Ngân hàng đề thi chọn HSG cấp tỉnh môn Vật lí 9 - Phần Điện học

NGÂN HÀNG ĐỀ THI KỲ THI CHỌN HSG LỚP 9 VÒNG TỈNH 
MÔN: VẬT LÝ (ĐIỆN HỌC - 5 điểm)
Bài :3.1 (5,0đ)
1/ (3đ) Cho một bóng đèn loại 6V -3W và một biến trở con chạy RMN được nối với nhau, sau đó nối vào nguồn điện có hiệu điện thế không đổi U = 9V nhờ dây dẫn có điện trở Rd = 1Ω như hình vẽ.
- B
A +
Rd
N
M
Đ
C
a/ Cho điện trở của toàn biến trở là 20Ω. Tìm điện trở RCN của biến trở, biết đèn sáng bình thường. Tìm hiệu suất của cách mắc mạch thắp sáng đó.
b/ Muốn cho hiệu suất của cách mắc mạch thắp sáng đèn không nhỏ hơn 60% khi đèn sáng bình thường thì giá trị toàn phần của biến trở RMN nhỏ nhất bằng bao nhiêu ? 
E
A
R4
R3
R2
R1
B
C
D
2/ (2đ) Có bốn điện trở là R1 = 20Ω; R2 = R3 = 24Ω và R4 = 30Ω, được nối với nhau qua các chốt A, B, C, D và E như hình vẽ. Một nguồn điện có hiệu điện thế U = 20V được mắc nối tiếp với điện trở R0 = 5Ω. Người ta dùng dây nối có điện trở không đáng kể để nối các chốt. Cần phải nối nguồn điện và điện trở R0 trên với các chốt như thế nào để tổng công suất tỏa nhiệt trên tất cả các điện trở là lớn nhất ? Công suất đó bằng bao nhiêu ?
Hướng dẫn chấm
Bài 
Nội dung
Điểm
3.1 
1(3đ)
a/ Đặt RCN = x, RCM = 20 –x. Đèn sáng bình thường Iđ = =0,5A
0,25
- B
A +
Rd
RCN
RCM
Đ
D
Ta có: UDB = 6 +0,5 (20 – x) 
 và Ix = 
Cường độ dòng điện mạch chính
I = 
0,25
Ta có: U = Ud + UDB 9 = + 6 +0,5 (20 – x) => 0,5x2 – 7x -16 = 0
Giải ra x1 = 16 Ω và x2 = -2 (loại)
0,5
Hiệu suất mạch thắp sáng đèn đó là : H = 
0,5
b/ Muốn H = 0,6 thì 
0,25
Suy ra UDB (1)
0,25
Đặt RCN = x, RCM = y thì UDB = 6 + 0,5y =>y . Vậy ymin = 
0,5
Mặt khác: UBD = Ix.x = (I – 0,5)x (
=> UBD 
Từ (1) và (2) => => x . Vậy xmin = 125Ω
Vậy RMN min = 125 + 4,89 = 156,9Ω
0,5
2 (2đ)
Sau khi dùng dây nối các chốt ta được bộ điện trở có điện trở tương đương là Rx.
Nguồn điện và điện trở R0 được mắc với bộ điện trở như hình vẽ.
_
+
Rx
R0
U
Cường độ dòng điện chạy trong mạch là : I = 
0,25
Công suất tỏa nhiệt trên các điện trở là : P = I2(R0 +Rx) = 
0,25
Vì U và R0 không đổi nên muốn P cực đại thì điện trở Rx phải nhỏ nhất nên các điện trở trong bộ điện trở phải mắc song song và nối các chốt như hình vẽ.
0,25
Hinh vẽ
E
A
R4
R3
R2
R1
B
C
D
0,5
R14 = Ω; R23 = Ω;
RX = Ω;
0,5
Công suất tỏa nhiệt trên các điện trở khi đó: P = = 40W
0,25
NGÂN HÀNG ĐỀ THI KỲ THI CHỌN HSG LỚP 9 VÒNG TỈNH 
MÔN: VẬT LÝ (ĐIỆN HỌC - 5 điểm)
Bài 3.2 (5,0đ)
1
_
+
R
r
U
/ (2,0đ) Một mạch điện (Hình vẽ) được mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi. Thay đổi điện trở R của biến trở thì thấ ampe kế chỉ I1 = 1A hoặc I2 = 4A thì công suất tỏa nhiệt trên biến trở đều như nhau và bằng P0 = 16W. Xác định công suất lớn nhất có thể tỏa ra trên biến trở đó.
2 (3,0đ)Nếu đặt vào 2 đầu cuộn sơ cấp của một máy biến thế lí tưởng (bỏ qua hao phí) một hiệu điện thế xoay chiều xác định thì hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 100 V. Ở cuộn thứ cấp, nếu giảm bớt n vòng dây thì hiệu điện thế giữa hai đầu để hở của nó là U, nếu tăng thêm n vòng dây thì hiệu điện thế giữa hai đầu để hở của nó là 2U. Tính hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở khi nó tăng thêm 3n vòng dây. 
Hướng dẫn chấm:
Bài 
Nội dung
Điểm
3.2
1(2,0đ)
Gọi R1 và R2 là điện trở của biến trở ứng với hai giá trị cửa cường độ dòng điện là I1 và I2 có cùng công suất tỏa nhiệt trên biến trở là P0.
Ta có: R1 = Ω; R2 = Ω;
0,5
Ta có :U = I1 (r + R1) = I2(r + R2) => R = 4Ω và U = 20V
0,5
Công suất tỏa nhiệt trên biến trở là: P =
0,25
Vì U không đổi nên muốn PMax thì mẫu của phân số phải min.
Áp dụng bất đẳng thức cô si: 4r
0,25
Vậy công suất tỏa nhiệt trên biến trở lớn nhất là: PMax =
0,5
2 (3,0đ)
Ta có:; với U2 = 100 V. 
0,5
Vì: = - = (1) ð = (1’). 
0,5
Tương tự: = + = 	(2). 
0,5
Từ (1) và (2) suy ra: = ð U = = V.
0,5
Mặt khác: = += (3). 
0,5
Từ (1’) và (3) ta có: = ð U3 = 4U2 – 3U = 200 V.
0,5
NGÂN HÀNG ĐỀ THI KỲ THI CHỌN HSG LỚP 9 VÒNG TỈNH 
MÔN: VẬT LÝ (ĐIỆN HỌC - 5 điểm)
Bài 3.3(5,0đ)
D
A
_
+
R2
Rb
U
R1
V
N
M
C
1/(3đ) Cho mạch điện như hình vẽ, trong đó nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi, Rb là biến trở và Rb > R2. Di chuyển con chạy C trên biến trở thì thấy số chỉ của ampe kế A thay đổi từ 0,08A đến 0,2A và số chỉ của vôn kế V thay đổi từ 16V đến 20,8V. Xác định giá trị của U, R1, R2 và Rb. Cho biết các giá trị đo là lý tưởng. Bỏ qua điện trở của nguồn điện và dây nối.
2/(2đ) Bộ phận đốt nóng của ấm điện gồm bốn dây may xo giống nhau, mỗi dây có điện trở R =4Ω. Ấm được mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 100V bằng dây có điện trở r = 4Ω. Hỏi trong tất cả các cách mắc dây may xo có thể có thì cách mắc nào làm cho nước trong ấm điện chóng sôi hơn, khi đó công suất tiêu thụ của ấm điện là bao nhiêu ?
Hướng dẫn chấm:
Bài 
Nội dung
Điểm
3.3
1 (3đ)
Gọi x, y lần lượt là điện trở của đoạn mạch CD và CM (0 Rb)
Ta có : U = UV + U2 = UV + IAR2 (1)
0,25
Vì U không đổi nên từ (1) ta suy ra, khi UV đạt giá trị lớn nhất thì IA nhỏ nhất và khi UV đạt giá trị nhỏ nhất thì IA lớn nhất. Từ đó ta được
0,25
U = 16 + 0,2R2 (2) và U = 20,8 + 0,08R2 (3)
0,5
Từ (2) và (3) ta được R2 = 40Ω và U = 24V
0,5
Điện trở của cả đoạn mạch là
RMN = y + =
Cường độ dòng điện mạch chính : I = 
0,25
UCN = I.RCN =( )(= 
IA = (4)
0,25
Vì U, R1, R2 và Rb không đổi nên từ (4) suy ra: IA max khi min
Do y nên . Vậy min =0
Suy ra : IA max = (5)
Thay IA max , U và R2 vào (5) ta được Rb = 80Ω
0,5
Cũng từ (4) ta có : IA min khi . Đây là tích của hai số hạng là y và (x + R2) có tổng không đổi bằng (Rb + R2) nên có tích khi y = x + R2 => 80 –x = x +40 => x = 20Ω và y = 60Ω
Thay x, y, Rb và U vào (4) ta được R1 = 20Ω
0,5
2 (2đ)
Kí hiệu điện trở của ấm điện là Rx 
Công suất tỏa nhiệt của ấm là: Px =
0,5
Nước trong ấm chống sôi hơn khi công suất tỏa nhiệt của ấm là lớn nhất. Vì U không đổi nên muốn PMax thì mẫu của phân số phải min.
Áp dụng bất đẳng thức cô si: 4r
Dấu “=” xảy ra khi => Rx = r = 4Ω
0,5
Vì điện trở của ấm gồm bốn dây, mỗi dây có điện trở 4Ω, nên các dây trong ấm được mắc thành hai nhánh,mỗi nhánh gồm hai dây mắc nối tiếp hoặc hai dây dẫn mắc song song nối tiếp với hai dây mắc song song
0,5
Công suất tỏa nhiệt của ấm khi đó là : : PMax = 
0,5
NGÂN HÀNG ĐỀ THI KỲ THI CHỌN HSG LỚP 9 VÒNG TỈNH 
MÔN: VẬT LÝ (ĐIỆN HỌC - 5 điểm)
Bài 3.4 (5,0đ)
+
-
Þ
Þ
(Hình. 2)
A
R3
R2
R4
K
A
B
R1
R5
Cho mạch điện như hình vẽ (Hình.2). 
Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là 20V luôn không đổi. 
Biết R1 = 3, R2 = R4 = R5 = 2, R3 = 1. 
Điện trở của ampe kế và dây nối không đáng kể. 
1/ Khi khoá K mở. Tính :
 a) Điện trở tương đương của cả mạch.
 	 b) Số chỉ của ampe kế.
2/ Thay điện trở R2 và R4 lần lượt bằng điện trở Rx và Ry, khi khoá K đóng và mở ampe kế đều chỉ 1A. Tính giá trị của điện trở Rx và Ry trong trường hợp này.
Hướng dẫn chấm
Bài 
Nội dung
Điểm
3.4
1.a (1,0đ)
1/ Khi K mở ta có mạch sau : {(R1nt R3 )// (R2nt R4) }nt R5 
 R13 = R1+ R3 = 3 + 1=4() ; R24 = R2 + R4 = 2 + 2= 4()
R1234 = 
Điện trở tương đương cả mạch:
 RAB = R5 + R1234 = 2 + 2= 4() 
 0,25đ
 0,25đ
0,25đ
0,25đ
1.b (1,5đ)
b) Cường độ dòng điện qua đoạn mạch AB:
 I = 
Vì R5 nt R1234 nên I5 = I1234 = I = 5A
Hiệu điện thế đoạn mạch mắc song song :
 U1234 = I1234 R1234 = 5 2 = 10(V)
Vì R13 // R24 nên U23 = U24 = U1234 = 10V
Cường độ dòng điện qua R24 :
 I24 = 
Số chỉ của ampe kế: IA = I24 = 2,5A
0,25đ
0,25đ
0,5đ
0,5đ
2 
( 2,5đ)
2/ Khi K mở ta có cấu trúc mạch sau : R5 nt [(R1 nt R3) // ( Rx nt Ry) 
Cường độ dòng điện qua cả mạch:
 (1)
Vì R13 // Rxy nên :
 hay 
=> (2) 
Từ (1) và (2) suy ra:
 Rx + Ry = 12() 
Khi K đóng: R5 nt [( R1 // Rx ) nt ( R3 // Ry)]
Cường độ dòng điện trong mạch chính:
 (3)
Vì R1 // Rx nên:
 hay (4) 
Từ (3) và (4) suy ra:
 6Rx2 – 128Rx + 666 = 0 Giải phương trình bậc hai ta được hai nghiệm Rx1 = 12,33 , Rx2 = 9. theo điều kiện ta loại Rx1 nhận Rx2 = 9()
 Suy ra Ry = 3 
0,25
0,25đ
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5đ
0,5đ
NGÂN HÀNG ĐỀ THI KỲ THI CHỌN HSG LỚP 9 VÒNG TỈNH 
MÔN: VẬT LÝ (ĐIỆN HỌC - 5 điểm)
Bài 3.5
A
R1
M
N
Đ
R2
A
B
K
C
( Hình 2 )
 Cho mạch điện như hình 2. 
Biết: UAB = 21V không đổi, R1 =3,
Biến trở có điện trở toàn phần là RMN =4,5 
Đèn có điện trở Rđ = 4,5 
ampe kế, khóa K và các dây nối có điện trở không đáng kể.
a) Khi K đóng, con chạy C ở vị trí N thì ampe kế chỉ 4A. 
Tính điện trở R2.
b) Khi K mở, xác định giá trị phần điện trở RMC của biến trở để độ sáng của đèn yếu nhất.
 c)Khi K mở, dịch con chạy C từ M đến N thì độ sáng của đèn thay đổi như thế nào?
Hướng dẫn chấm
Bài 3.5
a)1,5đ
- K đóng, C trùng với N mạch ngoài có R1 nt (R2//Rđ )
0,5
- Có U1 =12V U2 = 9V = Uđ Iđ = 2A
0,5
- Tính được I2 = 2A từ đó rút ra R2 = 4,5
0,5
b)2,5đ
- K mở, đặt RMC = x mạch ngoài có R1 nt RMC nt 
0,25
0,5
- Tính được RCN-đ = 4,5 + 4,5 – x = 9 – x
- Tính được Rtm = 3 + x+
- Tính được cường độ dòng điện mạch chính: 
 I = UAB.Rtm =
0,25
0,25
- Tính được U// = I R// = 
- Cường độ dòng điện qua đèn : Iđ = 
0,5
- Để độ sáng của đèn yếu nhất thì Iđ min (-x2+6x+81) max
0,25
0,5
Từ đó tính được x= 3= RMC
c)1,0đ
- K mở, dịch con chạy C từ M đến N
- Dịch con chạy C từ M đến vị trí sao cho RMC =3 thì độ sáng đèn giảm dần
0,5
- Dịch con chạy C tiếp tới vị trí N thì độ sáng của đèn lại tăng
0,5
HẾT