b/ Nếu hai dây dẫn trên mắc song song với nhau vào một nguồn điện có hiệu điện thế U’ không đổi khác sao cho nhiệt độ tỏa ra ở dây dẫn thứ nhất vẫn bằng 60 0C thì nhiệt Chiều chuyển động[r]
(1)PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TĨNH GIA ĐỀ THI CHÍNH THỨC Số báo danh KÌ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI LỚP CẤP TỈNH Năm học 2014 – 2015 Môn thi: Vật lý – Bài số Ngày thi: 10/02/2015 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề thi) Đề thi này có 06 câu, gồm 01 trang Câu (4.0 điểm) Một bình thông với hai nhánh có đường kính d1=10cm và d2=20cm chứa nước Xác định thay đổi mực nước hai nhánh thả miếng gỗ có khối lượng m = 500g vào bình thông nói trên Biết khối lượng riêng nước D n = 1000kg/m3 Câu (4.0 điểm) Hai dây dẫn có cùng chất, cùng chiều dài và đường kính tương ứng d1, d2 (d1=2d2) mắc nối tiếp vào nguồn điện có hiệu điện U không đổi Biết rằng: Nhiệt lượng tỏa môi trường xung quang các dây dẫn tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt chúng và hiệu nhiệt độ các dây dẫn với nhiệt độ t môi trường xung quanh (t0=200C) Nhiệt độ dây dẫn thứ t1=600C a/ Xác định nhiệt độ dây dẫn thứ hai b/ Nếu hai dây dẫn trên mắc song song với vào nguồn điện có hiệu điện U’ không đổi khác cho nhiệt độ tỏa dây dẫn thứ 60 0C thì nhiệt Chiều chuyển động độ dây dẫn thứ hai bao nhiêu? A B Câu (2.0 điểm) M N Một khung dây dẫn hình vuông không biến dạng MNPQ chuyển động thẳng mặt phẳng trang giấy Khung chuyển động qua vùng ABCD có từ trường Q P C D hình Xác định chiều dòng điện chạy khung (nếu có) (Hình 1) Giải thích Câu (3.0 điểm) Cho mạch điện hình Các điện trở R có trị số R R R nhau, các vôn kế giống Vôn kế V1 U1= 45,1V; vôn kế V2 + U2=33V Hỏi vôn kế V U3 bao nhiêu? V1 V2 V3 U Câu (4.0 điểm) Một nguồn sáng điểm S đặt trên trục chính thấu kính hội tụ, cách thấu kính khoảng d Biết thấu kính có tiêu (H×nh 2) cự f = 20 cm và đường kính rìa D=6cm Một màn ảnh M đặt vuông góc với trục chính thấu kính và cách điểm sáng khoảng L = 50 cm cho thấu kính nằm điểm sáng và màn a/ Chứng minh: 1 = + Với d = 45 cm, tìm đường kính vệt sáng trên f d d' màn b/ Giữ điểm sáng S và màn cố định, di chuyển thấu kính theo phương trùng với trục chính nó khoảng điểm sáng S và màn Tìm d để đường kính vệt sáng trên màn là nhỏ và xác định giá trị nhỏ đó Câu (3.0 điểm) Hãy tìm cách xác định khối lượng riêng thủy ngân Cho dụng cụ gồm: + Lọ thủy tinh rỗng đủ lớn + Nước có khối lượng riêng D + Cân đồng hồ có độ chính xác cao, có giới hạn đo và độ chia nhỏ phù hợp (2) ĐÁP ÁN VÀ HƯỚNG DẪN CHẤM Câu Nội dung hướng dẫn Điểm Giả sử lượng nước bình có thể tích V, S1 và S2 là tiết diện nhánh, mực nước hai bên bình thông là ngang nhau, có độ cao h: V = h S1 + h S2 (1) Khi thả miếng gỗ có khối lượng m vào nhánh, gỗ trên mặt nước và làm dịch chuyển khối nước có thể tích V' Vì bình thông nên mực nước hai nhánh trở lại ngang và có độ cao là h' , ta có: V + V' = h' S1 + h' S2 (2) Từ (1) và (2) ta suy ra: h (S1 + S2) + V' = h' (S1 + S2) (3) 0.5 0.5 0.5 Độ cao thay đổi đoạn: h h ' h V' S1 S 0.5 (4) Mặt khác, miếng gỗ nổi, trọng lượng nó lực đẩy Acsimet : 10.m 10.V '.Dn V ' d S1 2 m Dn d ; S 2 0.5 (5) và tiết diện: Kết hợp (4) , (5) và (6) ta được, độ cao thay đổi : (6) m Dn 0.5 4m 2 (d1 d 22 ) (d1 d ) Dn 4.0,5 h h ' h 0, 01273m 1, 27 cm (0,1 0, 22 ).1000 h h ' h 0.5 0.5 Câu Hai dây dẫn mắc nối tiếp: 4.0 điểm * Xét dây dẫn thứ nhất: Nhiệt lượng tỏa dây dẫn thứ có dòng điện chạy qua: Q1=R1I t = => Q1 = ρ l l I t= ρ I t S1 πd 0.5 ρl I t πd Nhiệt lượng mát tỏa môi trường xung quanh dây dẫn thứ là: Q2=k(t1-t0)Sxq1 (k là hệ số tỉ lệ) Với Sxq1= πd l => Q2 = πd l k(t1-t0) Theo định luật bảo toàn lượng ta có: πd l k(t1-t0) = => t1 – t0 = ρI t kπ d 31 ρl I t πd ρl I t ; πd 22 0.5 (1) * Xét dây dẫn thứ hai: Tương tự ta có nhiệt lượng tỏa dây dẫn này có dòng điện I chạy qua và nhiệt lượng mát tỏa môi trường xung quanh nó là: Q3 = 0.5 0.5 (3) Q4 = πd l k(t2 - t0) Theo định luật bảo toàn ta có: πd l k(t2 - t0) = ρl I t πd 22 => t2 – t0 = ρI t kπ d 32 0.5 (2) Từ (1) và (2) suy ra: t − t d1 d2 = = =8 t − t d2 d2 ( ) ( ) 0.5 => t2 = t0 + 8(t1 - t0) = 20 + 8(60 – 20) = 340 C Hai dây dẫn mắc song song Tương tự ta có nhiệt lượng tỏa các dây dẫn có dòng điện chạy qua và nhiệt lượng tỏa môi trường xung quanh là: '2 ' '2 '2 '2 ' U ' U t U S1t U d1 ' t= = = t ; R1 l ρl ρl ρ S1 Q’2 = πd l k(t’1 - t0) U ' d 22 ' ' Q 3= t ; ρl Q’4 = πd l k(t’2 - t0) Q'1=P'1 t ' = 0.5 Theo định luật bảo toàn lượng ta có: πd l k(t’1 - t0) = πd l k(t’2 - t0) = '2 => t − t0 '1 = d d2 = = d1 d2 t − t0 t =20+ (60 − 20) ' U ' d 21 ' t ρl U '2 d 22 ' t ρl => t’1 – t0 = U ' d1 t ' kρl U ' d2t ' => t’2 – t0 = 0.5 kρl ' ' => t2 =t0 + (t −t 0) = 400C Khi khung dây dẫn MNPQ chưa lọt hẳn vào vùng từ trường: MQ ngoài vùng từ trường, còn NP vùng từ trường Khi đó khung dây dẫn xuất hiện dòng điện cảm ứng Vì số đường sức từ xuyên qua tiết diện khung dây dẫn tăng dần Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định dòng điện khung dây dẫn có Câu chiều từ N đến P (NPQM) 2.0 điểm Khi khung dây dẫn MNPQ chưa khỏi vùng từ trường: MQ vùng từ trường, còn NP ngoài vùng từ trường Khi đó khung dây dẫn xuất hiện dòng điện cảm ứng Vì số đường sức từ xuyên qua tiết diện khung dây dẫn giảm dần Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định dòng điện khung dây dẫn có chiều từ M đến Q (MQPN) R Ta có: UAC = UAB - UCD = 45,1 – 33 = 12,1V + U Câu 3.0 điểm Điện trở đoạn mạch CD: A R C V V B D 0.5 0.5 0.5 0.5 R V 0.5 0.5 (4) RV ( R RV ) RCD = RV R U AC RAC 12,1 R R ( R RV ) U CD R CD 33 V RV R Ta có: => 11 Ta có: 0.5 6R 11 (loại) RV 5R 33 RV R 5R R = 27,5V RV2 49 RRV 30 R 0 RV 5R, RV' U3 Rv = U CD Rv + R => U3 = UCD Câu a/ 4.0 điểm I S F L O 1.0 0.5 F1 , , F S E Xét tam giác đồng dạng ΔSIO và ΔOF1F’ ta có: M (1) O Δ S’F F’ taI có: Xét hai tam giác đồngS dạng ΔOIS’ và (2) Từ (1) và (2) ta có: ↔ dd’ – df = d’f ↔ N <=> F Với d = 45 cm Áp dụng công thức thấu kính ta tìm được: d’ = = = 36 cm d’ d 0.5 S’ 0,5 0,5 Xét hai tam giác đồng dạng Δ EFS’ và Δ MNS’ ta có: = = → D’ ≈ 5,16 cm b/ Sử dụng công thức = Thay d’ = ta được: 20 d d+ − 50 D' d − 20 = =¿ D 20 d d − 20 = d −50+ 20 1000 d 0,5 0,5 0,5 (5) Áp dụng bất đẳng thức Côsi: d + Ta được: ≥ 1000 d √ 1000 √ 1000− 50 20 => D’min = 3.97 cm Dấu xảy d = √ 1000 31.6 cm - Dùng cân xác định khối lượng lọ rỗng : m - Đổ nước đầy lọ xác định khối lượng lọ nước : m1 => Khối lượng nước : mn = m1 – m m m m m V D D Câu - Dung tích lọ : D = V 3.0 điểm - Đổ ra, đổ thủy ngân vào đầy lọ, xác định khối lượng lọ thủy ngân : m2 => Khối lượng thủy ngân: mHg = m2 – m 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 - Dung tích lọ không đổi nên khối lượng riêng thủy ngân là: mHg DHg = V m2 m D m1 m 0.5 (6)