Đề thi học sinh giỏi lớp 11 THPT tỉnh Quảng Bình năm học 2012 - 2013 môn Vật lí - Có đáp án

SỞ GD&ĐT QUẢNG BÌNH
KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 11 THPT NĂM HỌC 2012 - 2013 ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn: VẬT LÍ Khóa ngày: 27/3/2013 Số báo danh:.............
Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề)
Câu 1. (2,0 điểm) Từ một điểm A trên cao, một vật nhỏ được ném thẳng đứng hướng lên với tốc độ v0. Bỏ qua
lực cản của không khí, lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s2.
a) Với v0 = 10 m/s, tính độ cao cực đại của vật nhỏ so với điểm A và tính quãng đường vật đi được sau thời
gian 1,5 s kể từ khi ném.
b) Nếu tốc độ của vật nhỏ khi đi qua vị trí C bên dưới A một đoạn h = 3 m gấp đôi tốc độ của nó khi đi qua
điểm B phía trên A một đoạn h thì độ cao cực đại của vật so với điểm A là bao nhiêu?
Câu 2. (2,0 điểm) Một khối khí lí tưởng đơn nguyên tử biến đổi trạng thái theo chu trình 1-2-3-1. Quá trình 1-2
là quá trình đẳng tích, 2-3 là quá trình đẳng áp, 3-1 là quá trình mà áp suất p biến thiên theo hàm số bậc nhất đối
với thể tích V. Biết áp suất và thể tích của khối khí tại các trạng thái 1, 2, 3 tương ứng lần lượt là p1 = p0,
V1 = V0; p2 = 2p0, V2 = V0; p3 = 2p0, V3 = 2V0.
a) Hãy vẽ hình biểu diễn chu trình nêu trên trong hệ tọa độ p-V. (1) K (2)
b) Tính hiệu suất của chu trình. E2
Câu 3. (2,5 điểm) Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn điện (E E1, r1 E 1) có suất điện động E R0
1 = 10 V và điện trở trong r1 = 1 , nguồn (E2) có suất điện C động E R
2 và điện trở trong không đáng kể, nguồn (E) có suất điện động
E = 6 V, điện trở R0 = 6 , biến trở có giá trị R thay đổi được và tụ điện
có điện dung C = 0,1 F. Bỏ qua điện trở các dây nối. Hình cho câu 3 a) Khi E2 = 8 V, R = 2 .
- Tính cường độ dòng điện qua các nguồn (E1), (E2) và qua điện trở R0.
- Ban đầu khóa K ở chốt (1) sau đó được chuyển sang chốt (2), tính điện M
lượng chuyển qua nguồn (E) và nhiệt lượng tỏa ra trên nguồn này khi điện tích
trên tụ điện đã ổn định.  V
b) Với giá trị nào của E
2 để khi thay đổi giá trị biến trở R, cường độ dòng điện + B
qua nguồn (E1) không thay đổi? N
Câu 4. (2,5 điểm) Một sợi dây dẫn đồng nhất, tiết diện ngang S0 = 1 mm2, điện trở
suất  = 2.10-8 m, được uốn thành một vòng tròn kín, bán kính r = 25 cm. Đặt
vòng dây nói trên vào một từ trường đều sao cho các đường sức từ vuông góc với
mặt phẳng vòng dây. Cảm ứng từ của từ trường biến thiên theo thời gian B = kt, Hình cho câu 4
với t tính bằng đơn vị giây (s) và k = 0,1 T/s.
a) Tính cường độ dòng điện cảm ứng trong vòng dây.
b) Tính hiệu điện thế giữa hai điểm bất kì trên vòng dây.
c) Nối vào giữa hai điểm M, N trên vòng dây một vôn kế (có điện trở rất R1
lớn) bằng một dây dẫn thẳng có chiều dài MN = r 2 như hình vẽ. Rx
Tính số chỉ của vôn kế. R2 R3
Câu 5. (1,0 điểm) Một đoạn mạch điện được mắc như hình vẽ. Các điện trở R6
chưa biết giá trị, điện trở dây nối không đáng kể. R5 R4
- Dụng cụ thí nghiệm: một ôm kế (đồng hồ đo điện trở) và một đoạn dây Hình cho câu 5
dẫn (có điện trở không đáng kể).
- Yêu cầu: xác định giá trị của Rx mà không tháo rời các điện trở khỏi mạch. ---------- Hết ----------
SỞ GIAÓ DỤC VÀ ĐÀO TẠO
KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 11 THPT QUẢNG BÌNH
NĂM HỌC 2012 – 2013 Môn: VẬT LÍ
HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ CHÍNH THỨC Câu Nội dung Điểm
Chọn trục tọa độ Oy thẳng đứng hướng lên, gốc O tại A, gốc thời gian là lúc ném vật nhỏ.
Chọn mốc thế năng tại A ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 0,25
- Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tại A và tại độ cao cực đại ymax 1mv 2 = mgy 2 0 max 2  v0 102 a ymax = = = 5 m 2g 2.10
………………………………………………………………………………………………………………………………………. 0,25
(1,0đ) - Phương trình chuyển động của vật 1 y = - gt2 + v 2 0t = -5t2 + 10t Khi t = 1,5 s 1(2đ) y = y
1 = -5.(1,5)2 + 10.1,5 = 3,75 m ……………………………………………………………………………………………………………….. Quãng đườ 0,25 ng vật đi đc
s = ymax + (ymax - y1) = 5 + (5 - 3,75) = 6,25 m ………………………………………………………………………………………… 0,25
Giả sử tốc độ tại B là v thì tốc độ tại C là 2v, ta có v2 – v 2
0 = -2gh ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 0,25 (2v)2 – v 2
0 = -2g(-h) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 0,25  10gh v 2 0 = b 3
(1,0đ) Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tại A và tại độ cao cực đại ymax 1mv 2 = mgy 2 0 max 2  v0 5h y max = = = 5 m ………. 2g 3
…………………………………………………………………………………………………………………………………… 0,5
Hình vẽ biểu diễn chu trình a (0,5đ) 0,5 2(2đ)
- Công mà khí thực hiện trong chu trình 1 1
A = (2p0 – p0)(2V0 – V0) = p0V0 ………………………………………………………………………………………………………………………….. b 2 2 0,5
(1,5đ) -Ta xét từng quá trình để xác định Q 1 và Q2 + Quá trình 1-2
Đẳng tích, công A12’ = 0, áp suất tăng suy ra nhiệt độ tăng và 3 0,25 Q12 = ΔU12 = p
2 0V0 > 0 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. + Quá trình 2-3 Đẳng áp 0,25
Q23 = A23’ + ΔU23 = 2p0V0 + 3p0V0 = 5p0V0 …………………………………………………………………………………………………… 13 Q 0,25 1 = Q12 + Q23 = p
2 0V0 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1p A 2 0V0 1 Hiệu suất H = = = = 7,7% Q
………………………………………………………………………………………………………… 0,25 1 13 13 p 2 0V0
Quy ước chiều dòng điện như hình vẽ M (1) K (2) I1 I I2 E1, r1 E E 2 R0 C R N
Áp dụng định luật Ôm cho các đoạn mạch MN E1 - UMN I 1 = = 10 - U r MN 1 E2 - UMN UMN I 2 = = 4 - R 2 UMN UMN I = = R
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 0 6
Với I = I1 + I2 ta suy ra UMN = 8,4 V a 0,25
Thay trở lại các phương trình ta tính được (1,75đ) I 3(2,5đ)
1 = 1,6 A, I2 = - 0,2 A, I = 1,4 A …………………………………………………………………………………………………………………………….
- Khi K ở (1), bản trên của tụ tích điện dương 0,25
+q = CUMN = 0,1.8,4 = 0,84 C ……………………………………………………………………………………………………………………………….
Khi chuyển K sang (2), bản trên của tụ tích điện âm
-q’ = -CE = -0,1.6 = -0,6 C 0,25
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Điện lượng chuyển qua nguồn E có độ lớn q = |(-q’) – (q)| = 1,44 C
………………………………………………… 0,25
- Sau khi chuyển khóa K, điện lượng chuyển qua nguồn q = 1,44 C từ cực âm đế 0,25
n cực dương, nguồn thực hiện công
A = q.E .…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Công này làm biến đổi năng lượng tụ điện và một phần tỏa nhiệt trên nguồn 1 1
A = W’ – W + Q  Q = A + W - W’ = q.E + CU 2 - C E 2 0,25 2 MN 2
Thay số ta được Q = (1,44.6 + 0,5.0,1.8,42 – 0,5.0,1.62).10-6 = 1,0368.10-5 J………………… 0,25
Để thay đổi giá trị R mà cường độ dòng điện qua E1 không đổi thì I2 = 0 b Khi đó I (0,75đ)
1 = I ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 0,25 UMN 60 0,25 10 – UMN =  U V 6 MN = 7
……………………………………………………………………………………………………………………….... 60 0,25 E2 = UMN = V 7
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
Độ lớn suất điện động cảm ứng trên vòng dây  (BS) r2.(kt) E =  = =
= kr2 ………………………………………………………………………………………………………………. t   t t 0,25 Điện trở vòng dây a R =  l = 2r (0,75đ) S
.………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 0 S0 0,25
Cường độ dòng điện cảm ứng E kr2 krS0 0,1.0,25.10-6 I = = = R 2r 2 = 2.2.10-8
= 0,625 A …………………………………………………………………….…………………….. 0,25 S0
Lấy hai điểm M, N trên vòng dây, chia vòng dây làm hai cung có chiều dài là l1, l2.
Vòng dây tương đương với mạch kín gồm hai nguồn E1, r1 và E2, r2, trong đó E1 r1 l1 = = hay E E
1r2 = E2r1 ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2 r2 l2 0,25
Áp dụng định luật Ôm cho các đoạn mạch MN ta có E1 + UMN E2 - UMN I = = r
……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1 r2 b  E2r1 - E1r2 0,25 UMN =
= 0 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… (0,75đ) r1 + r2 M 0,25 4(2,5đ) E I 1, r1 E2, r2 I N
Sợi dây nối vôn kế giữa M và N chia diện tích vòng dây thành hai phần S r2 r2  S1 = - = -1 4 2 22  r2  r23  3 + 2 S2 = S - S1 = .r2 - -1 = +1 = S 22  2 2 
 - 2 1 ……………………………………………………………………………………. 0,25
Suất điện động và điện trở trên cung l1 và l2 có độ lớn tương ứng   3 + 2 E 1 2 1 =  = kS = kS E t 1 và E2 = t
2 =  - 2 1 …………………………………………………………………………………………………. 0,25 c 3 3r (1đ) r r = 2 = 3r1 = 4
2S ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 0 0,25
Áp dụng định luật Ôm cho các đoạn mạch MN ta có E1 + UMN E2 - UMN I = = r1 r2 3 + 2  E 1r1 - 3E 1r1  E2r1 - E1r2 - 2 2E1 U MN = = = r1 + r2 4r1  - 2 kr2 0,1.0,252 Hay U MN = = = 3,125.10-3 V 2 2
……………………………………………………………………………………………………… 0,25
Ta gọi giá trị của bộ điện trở gồm R1, R2, R3 là R và giá trị của bộ điện trở gồm R4, R5,
R6 là R’, mạch điện trở thành như hình vẽ: C R Rx A R’ B
…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 0,25
- Nối tắt C với B bằng dây nối, đặt hai đầu ôm kế vào hai điểm A và B ta sẽ đo được giá
trị điện trở của bộ gồm R và R’ mắc song song, số chỉ ôm kế là r1, ta có 5 (1đ) 1 1 1 + = (1) R R' r
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1 0,25
- Nối tắt A và C, đặt hai đầu ôm kế vào hai điểm A và B thì ôm kế chỉ r2 1 1 1 + = (2) R
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… x R' r2
- Nối tắt A và B, đặt hai đầu ôm kế vào hai điểm A và C, số chỉ ôm kế là r 0,25 3 1 1 1 + = (3) R Rx r3 2r 1r2r3
Từ (1), (2), (3) suy ra Rx = r
……………………………………………………………………………………………………. 1r2 + r3r1 - r2r3 0,25 * Ghi chú:
1. Phần nào thí sinh làm bài theo cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa phần đó.
2. Không viết công thức mà viết trực tiếp bằng số các đại lượng, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.
3. Ghi công thức đúng mà:
3.1. Thay số đúng nhưng tính toán sai thì cho nửa số điểm của câu.
3.3. Thay số từ kết quả sai của ý trước dẫn đến sai thì cho nửa số điểm của ý đó.
4. Nếu sai hoặc thiếu đơn vị 3 lần trở lên thì trừ 1,0 điểm.
5. Điểm toàn bài làm tròn đến 0,25 điểm.