động ảnh S’ so với trục 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 𝐻𝐻′𝐵𝐵′ = → 𝛼𝛼 = 300 𝐻𝐻′𝐴𝐴′ √3 B’ A’ 0.5 B A H’ Câu Chia vòng dây thành nhiều (1 điểm) đoạn nhỏ đoạn có điện O H 0.25 R tích ∆q ∆q gây cường độ điện trường O h điểm M ∆q E=k R + h2    E= E1 + E2  Do tổng hợp E2 gây M 0.25 Nên điện trường tổng hợp M  = ∑ E1 =k h  E  ∑ (k ∑= R  R + h2  q h ( R + h )3/2 ∆q h ) +h R + h2 0.5 ... điện tích vịng dây gây =====Hết===== HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 202 0-2 021 Mơn: Vật lí - Lớp 11 UBND TỈNH BẮC NINH SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO (Hướng dẫn chấm có 07 trang)... trình: