Đề thi học sinh giỏi môn Vật lí lớp 12 Năm học 20152016 Sở GD ĐT Bắc Ninh5932

UBND TỈNH BẮC NINH SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐỀ CHÍNH THỨC (Đề thi gồm 02 trang) ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2015 – 2016 MÔN THI: VẬT LÝ - LỚP 12 – THPT Thời gian làm : 180 phút(Không kể thời gian giao đề) Ngày thi: 24/03/2016 *** Câu (4.0 điểm) Một lò xo treo thẳng đứng, đầu gắn cố định, đầu gắn vật nặng có khối lượng m = 0,2 kg Ở vị trí cân (VTCB) lị xo giãn 16 cm Lấy g = π2 10 m/s2 a) Tính độ cứng lò xo chu kỳ dao động T0 hệ b) Vật m đứng yên VTCB, tác dụng lên m lực theo phương thẳng đứng hướng xuống có độ lớn 2,5 N thời gian s Tìm biên độ dao động quãng đường vật khoảng thời gian c) Vật m đứng yên VTCB, tác dụng lên m lực theo phương thẳng đứng hướng xuống có độ lớn 105 N thời gian 3.10-3 s Tìm biên độ dao động vật d) Vật dao động tự với biên độ phần c, người ta đặt cứng cố định, nằm ngang cách vị trí cân đoạn h =10 cm (hình vẽ) Khi m h dao động vật va chạm đàn hồi vào Tính chu kỳ dao động Câu (3.0 điểm) Nhờ nguồn dao động, người ta tạo điểm O mặt nước phẳng lặng dao động điều hoà theo phương thẳng đứng với tần số f = 20 Hz a) Trên mặt nước xuất gợn sóng trịn đồng tâm O, đỉnh sóng cách cm Tính tốc độ truyền sóng ngang mặt nước b) Tại điểm A cách O 0,1m biên độ sóng cm Hãy tìm biên độ sóng điểm M theo khoảng cách dM = OM, cho biết lượng sóng khơng dần q trình lan truyền, phân bố mặt sóng trịn c) Xét điểm B nằm phía với A so với O đường thẳng qua O, AB = 10 cm Tại thời điểm t 1(s) điểm A có li độ -1,5 cm lên, tìm độ dời hướng chuyển động B thời điểm t + (s) 60 Câu 3.(5,0 điểm) Đặt điện áp u = 120 cos100t (V) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm biến trở R, tụ điện có điện dung C = mF cuộn cảm L = 16π H a) Cần thay đổi R đến giá trị để công suất tiêu thụ mạch đạt giá trị cực đại? Tìm cơng suất cực đại b) Khi thay đổi giá trị biến trở thấy ứng với hai giá trị R R , mạch tiêu thụ công suất P độ lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch so với dòng điện mạch tương ứng  ,  với  = 2 Tìm R1, R2 cơng suất P ThuVienDeThi.com Rơ to máy phát điện xoay chiều pha có cực từ quay với tốc độ n vòng/phút Hai cực phần ứng máy mắc với tụ điện có điện dung C = 10  F Cho điện trở máy không đáng kể Hãy vẽ đồ thị biểu diễn biến thiên cường độ dòng điện hiệu dụng I qua tụ theo tốc độ quay rô to tốc độ quay rô to biến thiên liên tục từ n1 = 150 vòng/phút đến n2 = 1500 vòng/phút Biết với tốc độ quay 1500 vịng/phút suất điện động hiệu dụng hai cực máy phát tương ứng 200 V Câu (3,0 điểm) Trong thí nghiệm giao thoa khe I-âng, dùng đồng thời hai ánh sáng đơn sắc có khoảng vân giao thoa tương ứng i1 = 0,8 mm i2 = 0,6 mm Biết hai khe hẹp cách a = mm, khoảng cách quan sát chứa hai khe D = 1,5 m a) Tìm bước sóng xạ Tìm vị trí vân gần trung tâm có màu với vân trung tâm? b) Tìm tổng số vân sáng khoảng hai vân màu với vân trung tâm, đối xứng với qua vân trung tâm gần vân trung tâm nhất? c) Trên miền giao thoa đối xứng qua vân trung tâm, có bề rộng 9,6 mm có vị trí mà vân tối xạ 1 trùng với vân sáng xạ 2? Xác định vị trí đó? Câu (5,0 điểm) Một lị phản ứng hạt nhân có chứa nhiên liệu urani làm giàu urani 235 (235 92 �) chất làm chậm than chì (12 �) Khi lị hoạt động urani 235 bị phân hạch theo phản ứng 235 92 U + 01n ® A 38 X+ 140 Y + 01n Z a) Xác định A Z hạt nhân X Y Biết độ hụt khối phản ứng 0,006675 u Giả thiết toàn lượng phản ứng cung cấp cho nơtron thứ cấp chúng có động Tính vận tốc nơtron thứ cấp b) Các nơtron thứ cấp sinh sau phản ứng phân hạch nói tới va chạm với nguyên tử cacbon chất làm chậm (xem đứng yên) Giả thiết va chạm đàn hồi, khơng có biến đổi thành hạt nhân khác sau va chạm hạt chuyển động phương Hỏi sau lần va chạm nơtron thứ cấp trở thành nơtron nhiệt (các nơtron nhiệt nơtron có lượng kBTph, kB = 1,38.10-23J.K-1 số Bôn-xơ-man, Tph = 300K nhiệt độ phòng) c) Giả sử nơtron nhiệt hấp thụ hạt nhân 238 92 � có nhiên liệu urani Hạt nhân tạo thành không bền, biến đổi thành hạt nhân plutoni 239 94 �� hai hạt X giống Xác định X tính động cực đại vận tốc tương ứng hạt X Cho: mn = 1,008665u; m(U238) = 238,048608u; m(Pu239) = 239,052146u; 1u = 1,66.10-27kg = 931,5 MeV/c2 ………………… HẾT ………………… (Học sinh không sử dụng tài liệu Giám thị khơng giải thích thêm) ThuVienDeThi.com HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2015 - 2016 Môn thi: Vật lý - Lớp 12 UBND TỈNH BẮC NINH SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TT Câu 4.0đ Nội dung Điểm a) Ở VTCB lò xo bị giãn D l : k.D l = mg Suy k = mg 0, 2.10 = = 12, 5N / m 0,16 D l0 0.5đ Chu kỳ dao động hệ: T = 2p m 0, = 2p = 0, 8s k 12, k b) Dưới tác dụng lực F VTCB vật m dịch chuyển xuống đoạn: F 2, Dl = = = 0, 2m = 20cm k 12, -l O h * Chọn trục toạ độ hướng dọc theo trục r lò xo, gốc toạ độ trùng với vị trí cân vật sau có lực F tác dụng Khi đó, vị trí ban đầu vật có toạ độ - D l * Tại toạ độ x độ biến dạng lị xo (x + D l ), theo định luật II Niutơn: - k(x + D l ) + F = ma F ) + F = ma  - kx = ma  x’’ +  x =  - k(x + k k 12,5 Trong     2,5π rad/s Vật dao động điều hoà với phương trình: m 0, x = Acos( t   ) Trong thời gian lực F tác dụng vật dao động điều hòa quanh VTCB Do vật ban đầu đứng yên nên biên độ dao động: A = D l = 20cm S = 4.A + A = 100cm T Do nên quãng đường vật được: c) Do thời gian vật chịu tác dụng lực F D t = 3.10- 3s = T nên ta bỏ qua dịch Dt = chuyển vật m thời gian Xung lực F gây cho vật m vận tốc v Ta có Vận tốc m sau đó: v= F D t = m.v 0.5đ 0.25đ 0.5đ 0.25đ 0.25đ 0.25đ M F D t 105.3.10- = = 1, 575m / s m 0, 0.5đ 2/3 0.25đ Vậy biên độ dao động m: A= v 1, 575 = = 0, 2m = 20cm w 2, 5.p 0.25đ N d) Do va chạm với đàn hồi nên sau va chạm vật tốc vật đổi chiều mà không thay đổi độ lớn Tương ứng trạng thái vật tức thời thay đổi từ M đến N đường tròn Như chu kỳ dao động vật ThuVienDeThi.com 0.25đ Bài 3.0đ 0.25đ 2 T = 0, » 0, 53 s 3 T = a) - Sóng mặt nước coi gần sóng ngang, gợn sóng vòng tròn đồng tâm cách bước sóng Vậy :   cm  v   f = 120cm/s b) – Năng lượng sóng phân bố mặt sóng, nên theo phương truyền sóng, xa O, lượng sóng giảm Gọi dA bán kính mặt sóng A, d bán kính mặt sóng M , W lượng sóng cung cấp nguồn O 1s, đơn vị W dài mặt sóng nhận lượng W0  2 d - Nếu a biên độ sóng điểm khảo sát cách O khoảng d, W0 : a2 hay W0 = W W W  a2  ; đặt K  ka2 suy ka  2 k 2 d 2 k d K a  d dM K M - Với d  d A  0,1 m a A  cm, ta có : 32  O dA A 0,1 K - tương tự M cách O khoảng d a  dM - Kết hợp lại ta có: 0.5đ 0.5đ 0.25đ 0.25đ 0.25đ 0,1 0,1 0,95 a a3 cm  (cm) (biên độ sóng M)    dM dM   dM c) – Biên độ sóng B: 0.25đ Bài 5.0đ  aB  dA 0,1  aB   cm    0, dB  aA  - Do B cách A 10cm   10 Nên A sớm pha B , pha B thời điểm t1 biểu diễn dường tròn T (s) Sau 60 tức pha B biểu diển đường trịn hình vẽ  cm Ta li độ B 2 xuống Z C  160 ; Z L  100 B, t2 0.25đ 2/3 B, t1 0.25đ A, t1 0.25đ 0.25đ U2 (Z  Z C ) R L R R Áp dụng bất đẳng thức Cosi được:  Z L  Z C  60 a P  U 2R  R  (Z L  Z C ) 0.5đ 0.5đ => Pmax = 120W b Chứng minh với hai giá trị khác R mà cho cơng suất góc 0.5đ lệch pha u i tương ứng  ,  thỏa mãn  + =  0.5đ minh điều này) ThuVienDeThi.com  (HS phải chứng Mà giải thiết cho:  = 2  1    0.25đ Z L  ZC    R1  20  R1 Z  ZC  = L  R2  60  R2 Khi R = R1 : tan = Khi R = R2 : tan U2 Công suất : P   60 W R1  R2 0.25đ 0.25đ 0.25đ - Rơ to có cực, nên số cặp cực từ p = 0.25đ n p 1500.2  50 Hz * Khi n2  1500 (vịng/phút) tần số dịng điện: f   60 60  2  2 f  314 (rad/s) 0.25đ - Vì bỏ qua điện trở máy nên: U  E2  200V U - Cường độ dòng điện hiệu dụng qua tụ: I   U 2C2  200.105.314  0, 628A ZC * Với vận tốc quay rôto n vịng/phút hiệu điện hiệu dụng xác định NBS cách tổng quát : U  E  (vì điện trở 0) U NBSC - Cường độ dòng điện hiệu dụng qua tụ : I   UC   Với ZC np   2 f  2 60 NBSC  2 np  NBSC 4 p 2 - Suy I   n  K n    60  3600 2 NBSC 4 p I - Với K  số  I  K n 3600 đường biểu diễn phụ thuộc I với n - tốc độ quay rơ to, có dạng nhánh parabol có bề lõm hướng lên chiều dương toạ độ - Với n  : I = - Với n1  150 v/ph : I1  K (150) 0.25đ 0.25đ 0.25đ 0.25đ n2  1500 v/ph: I  K (1500)  0, 628 A I1  150  I   I1   0, 00628 A   100 I  1500  100 - Đồ thị I = K n nhánh parabol có dạng hình vẽ a.* Bước sóng: D i.a   - Ta có: i  a D  1  (  m) 15  2  0, 4(  m) * Vị trí vân gần trung tâm có màu với vân trung tâm - Vị trí vân có màu với vân trung tâm vị trí hai vân sáng hai xạ trùng  Câu 3.0 đ ThuVienDeThi.com 0.25đ 0.25đ 0.25đ 0.25đ x1 = x2 Û k1l = k2l hay 4k1 = 3k2 - Vị trí vân trùng gần vân trung tâm ứng với giá trị nguyên nhỏ k1, k2 thỏa mãn phương trình k1= 3, k2= khoảng cách tới trung tâm x=3i1=4i2=2,4mm b *Tổng số vân sáng - Trong khoảng hai vân trùng liên tiếp có vân sáng l vân sáng l - Trong khỏang hai vân màu với vân trung tâm, đối xứng với qua vân trung tâm gần vân trung tâm có vân sáng l vân sáng l có vị trí trung tâm trùng nên có tổng 5+ 7-1=11vân sáng c Tìm vị trí vân sang trùng với vân tối: ỉ 2k1 + 1ư ÷ ÷ iu kin: ỗ + = k ỗ1 ữi = k2i ỗ ố ữ 2ứ 2k2 ( ( ) Biểu diễn: 2k1 + = 2n + ; 2k2 = 2n + với n nguyên Trong miền giao thoa : - 9, 9, mm £ k2i £ mm Û - 2, £ n £ 1, Vậy có 2 vị trí thỏa mãn vân tối i1 trùng vân sáng i2 tương ứng n bằng: -2; -1; 0; Các vị trí cách vân trung tâm khoảng x cho bảng sau: Câu 5.0đ n -2 -1 k1 -5 -2 k2 -6 -2 x (mm) -3,6 -1,2 1,2 3,6 a) Áp dụng định luật bảo tồn điện tích hạt nhân bảo toàn số nuclon cho phản ứng 235 92 U + 01n ® Ta được: A 38 X+ = 2K n mn = 2.D m.c2 = 3mn 0.25đ 0.25đ 0.25đ Y + 01n DE D m.c2 = 3 2D m c= 3mn 0.25đ Z Năng lượng tỏa phản ứng: D E = D m.c2 Do nơtron thứ cấp có động nên động nơtron Vận tốc nơtron thứ cấp bằng: 0.25đ 140 235+1=A+140+3 suy A=93 92=38+Z suy Z=54 Kn = 0.5đ 0.25đ ) 0.5đ 0.5đ 0.5đ 0.5đ 2.0, 006675 3.108 = 2.107 m/ s 3.1, 008665 0.5đ b) Sau lần va chạm với nguyên tử cacbon Do hạt chuyển động phương nên theo định luật bảo toàn động lượng lượng ta được: mnvn = mC vC' + mn vn' mnvn2 Và Với mC = 12 mn ta = vn' = - mC vC' 2 11 v 13 n ThuVienDeThi.com + mn vn' 2 0.5đ 0.5đ 11 v 13 n vn' = Về độ lớn Sau N lần va chạm nơ tron trở thành nơ tron nhiệt có động cỡ kBTph, tức có vận tốc v= 2K n mn = 2k BT ph mn = 0.25đ 2.1, 38.10- 23.300 = 2, 22.103 m/ s - 27 1, 008665.1, 66.10 N ỉ11ư ữ v = ỗỗỗ ữ ữ Ta cú ữ è13ø 0.25đ ln - ln v = 55 N = Suy lần ln 13 - ln 11 Vậy phải sau 55 lần va chạm chạm nơtron thứ cấp trở thành nơtron nhiệt c) Ta có phản ứng: Pu + 2ZAX 238 92 U + 01n = 239 94 0.25đ Áp dụng định luật bảo toàn ta A=0 Z=-1 Vậy X electron Độn cực đại electron 0.25đ 2K emax = D E = (mU 238 + mn - 2me - mPu 239 )c2 0.25đ Thay số ta K emax = 3, 82.10- 13J Vận tốc electron ve = 2K e me = 9,16.108 m / s > c = 3.108m / s 0.25đ Vô lý Ta phải sử dụng công thức tương đối tính 0.25đ ỉ v ÷ ç ç - 1÷ Ke = ç mec b = e ữ ữ ỗ c ữ ỗ è 1- b ø b = 0, 9843 0.25đ Ta hay v = 2,95.10 m/s Chú ý: + Học sinh có cách giải khác cho điểm tối đa + Nếu thiếu đơn vị trừ 0.25 điểm khơng trừ q điểm cho tồn thi ThuVienDeThi.com ... ………………… (Học sinh không sử dụng tài liệu Giám thị khơng giải thích thêm) ThuVienDeThi.com HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2015 - 2016 Môn thi: Vật lý - Lớp 12 UBND TỈNH BẮC... đàn hồi nên sau va chạm vật tốc vật đổi chiều mà không thay đổi độ lớn Tương ứng trạng thái vật tức thời thay đổi từ M đến N đường tròn Như chu kỳ dao động vật ThuVienDeThi.com 0.25đ Bài 3.0đ... 9843 0.25đ Ta hay v = 2,95.10 m/s Chú ý: + Học sinh có cách giải khác cho điểm tối đa + Nếu thi? ??u đơn vị trừ 0.25 điểm không trừ điểm cho toàn thi ThuVienDeThi.com