Đề thi Olympic Vật lý 11 năm 2011 - 2012, Sở GD-ĐT Nghệ An

Bài 1 (4 điểm)

Trong một cái bình cách nhiệt chứa hỗn hợp nước và nước đá, người ta thả vào một dụng cụ đun nóng bằng điện công suất P = 50W. Sau khi cắm điện cho dụng cụ này làm việc, người ta theo dõi nhiệt độ trong bình một cách liên tục. Ban đầu nhiệt độ trong bình không thay đổi nhưng đến hết phút thứ ba thì nhiệt độ trong bình tăng thêm một lượng ∆T₁ =2⁰C và đến hết phút thứ tư thì nhiệt độ tiếp tục tăng thêm ∆T₂ = 5⁰C. Ban đầu có bao nhiêu gam nước và bao nhiêu gam nước đá trong bình? Biết nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là λ = 340J/g; nhiệt dung riêng của nước là C = 4,2J/(g.K). Bỏ qua nhiệt dung của bình và của dụng cụ làm nóng.

Bài 2 (4,5 điểm)

Cho hai quả cầu nhỏ tích điện A và B. Không tính đến tác dụng của trọng lực.

a) Hai quả cầu được đặt trong một điện trường đều có cường độ điện trường E hướng theo đường nối tâm của chúng như hình 1. Cần tích điện cho các quả cầu như thế nào để chúng nằm cân bằng trong điện trường khi khoảng cách giữa chúng là r? Trạng thái cân bằng như vậy là bền hay không bền?

b) Hai quả cầu có khối lượng bằng nhau, bằng m, được tích điện cùng dấu, điện tích mỗi quả bằng q, được xâu vào và có thể trượt không ma sát dọc theo hai thanh dài song song cách nhau một khoảng anhư hình 2. Ban đầu quả cầu B nằm yên, quả cầu A được cấp một vận tốc ban đầu để trượt từ rất xa theo hướng đến quả cầu B. Xác định điều kiện của vận tốc ban đầu này để quả cầu A có thể vượt qua được quả cầu B trong quá trình chuyển động. Biết thế năng tương tác giữa hai điện tích điểm cách nhau một khoảng r được xác định theo hệ thức: W_t = kq²/r.

Bài 3 (3 điểm)

a) Cho bộ tụ điện như hình 3. Sau khi khóa K đóng, điện dung của bộ tụ tăng hay giảm bao nhiêu lần so với khi khóa K ngắt?

b) Một tụ điện phẳng có các bản tụ đặt nằm ngang. Người ta đổ điện môi lỏng có hằng số điện môi ε = 2 vào khoảng không gian giữa hai bản tụ đến độ cao bằng một nửa khoảng cách giữa hai bản tụ. Sau đó các bản tụ được đặt thẳng đứng và cũng đổ điện môi lỏng trên vào thì cần đổ tới mức nào để diện dung của tụ trong hai trường hợp là như nhau?

Bài 4 (4,5 điểm)

Cho mạch điện có sơ đồ như hình 4, gồm nguồn điện có suất điện động ξ = 12V, điện trở trong r = 9Ω; R₁ = 40Ω; R₂ = 60Ω; R₃ = 80Ω; R₄ = 20Ω và ampe kế có điện trở không đáng kể. Bỏ qua điện trở các dây nối.

a) Ampe kế chỉ bao nhiêu?

b) Nếu cắt dây nối trực tiếp giữa hai điểm M và N rồi nối vào đó một tụ điện có điện dung C = 100µF thì điện tích trên tụ là bao nhiêu?

c) Nếu mắc lại mạch điện từ các dụng cụ trên thì cần mắc bốn điện trở ở mạch ngoài như thế nào để tổng công suất tiêu thụ ở mạch ngoài đạt giá trị lớn nhất? Tính công suất này.

Bài 5 (1,5 điểm)

Trên hình 5 là đồ thị phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế hai đầu một đoạn mạch nối tiếp gồm một điện trở R = 100Ω và một dụng cụ Z chưa biết. Hãy dựng đồ thị phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế hai đầu dụng cụ Z.

Bài 6 (2,5 điểm)

Cho một cục pin, một ampe kế, một cuộn dây dẫn có điện trở suất lớn ρđã biết, dây nối có điện trở không đáng kể, một cái bút chì và một tờ giấy kẻ ô vuông tới mm. Hãy nêu cách làm thí nghiệm để xác định gần đúng suất điện động của pin.