Đề thi thử học sinh giỏi môn Vật lí Lớp 11 - Năm học 2021-2022 (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi thử học sinh giỏi môn Vật lí Lớp 11 - Năm học 2021-2022 (Có đáp án)

1. ĐỀ THI THỬ HỌC SINH GIỎI Năm học: 2021 - 2022 MÔN: Vật lý – Khối 11 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Câu 1 (4điểm). 1. Cho 2 quả cầu nhỏ giống nhau có cùng điện tích q. Hai vật được treo cạnh nhau bằng 2 sợi dây mảnh không giãn, dài như nhau trong không khí. Khi cân bằng mỗi sợi dây lệch khỏi phương thẳng đứng một góc α. Nhúng hai quả cầu vào trong dầu có hằng số điện môi bằng 2, góc lệch của mỗi dây treo với phương thẳng đứng vẫn là α. Biết khối lượng riêng của dầu là 0,8.103 kg/m3. Tìm khối lượng riêng của mỗi quả cầu? 2. Cho hai điện tích q1 và q2 đặt cố định tại hai vị trí có tọa độ x1 = a và x2 = -a trong hệ tọa độ vuông góc (oxy). Biết q1 = q2 = +Q . a. Phải chọn một điện tích q0 như thế nào và đặt ở đâu để nó cân bằng bền? b. Đặt thêm điện tích q3 = -Q cố định tại vị trí có tọa độ y = a 3 . Phải đặt điện tích q0 nằm cách đều q1 ,q2 ở đâu để lực điện do q1,q2 và q3 tác dụng lên nó đạt giá trị cực đại? Tính giá trị cực đại đó? Câu 2 (3điểm). 1. Khối lượng nguyên tử của đồng là A = 64 g/mol; khối lượng riêng của đồng D = 8,9.10 3 kg/m3; hóa trị của đồng n = 2; điện trở suất của đồng là 1,6.10-8Ω.m. a. Tính mật độ electron trong đồng? b. Tính điện dẫn suất của đồng và độ linh động của electron tự do trong đồng? c. Một dây dẫn bằng đồng có tiết diện 15 mm2 mang dòng điện I = 20A. Tính tốc độ trung bình của electron chuyển động có hướng trong dây đồng. 2. Giữa hai điện cực cách nhau 20cm của một ống thủy tinh chứa khí ở áp suất thấp người ta đưa vào một electron. Tính số hạt tải điện tối đa có thể tạo ra do sự ion hóa chất khí, biết quãng đường bay tự do của electron là 5cm. Câu 3 (4điểm). Một động cơ điện một chiều có điện trở trong r = 2Ω. Một sợi dây không co giãn có một đầu cuốn vào trục động cơ, đầu kia buộc vào một vật có khối lượng m = 10kg treo thẳng đứng (H.1). Khi cho dòng điện có cường độ I = 5A đi qua thì động cơ kéo vật lên thẳng đứng với vận tốc không đổi v = 1,5 m/s. a. Tính công suất tiêu thụ điện và hiệu suất của động cơ. b. Bộ nguồn cung cấp dòng điện ( I = 5A) cho động cơ gồm nhiều acquy, mỗi H.1 acquy có suất điện đông E = 8V và điện trở trong r0= 0,8Ω . Tìm cách mắc các nguồn thành bộ đối xứng để động cơ có thể kéo vật như trên mà dùng số acquy ít nhất. Tính số acquy đó. Cho g = 10m/s2, dây có khối lượng không đáng kể. Bài 4 (4 điểm). M N Cho mạch điện như hình 2. C = 2 F, R1 = 18 , R2 = 20  nguồn R1 C điện có suất điện động E = 2 V và điện trở trong không đáng kể. Ban K2 đầu các khóa K1 và K2 đều mở. Bỏ qua điện trở các khóa và dây nối. R2 a. Đóng khóa K1 (K2 vẫn mở), tính nhiệt lượng tỏa ra trên R1 sau khi điện tích trên tụ điện đã ổn định. R3 b. Với R3 = 30 . Khóa K1 vẫn đóng, đóng tiếp K 2, tính điện lượng K1 E chuyển qua điểm M sau khi dòng điện trong mạch đã ổn định. c. Khi K1, K2 đang còn đóng, ngắt K1 để tụ điện phóng điện qua R2 và R3. Tìm R3 để điện lượng chuyển qua R 3 đạt cực đại và tính giá trị Hình 2 điện lượng cực đại đó. Câu 5 (4điểm).
2. 2 2 2 3/2 y.a 0,25 + Áp dụng bất đẳng thức Cosi khai triển F12 ta có : a y 3 3 2 q Q q Q a => F 4k 0 F 4k 0 y 0,25 12 3 3a2 12max 3 3a2 2 Qq0 2 Vậy : Fmax 4k 3 3a2 a2 6 1 0,25 1. a. Mật độ electron tự do trong đồng: n.D.N A 29 3 0,5 n0 = =1,67.10 e/m A b. điện dẫn suất của đồng: σ = 1/ρ = 6,25.107 (Ω.m)-1 0,5  và độ linh động của electron tự do trong đồng:  = 2,34.10-3 (m2/V.s) 2 n .e 0 0,5 (3điểm) I c. Tốc độ trung bình của electron: v =0,25.10-4 m/s n0.e.S 0,5 2. Số quãng đường tự do: k = d/a = 4 0,5 Số hạt tải điện tối đa sinh ra: N = 2k+1 – 2 = 30 0,5 a. + Điện năng tiêu thụ của động cơ chia thành hai phần : P = Pcơ + Pnhiêt + Công suất kéo vật: Pcơ = T.v = mg.v = 150W 0,5 2 + Công suất toả nhiệt: Pnhiệt = I r = 50W 0,5 + Công suất tiêu thụ: P = Pcơ + Pnhiệt = 200W - Hiệu suất của động cơ: H=Pcơ/Pnhiệt = 75% 0,5 b. Tìm cách mắc nguồn: 0,5 - HĐT giữa hai đầu động cơ khi kéo vật: U = P/I = 40V - Bộ nguồn đối xứng: mdãy, mỗi dãy n nguồn: Eb= nE = 8n; rb =nr0/m; Theo định luật Ôm : Eb = U + Ỉrb 0,5 4n 8n 40 m 10 1 0,5 3 2 (4điểm) n m 10 1 10 1 Tổng hai số , là hằng số nên tích hai số cực đại khi hai số bằng nhau nghĩa là . n m n m 10 1 cực đại ( do đó m.n cực tiểu) khi 0,5 n m Giải được m = 1, n = 10 0,5 a. Sau khi đóng K1: Điện tích trên tụ điện q = CE = 2.2 = 4 C 0,25 1 Năng lượng điện trường trong tụ điện W = CE 2 = 4.10 - 6 J 0,25 2 0,25 -6 -6 4 Trong thời gian tích điện cho tụ, nguồn thực hiện công : Ang = qE = 4.10 .2 = 8.10 J -6 (4điểm) Nhiệt lượng tỏa ra trên R1: Q1 = Ang – W = 4.10 J 0,5 b. Sau khi đóng K2. Cường độ dòng điện qua mạch E 1 0,25 I = = A R2R3 15 R1 + R2 + R3
3. E E 1 1 Từ (1) và (2) ta có: 2 r.( ) (3) 0,5 U1 U2 X Y + mạch ngoài gồm X song song với thì 1 1 1 U 1 E 1 1 3 X Y 1 r.( ) (4) (U3 là số chỉ của 2 vôn kế ) 0,5 E 1 1 1 U X Y r 1 r.( ) 3 1 1 X Y X Y E E E 1 0,5 Từ (3) và (4) ta có 1 E (*) U U U 1 1 1 1 2 3 U1 U2 U3