Đề thi Olympic cụm môn Vật lí Lớp 11 - Năm học 2018-2019 (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi Olympic cụm môn Vật lí Lớp 11 - Năm học 2018-2019 (Có đáp án)

1. SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO HÀ NỘI ĐỀ THI OLYMPIC CỤM TRƯỜNG THPT CỤM TÂY NAM THÀNH PHỐ Năm học 2018 - 2019 Môn thi: Vật lí – Lớp 11 Ngày thi: 08/04/2019 Thời gian làm bài: 120 phút Câu 1. (3 điểm) Treo một quả cầu nhỏ khối lượng 10g bằng một sợi dây mảnh, nhẹ, cách điện dài 62,5cm trong không khí. Quả cầu được tích điện 0,1µC. Đưa quả cầu thứ hai mang điện tích q 2 lại gần quả cầu thứ nhất thì quả cầu này lệch khỏi vị trí ban đầu mà dây treo hợp với đường thẳng đứng một góc 60 0. Khi đó hai quả cầu nằm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang và cách nhau 3cm. a. Tìm độ lớn của q2 và lực căng của dây treo khi đó. b. Đột ngột làm mất điện tích của quả cầu thứ hai, tính vận tốc lớn nhất quả cầu thứ nhất đạt được. Bỏ qua mọi ma V E,r sát và lực cản của không khí. Lấy g = 10m/s2. E,r Câu 2. (4 điểm) E,r E,r Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ 1. Bốn nguồn giống nhau R1 R2 đều có E = 6V, r = 2; Các điện trở ngoài có giá trị R1 = 9; R2 = 10; R3 =15; Đèn ghi: 3V - 1W; C1 = 4nF, C2 = 6nF. Đ A R3 Vôn kế có điện trở vô cùng lớn, Ampe kế có điện trở không đáng kể. a. Xác định số chỉ của Vôn kế và Ampe kế. C1 C2 b. Xác định điện tích trên các tụ. Hình 1 Câu 3. (4 điểm) Mạch gồm có nguồn E = 3V, r = 0,5Ω; một ống dây có E,r L,R độ tự cảm là 2 mH và điện trở R0 = 4,5Ω, các điện trở 0 R1 = 9Ω, R2 = 6Ω. Mạch được mắc như hình vẽ 2. R2 a. Đóng khóa K, sau một thời gian cường độ các dòng R1 điện trong mạch đạt giá trị ổn định. Xác định cường độ K dòng điện qua ống dây và các điện trở; công suất của Hình 2 nguồn E. b. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên mỗi điện trở R1 và R2 sau khi ngắt khóa K. Câu 4. (3 điểm) Một đoạn dây dẫn kim loại MN có chiều dài l = 10cm được treo nằm ngang bằng hai dây cách điện, mảnh, nhẹ, thẳng đứng có chiều dài L = 0,9 m. Hệ thống được đặt trong từ trường đều có phương thẳng đứng hướng xuống dưới, có độ lớn B = 0,2 T. Kéo MN để dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc 60 0 rồi buông nhẹ. Lấy g = 10 m/s 2. Tính suất điện động cảm ứng suất hiện trong dây MN khi dây treo lệch một góc 300 so với phương thẳng đứng. Bỏ qua mọi ma sát và tác dụng của dòng Fu – cô. 1
2. Câu 5. (3 điểm) Cho một lăng kính trong suốt có tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng được dùng là n. Một tia sáng đơn sắc tới mặt bên AB theo phương song song với mặt đáy, thì thấy tia ló ra ngoài lệch với tia tới 300. Tính chiết suất n của lăng kính và vẽ đường đi của tia sáng qua lăng kính. Câu 6. (3 điểm) Một proton bay vào vùng từ trường đều ; sau đó bay M1 M2 M3 qua vùng điện trường đều có đường giới hạn là các mặt + phẳng song song với nhau cách nhau những đoạn d1 và d2 (với vuông góc với ). Khi mới vào ở mặt M 1, proton có vận tốc ban đầu 푣0 vuông góc với mặt giới hạn của từ trường đều như hình vẽ. Biết khi đi đến mặt giới 푣0 hạn M3 của vùng điện trường thì proton bay theo phương 5 -2 song song với mặt này. Cho v0= 3,2.10 m/s; B= 1,67.10 d d T; d1 = 10 cm; E = 6680V/m. 1 2 a) Tính các khoảng thời gian proton đi từ mặt M1 Hình 3 d2 đến mặt M3. b) Tính độ rộng vùng điện trường . Cho biết proton có khối lượng 1,67.10-27kg, điện tích +1,6.10-19C. HẾT Chú ý: Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. 2
3. SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO HÀ NỘI ĐÁP ÁN, HƯỚNG DẪN CHẤM CỤM TÂY NAM THÀNH PHỐ BÀI THI OLYMPIC CỤM TRƯỜNG THPT Năm học 2018 - 2019 Môn thi: Vật lí – Lớp 11 Ngày thi: 08/04/2019 HƯỚNG DẪN GIẢI ĐIỂM Câu 1 3 điểm a. Xét điều kiện cân bằng lực đối với q1: 퐹 + 푃 + = 0 0,5 Lực điện: F = P.tanα =0,1. 3 N suy ra độ lớn điện tích của q 2 từ 0,5 푞 푞 1 2 ―7 0,5 định luật Cu – lông: 퐹 = | 2 | suy ra q2 = 3.10 C 푃 Lực căng: T = = 0,2N 표푠 ∝ 0,5 b. Đột ngột làm mất điện tích của quả cầu q 2 thì không còn lực điện tác dụng lên q1. q1 dao động quanh vị trí cân bằng với góc lệch lớn nhất là 60 0. Vật đạt vận tốc cực đại khi thế năng nhỏ nhất: Vị trí dây treo theo phương thẳng đứng. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tại biên và vị trí cân bằng 2 W = W suy ra: 푣 0,5 t0 đ 푙(1 ― 표푠 ∝ ) = 2 vmax= 2 푙(1 ― 표푠 ∝ ) = 2,5 (m/s) 0,5 Câu 2 4 điểm 2 a. E =2E; r =2Ω; R = 푈 = 9 Ω 0,25 b b Đ 푃 0,5 푅1푅Đ 푅2푅3 Mạch ngoài: R1Đ= = 4,5 Ω; R23= = 6 Ω 푅1 +푅Đ 푅2 +푅3 Áp dụng định luât Ôm cho toàn mạch: = = 0,96A 0,5 푅1Đ + 푅23 + 0,25 Ing1=Ing2=I/2 = 0,48A Vôn kế chỉ hiệu điện thế giữa hai cực của một nguồn: 0,5 UV = E – Ing1.r = 5,04V 0,25 IĐ=I1= I/2 = 0,48A 0,25 I2= I.R23/R2= 0,576A 3
4. IA= I2 – I1 = 0,096A 0,5 b. Ub=R.I = (푅1Đ + 푅23).I = 10,08V 0,25 1 2 -9 0,25 Tụ nối tiếp: Cb = + = 2,4.10 F 1 2 0,5 -9 Q = Q1 =Q2= Cb.Ub= 24,192.10 C Câu 3 4 điểm a. K đóng, khi cường độ dòng điện trong mạch đạt giá trị ổn định. Cuộn cảm chỉ có vai trò như điện trở. 0,25 1 1 1 1 1 0,25 = + + = suy ra Rtđ=2Ω 푅푡 4,5 9 6 2 0,5 = 1,2A = 푅푡 + 0,5 푈 = .푅푡 = 2,4 suy ra: IR0=0,53A; IR1=0,267A; IR2= 0,4A 0,5 푃푛 = . = 3,6푊 0,5 b. Khi ngắt K, cường độ dòng điện trong các nhánh giảm nhanh, 0,5 xuất hiện suất điện động tự cảm trong ống dây. Từ lúc ngắt cho đến khi mạch ngừng hoạt động, toàn bộ năng lượng từ trường của cuộn dây bị chuyển hóa thành nhiệt ở R0, R1, R2. 1 W = LI2 = 0,284.10-3J =Q +Q 0 2 R0 12 2 푄푅0 푅0푡 푅0 5 Do IR0=I12 suy ra, = 2 = = 푄12 푅12푡 푅12 4 0,5 Suy ra: QR0= 0,1575mJ; Q12= 0,126mJ R1//R2: Q1+Q2=Q12 = 0,126mJ 2 푄1 푈 푡/푅1 푅2 Lại có: = 2 = = 2/3 푄2 푈 푡/푅2 푅1 0,5 Tính được: Q1=0,05mJ; Q2 =0,076mJ Câu 4 3 điểm Áp dụng bảo toàn cơ năng tính được vận tốc: 0,5 2 W1 =W2 mgl(1 – cos α0) = mgl(1 – cos α) +mv /2 푣 = 2 푙( 표푠 ∝ ― 표푠 ∝ 0))= 2,57m/s 1,0 Thanh đặt trong từ trường thẳng đứng hướng xuống, góc giữa từ trường và vận tốc chuyển động là 600 (phụ với góc α) 1,0 Suất điện động của thanh: e = B.v.l.sin ( ,푣)=0,0444V 0,5 4
5. Câu 5 3 điểm Có góc A= 600, i=300, D=600 suy ra: i’ = D+A-i =600 1,0 Áp dụng định luật khúc xạ: Sin i = n.sin r 0,5 Sin i’ = n.sin r’ được: 0,5 sin 푖 sin sin 푖 sin sin 푖′ = sin ′ Suy ra: sin 푖′ = sin( ― ) 0,5 sin 푖 0 Kết quả thu được r = 21,2 ; n = sin = 1,382 0,5 Câu 6 3 điểm a. Xét giai đoạn chuyển động thứ nhất: proton chuyển động tròn đều trong từ trường. Lực Loren xơ đóng vai trò là lực hướng tâm. 0,5 0 Fht= f = B.v.l. sin 90 .푣 |푞| Suy ra: = 20cm; 0,5 = |푞| 휔 = =1,6.106 (rad/s) 0,5 Proton chuyển động trên cung tròn có số đo góc thỏa mãn 1 = ½, suy ra α=π/6 푠푖푛 ∝= 훼 -6 Thời gian đi trong từ trường: t1 = 휔 = 0,327.10 s Giai đoạn 2: proton bay vào từ trường theo phương lệch với điện trường 1500, proton bay theo quỹ đạo parabol trong điện 0,5 trường. Chọn hệ trục Oxy như hình vẽ. Theo phương Ox, chuyển động thẳng đều. Theo phương Oy, chuyển động chậm dần đều với gia tốc: 퐹 푞. a = = = - 6,4.1011m/s2 y ― Khi đến mặt giới hạn M3 của điện trường thì proton bay theo 0,5 phương song song với mặt này, suy ra theo phương điện trường vy = 0 5
6. Thời gian đi trong điện trường từ mặt M2 đến mặt M3: 푣 ― 푣 5 0 0 ― 3,2.10 표푠30° -6 푡2 = = ―6,4.1011 = 0,433.10 s b. Độ rộng vùng điện trường bằng quãng đường proton bay theo 0,5 phương Oy 푣2 ― 푣2 0 ― (3,2.105 표푠30°)2 = = 0 = = 0,06 = 6cm 2 2 2.6,4.1011 Lưu ý: Học sinh làm cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa. 6