Bài viết này cung cấp đáp án chi tiết và hướng dẫn chấm điểm đầy đủ cho Đề thi Học Sinh Giỏi môn Vật Lý lớp 11 tỉnh Quảng Bình, vòng 1, năm 2024. Đây là một trong những đề thi có nội dung chọn lọc và mang tính thử thách cao, giúp học sinh không chỉ ôn tập mà còn nâng cao khả năng tư duy và giải quyết vấn đề.
Điểm đặc sắc của bài viết này là phần lời giải cực kỳ chi tiết, không chỉ đơn thuần tóm tắt mà giải thích rõ ràng từng bước như một cuốn sách hướng dẫn. Đặc biệt, bài viết còn đi kèm với hướng dẫn chấm điểm tỉ mỉ, được trình bày dưới dạng bảng rõ ràng, giúp giáo viên dễ dàng áp dụng trong việc đánh giá bài làm.
Nếu bạn chưa xem đề thi, vui lòng truy cập tại đây: Đề thi HSG môn Vật Lý 11 tỉnh Quảng Bình, vòng 1, năm 2024. Việc kết hợp giữa đề thi và đáp án sẽ mang đến hiệu quả ôn tập tối đa.
I. YÊU CẦU CHUNG CHO ĐỀ THI HSG VẬT LÍ 11 QUẢNG BÌNH 2024 VÒNG 1
- Phần nào thí sinh làm bài theo cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa phần đó.
- Không viết công thức mà viết trực tiếp bằng số các đại lượng, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.
- Ghi công thức đúng mà:
- Thay số đúng nhưng tính toán sai thì cho nửa số điểm của câu.
- Thay số từ kết quả sai của ý trước dẫn đến sai thì cho nửa số điểm của ý đó.
- Nếu sai hoặc thiếu đơn vị 3 lần trở lên thì trừ 0,25 điểm.
- Điểm toàn bài làm tròn đến 0,25 điểm.
Câu I. (2,5 điểm) ĐỀ THI HSG LÝ 11 QUẢNG BÌNH 2024 VÒNG 1
- Cho \( m = 0.2 \, \text{kg} \), tính lực căng sợi dây:
Giả sử khúc gỗ không trượt, các vật cân bằng bởi các lực được biểu diễn ở Hình 1, các phương trình cân bằng lực:
\[ \begin{align*} T &= mg \\ &= 0.2 \cdot 9.8 \\ &= 1.96 \, \text{N} \end{align*} \]
\[ N = Mg \]
Lực ma sát nghỉ cực đại:
\[ \begin{align*} F_0 &= \mu N \\ &= 0.16 \cdot 1.5 \cdot 9.8 \\ &= 2.352 \, \text{N} \end{align*} \]
Vì \( T \lt F_0 \) nên khúc gỗ không trượt, giả thiết đúng.
- Điều kiện để khúc gỗ không trượt:
\[ T \lt F_0 \]
\[ mg \lt \mu Mg \]
\[ m \lt \mu M = 0.16 \cdot 1.5 \]
\[ m \lt 0.24 \, \text{kg} \]
- Tính gia tốc của khúc gỗ và lực căng sợi dây khi \( m = 0.5 \, \text{kg} \):
Vì \( m \gt 0.24 \, \text{kg} \) nên khúc gỗ trượt. Các phương trình động lực học:
\[ mg - T = ma_1 \]
\[ T - F_{ms} = Ma_2 \]
Trong đó:
\[ F_{ms} = \mu Mg \]
\[ a_1 = a_2 = a \]
Suy ra:
\[ \begin{align*} T &= \frac{mMg(\mu + 1)}{m + M} \\ &= \frac{0.5 \cdot 1.5 \cdot 9.8(0.16 + 1)}{0.5 + 1.5} \\ &= 4.263 \, \text{N} \end{align*} \]
- Xét chuyển động của quả cầu:
- Vận tốc của quả cầu:
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho quả cầu:
\[ \frac{1}{2}mv^2 = mgl(\cos \alpha - \cos \alpha_0) \]
\[ v = \sqrt{2gl(\cos \alpha - \cos \alpha_0)} \]
- Tìm \( \alpha \) để khúc gỗ bắt đầu trượt:
Biểu diễn các lực tác dụng lên các vật như Hình 2.
Áp dụng định luật II Newton cho quả cầu tại vị trí ứng với góc \( \alpha \):
\[ T + mg = ma \]
Chiếu phương trình này lên phương sợi dây:
\[ T - mg \cdot \cos \alpha = ma_{ht} \]
Trong đó gia tốc hướng tâm:
\[ a_{ht} = \frac{mv^2}{l} \]
Suy ra:
\[ T = mg(3 \cos \alpha - 2 \cos \alpha_0) \]
Khúc gỗ bắt đầu trượt khi \( T = F_0 \):
\[ \cos \alpha = \frac{1}{3} \left( \frac{F_0}{mg} + 2 \cos \alpha_0 \right) \]
\[ \alpha = 29.9^\circ \]
- Vận tốc của quả cầu:
| Câu | Yêu cầu cần đạt | Điểm |
|---|---|---|
| 1 (0,75 đ) |
|
0,25 |
| 2 (0,25 đ) | Viết được điều kiện phải thỏa mãn của khối lượng \( m \lt 0.24 \text{ kg} \) | 0,25 |
| 3 (0,5) |
|
0,25 |
| 4 (0,5 đ) |
|
0,25 |
| b (0,5 đ) |
|
0,125 |
Câu II. (2,0 điểm) ĐỀ THI HSG LÝ 11 QUẢNG BÌNH 2024 VÒNG 1
- Vận tốc và thời điểm vật đi qua tọa độ \( x = 5 \, \text{cm} \):
- Biên độ dao động là \( A = 10 \, \text{cm} \)
- Tần số góc: \[ \begin{align*} \omega &= \sqrt{\frac{k}{m}}\\ &= \sqrt{\frac{20}{0.2}} \\ &= 10 \, \text{rad/s} \end{align*} \]
- Áp dụng công thức liên hệ: \[ \frac{v_1^2}{\omega^2} + x_1^2 = A^2 \]
- Tại thời điểm \( t_1 \), vật đi ngược chiều dương nên vận tốc bằng: \[ \begin{align*} v_1 &= -\omega \sqrt{A^2 - x_1^2} \\ &= -10 \sqrt{10^2 - 5^2} \\ &= -50 \sqrt{3} \, \text{cm/s} \end{align*} \]
- Khi không có ma sát, vật dao động điều hòa theo phương trình: \[ x = 10 \cos(10t) \, \text{cm} \]
- Khi \( x = -5 \, \text{cm} \): \[ -5 = 10 \cos(10t) \]
- Nghiệm gần \( t = 0 \) nhất là: \[ t_1 = 0.2 \, \text{s} \]
- Vật đi vào vùng có ma sát:
- Cơ năng của con lắc lò xo tại thời điểm \( t_1 \) là: \[ W_1 = \frac{1}{2} kA^2 \]
- Cơ năng tại thời điểm \( t_2 \) là: \[ W_2 = \frac{1}{2} kx_2^2 \]
- Độ giảm cơ năng bằng công của lực ma sát khi vật đi từ \( x_1 \) đến \( x_2 \): \[ W_2 - W_1 = -\mu mg(x_2 - x_1) \]
- Thay số ta được phương trình bậc hai: \[ \frac{1}{2} \cdot 20 \cdot x_2^2 - \frac{1}{2} \cdot 20 \cdot 0.1^2 = -0.235 \cdot 0.2 \cdot 10(x_2 + 0.05) \]
- Suy ra: \[ x_2 = -0.09 \, \text{m} = -9 \, \text{cm} \]
| Câu II | Yêu cầu cần đạt | Điểm |
|---|---|---|
| 1 (1,5 đ) | Tính được biên độ dao động \( A = 10 \, \text{cm} \) | 0,25 |
| Tính được tần số góc \( \omega = 10 \, \text{rad/s} \) | 0,25 | |
| Viết được biểu thức liên hệ \( \frac{v_1^2}{\omega^2} + x_1^2 = A^2 \) (hoặc biểu diễn đường tròn pha) | 0,25 | |
| Tính được vận tốc \( v_1 = -50 \sqrt{3} \, \text{cm/s} \) | 0,25 | |
| Viết được phương trình dao động (hoặc biểu diễn được đường tròn pha) | 0,25 | |
| Xác định được thời điểm \( t_1 = 0.2 \, \text{s} \) | 0,25 | |
| 2 (0,5 đ) | Viết được phương trình năng lượng | 0,25 |
| Tính được tọa độ của vị trí vật dừng lại \( x_2 = -9 \, \text{cm} \) | 0,25 |
Câu III. (2,0 điểm) ĐỀ THI HSG LÝ 11 QUẢNG BÌNH 2024 VÒNG 1
- Khoảng cách từ M đến vân sáng gần nhất:
Giả sử M thuộc vân sáng bậc \( k \), khi đó: \[ \begin{align*} k &= \frac{x_{M} a}{\lambda D} \\ &= \frac{6 \cdot 0.5}{0.68 \cdot 0.8} \\ &= 5.51 \end{align*} \] Suy ra M gần vân sáng bậc \( 6 \) nhất, khoảng cách từ M đến vân bậc \( 6 \) là: \[ \begin{align*} \Delta x &= \frac{6 \lambda D}{a} - x_{M} \\ &= \frac{6 (0.68 \cdot 0.8)}{0.5} - 6 \\ &= 0.528 \, \text{mm} \end{align*} \]
- Dịch chuyển mà để M thuộc vân bậc 5:
\[
x_{M} = 5 \frac{\lambda D'}{a}
\]
\[
\begin{align*}
D' &= \frac{x_{M} a}{5 \lambda} \\
&= \frac{6 \cdot 0.5}{5 \cdot 0.68} \\
&= \frac{15}{17} \, \text{m}
\end{align*}
\]
Màn phải dịch chuyển một khoảng:
\[ \begin{align*} \Delta D &= \left| D' - D \right| \\ &= \left| \frac{15}{17} - 0.8 \right| \\ &= \frac{7}{85} \approx 0.08 \, \text{m} \end{align*} \] - Số vân sáng đi qua M:
Màn đã di chuyển từ khoảng cách \( D_1 = 0.8 \, \text{m} \) đến \( D_2 = 1.6 \, \text{m} \). Ta xét số vân sáng bên trong M (trong khoảng từ vân sáng trung tâm đến M):
- Khi \( D = D_1 \): \[ k_{M_1} = \frac{a x}{D_1 \lambda} = \frac{0.5 \cdot 6}{0.8 \cdot 0.68} = 5.5 \]
- Khi \( D = D_2 \): \[ k_{M_2} = \frac{a x}{D_2 \lambda} = \frac{0.5 \cdot 6}{1.6 \cdot 0.68} = 2.7 \]
Có \( 5 \) vân sáng bên trong M.
Còn lại \( 2 \) vân sáng bên trong M.
Như vậy, trong quá trình màn di chuyển có \( 3 \) vân sáng đi qua M.
| Câu III | Yêu cầu cần đạt | Điểm |
|---|---|---|
| 1 (0,5 đ) | Xác định được M gần nhất với vân sáng bậc 6 | 0,25 |
| Tính được khoảng cách từ M đến vân bậc 6: \( \Delta x = 0.528 \, \text{mm} \) | 0,25 | |
| 2 (0,5 đ) | Tính được khoảng cách màn - hai khe khi M thuộc vân bậc 5: \( D' = \frac{15}{17} \approx 0.88 \, \text{m} \) | 0,25 |
| Tính được độ dịch chuyển màn \( \Delta D = 0.08 \, \text{m} \) | 0,25 | |
| 3 (1,0 đ) | Tính được số vân sáng giữa M với vân trung tâm khi \( D = 0.8 \, \text{m} \): \( 5 \) vân | 0,25 |
| Tính được số vân sáng giữa M với vân trung tâm khi \( D' = 1.6 \, \text{m} \): \( 2 \) vân | 0,25 | |
| Xác định được số vân đi qua M: \( 3 \) vân | 0,5 |
Câu IV. (2,5 điểm) ĐỀ THI HSG LÝ 11 QUẢNG BÌNH 2024 VÒNG 1
- Cường độ dòng điện trong mạch:
Quy ước các dòng điện như Hình 3.
Điện trở của mạch ngoài:
\[ \begin{align*} R_{n} &= \frac{(R_1 + R_2)(R_3 + R_4)}{R_1 + R_2 + R_3 + R_4} \\ &= \frac{(4 + 8)(9 + 11)}{4 + 8 + 9 + 11} \\ &= 7.5 \, \Omega \end{align*} \]Cường độ dòng mạch chính:
\[ \begin{align*} I &= \frac{E}{R_{n} + r} \\ &= \frac{15.2}{7.5 + 2} \\ &= 1.6 \, \text{A} \end{align*} \]Hiệu điện thế hai đầu \( AB \):
\[ \begin{align*} U_{AB} &= I R_{n} \\ &= 1.6 \cdot 7.5 \\ &= 12 \, \text{V} \end{align*} \]Dòng điện qua nhánh 1-2:
\[ \begin{align*} I_{12} &= \frac{U_{AB}}{R_1 + R_2} \\ &= \frac{12}{4 + 8} \\ &= 1 \, \text{A} \end{align*} \]Dòng điện qua nhánh 3-4:
\[ I_{34} = I - I_{12} = 0.6 \, \text{A} \] - Hiệu điện thế hai đầu \( M, N \): \[ \begin{align*} U_{MN} &= U_{MA} + U_{AN} \\ &= -I_{12} R_1 + I_{34} R_3 \\ &= -1 \cdot 4 + 0.6 \cdot 9 \\ &= 1.4 \, \text{V} \end{align*} \]
- Điều kiện để hạt bay được qua tụ điện:
Vận tốc của hạt tại mép trên của tụ điện:
\[ v_0 = \sqrt{2gh} \]Chuyển động trong tụ điện của hạt theo hai trục: \( Ox \) nằm ngang và \( Oy \) thẳng đứng hướng xuống. Theo \( Oy \) chỉ có trọng lực nên gia tốc \( a_y = g \), theo \( Ox \) chỉ có lực điện \( F_\text{đ} \) tác dụng:
\[ \begin{align*} a_x &= \frac{F_\text{đ}}{m} = \frac{qE}{m} = \frac{qU}{md} \end{align*} \]Phương trình chuyển động của hạt:
\[ x = \frac{1}{2} \frac{qU}{md} t^2 \] \[ y = \frac{1}{2} gt^2 + v_0 t \]Điều kiện \( d = d_\text{min} \) để hạt qua được tụ là khi \( x = \frac{d_\text{min}}{2} \) thì \( y = H \):
\[ t^2 = \frac{md_\text{min}^2}{qU_{MN}} \] \[ H = \frac{1}{2} g \frac{md_\text{min}^2}{qU_{MN}} + \sqrt{2gh} \sqrt{\frac{md_\text{min}^2}{qU_{MN}}} \]Suy ra:
\[ \begin{align*} d &= \sqrt{\frac{qU_{MN}}{5m}} \left(\sqrt{H + h} - \sqrt{h}\right) \\ &= \sqrt{\frac{0.2 \cdot 10^{-6} \cdot 1.4}{5 \cdot 1.2 \cdot 10^{-3}}} \left(\sqrt{1 + 0.04} - \sqrt{0.04}\right) \\ &= 5.6 \times 10^{-3} \, \text{m} = 5.6 \, \text{mm} \end{align*} \]
| Câu IV | Yêu cầu cần đạt | Điểm |
|---|---|---|
| 1 (1,0 đ) | Tính được điện trở mạch ngoài \( 7.5 \, \Omega \) hoặc điện trở tương đương \( 9.5 \, \Omega \) | 0,25 |
| Tính được cường độ dòng điện mạch chính \( I = 1.6 \, \text{A} \) | 0,25 | |
| Tính được hiệu điện thế hai đầu \( AB \) \( U_{AB} = 12 \, \text{V} \) | 0,25 | |
| Tính được cường độ dòng qua các điện trở \( I_{12} = 1 \, \text{A}, \; I_{34} = 0.6 \, \text{A} \) | 0,25 | |
| 2 (0,5 đ) | Tính được hiệu điện thế hai đầu \( M, N \): \( U_{MN} = 1.4 \, \text{V} \) | 0,5 |
| 3 (1,0 đ) | Tính được vận tốc khi hạt rơi tới mép trên tụ \( v_0 = \sqrt{2gh} \) | 0,25 |
| Tính được cường độ điện trường trong tụ \( E = \frac{U}{d} \) | 0,25 | |
| Lập được phương trình chuyển động của hạt \( x = \frac{1}{2} \frac{qU}{md} t^2, \; y = \frac{1}{2} gt^2 + v_0 t \) | 0,25 | |
| Tính được khoảng cách tối thiểu giữa hai bản tụ \( d_{\text{min}} = 5.6 \, \text{mm} \) | 0,25 |
Câu V. (1,0 điểm) ĐỀ THI HSG LÝ 11 QUẢNG BÌNH 2024 VÒNG 1
- Vẽ đồ thị \( U-I \):
- Nhận xét:
- Đồ thị là đường cong có bề lõm quay xuống, suy ra điện trở của dây tóc bóng đèn tăng lên vì tỉ số \( \frac{U}{I} \) tăng lên.
- Nguyên nhân:
- Do sai số của phép đo.
- Do điện trở của dây tóc bóng đèn tăng theo nhiệt độ.
| Câu V | Yêu cầu cần đạt | Điểm |
|---|---|---|
| 1 (0,5 đ) | Vẽ được đồ thị (có thể vẽ đường cong, có thể vẽ đường thẳng) | 0,5 |
| Chỉ ra được điện trở dây tóc bóng đèn tăng | 0,25 | |
| 2 (0,5 đ) | Nêu được nguyên nhân: Do sai số phép đo | 0,125 |
| Nêu được nguyên nhân: Do điện trở tăng theo nhiệt độ | 0,125 |
#ĐềHSGlý11năm2024,#ĐềHSGlý11năm20242025,#ĐềHSGlý11mới
