Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh Vật lí lớp 12 chuyên Năm học 20152016 Sở GD ĐT Bắc Ninh13089

UBND TỈNH BẮC NINH SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐỀ CHÍNH THỨC ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2015 – 2016 Môn thi: Vật lý - Lớp 12 Chuyên Thời gian làm : 180 phút (Không kể thời gian giao đề) Ngày thi : 24/03/ 2016 (Đề thi gồm 02 trang) -// - Câu (4.0 điểm) Cho hệ hình vẽ, lị xo lý tưởng có độ cứng k = 100 N/m gắn chặt vào tường Q, vật M = 200 g k M Q gắn với lò xo mối nối hàn Vật M vị trí cân bằng, vật m = 50 g chuyển động theo phương ngang với tốc độ v0 m x ( Hình vẽ 1) O v0 = m/s tới va chạm hoàn toàn mềm với vật M Sau va chạm hai vật dính vào dao động điều hịa Bỏ qua ma sát vật M với mặt phẳng ngang a) Chọn trục tọa độ hình vẽ, gốc O vị trí cân bằng, gốc thời gian t = lúc xảy va chạm Viết phương trình dao động hệ vật b) Sau thời gian dao động, mối hàn gắn vật M với lò xo bị lỏng dần, thời điểm t hệ vật vị trí lực nén lị xo vào Q cực đại Sau khoảng thời gian ngắn (tính từ thời điểm t) mối hàn bị bật ra? Biết rằng, kể từ thời điểm t mối hàn chịu lực nén tùy ý chịu lực kéo tối đa N Câu (3.0 điểm) Rô 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) 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 = 40 Hz a) Trên mặt nước xuất gợn sóng trịn đồng tâm O, đỉnh sóng cách 2,5 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 d = OM, cho biết lượng sóng khơng dần q trình lan truyền, phân bố mặt sóng trịn ThuVienDeThi.com Câu (4.0 điểm) Cho lưỡng lăng kính dạng nêm, đáy mỏng, góc chiết quang 15/, làm thuỷ tinh coi suốt với ánh sáng dùng làm thí nghiệm, có chiết suất n = 1,5 coi không đổi với ánh sáng dùng thí nghiệm Phía trước lăng kính có đặt khe sáng hẹp S chiếu ánh sáng đơn sắc đường thẳng qua đáy trùng với đáy chung a) Tìm khoảng cách d khe S lưỡng lăng kính để hai ảnh S1 S2 S qua lưỡng lăng kính cách khoảng a = 1,8 mm Lấy 1/ = 3.10 – rad b) Tại vùng giao thoa màn, người ta đếm 11 vân sáng Xác định khoảng cách từ lưỡng lăng kính đến màn, suy bề rộng vùng giao thoa khoảng vân i Biết bước sóng ánh sáng đơn sắc dùng thí nghiệm   0,5 m c) Thay ánh sáng đơn sắc xạ tử ngoại gần Để quan sát hình ảnh giao thoa người ta dùng máy ảnh với phim đen trắng thông thường chụp ảnh miền giao thoa in giấy ảnh đếm 15 vạch đen toàn miền giao thoa Giải thích tượng hình ảnh quan sát được, tính bước sóng ánh sáng tử ngoại nói Câu (3 điểm) Một kiểu phân hạch U235 là: U  01n  235 92 95 42 Mo  139 57 La  n  1 e (Mo kim loại, La kim loại Lantan họ đất hiếm) a) Tính lượng E toả từ phản ứng theo đơn vị Jun (J) Cho biết khối lượng hạt: mU = 234,99u; mMo= 94,88u; mLa = 138,87u; mn = 1,01u; bỏ qua khối lượng electron; lấy 1u = 931 MeV/c2 b) Nếu coi giá trị E tìm lượng trung bình cho phân hạch 1g U235 phân hạch hết cho lượng kWh? Cần phải đốt lượng than để lượng lượng đó? Biết suất toả nhiệt than q = 2,93.107 J/kg Lấy số Avôgađrô N A  6, 023.1023 mol 1 c) Trong cố lò phản ứng hạt nhân nhà máy điện nguyên tử Fukushima (Nhật Bản) động đất sóng thần, người ta lo ngại tượng xảy ra? (hiện tượng có liên quan đến kiến thức em học phản ứng phân hạch hạt nhân dây truyền) Hiện tượng xảy không? Câu (3 điểm) Cho đồng chất chiều dài L, khối lượng m Thanh quay khơng ma sát quanh trục nằm ngang, vng góc với qua đầu O Ban đầu giữ vị trí hợp với O phương ngang góc  hình vẽ, sau bng nhẹ cho quay quanh O Lấy gia tốc trọng trường g Hãy xác định véc tơ lực trục quay tác dụng lên thanh qua vị trí nằm ngang ………………… Hết ………………… (Học sinh không sử dụng tài liệu Giám thị không giải thích thêm) ThuVienDeThi.com α UBND TỈNH BẮC NINH SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2015 – 2016 Môn thi: Vật lý - Lớp 12 Chuyên Ngày thi : 24/03/ 2016 ĐỀ CHÍNH THỨC -// - Câu Nội dung a Viết phương trình dao động: Điểm - Gọi v vận tốc hệ vật sau va chạm, sử dụng định luật bảo tồn động lượng ta có: 0,5 đ mv0 = ( M + m)v  v = 0,4 m/s = 40 cm/s - Phương trình dao động hệ hai vật:  x  A cos(t   )  v   A sin(t   ) 0,5 đ Chọn gốc thời gian, trục tọa độ giả thiết, t = ta có:  x  A cos   0(cm)  v   A sin   40(cm / s ) = (1) 100 k   20 rad/s 0,25 M m 0,5 đ (2) Từ (1) (2) ta tìm A = cm,  = /2 4.0 đ - Phương trình dao động: x = 2cos(20t + /2)(cm) 0,5 đ b Xác định thời gian ngắn nhất: 0,5 đ - Lực tác dụng vào mối hàn lực kéo hệ vật (M + m) dao động với x > 0,5 đ - Lực tác dụng vào mối hàn lực đàn hồi y lị xo Fđ = k x = kx - Mối hàn bật Fđ  1N  kx  1N x’ -2 B  x  0,01m = cm - Thời gian ngắn từ lò xo bị nén cực đại cho O P 0,5 đ  tới mối hàn bị bật thời gian vật chuyển động x N từ B đến P ( xP = cm) Sử dụng hình chiếu chuyển động tròn ta xác định được: tmin = T/3 = /30 (s) - Rơ to có cực, nên số cặp cực từ p = 2, 0,25 đ Khi n2  1500 (vịng/phút) tần số dịng điện: f  3.0 đ 0,5 đ n2 p 1500.2   50 Hz 60 60  2  2 f  314 (rad/s) - 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 ThuVienDeThi.com 0,25 đ 0,25 đ - Với vận tốc quay rơto n vịng/phút hiệu điện hiệu dụng xác định cách NBS 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 - 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) 0,5 đ 0,5 đ 0,5 đ I 0,5 đ n2  1500 v/ph: I  K (1500)  0, 628 A I  150  I    I1   0, 00628 A   I  1500  100 100 - Đồ thị I = K n nhánh parabol có dạng hình vẽ 3.0 đ 0,25 đ a) - Sóng mặt nước coi gần sóng ngang, gợn sóng vòng tròn đồng tâm cách bước sóng Vậy :   2,5 cm  v   f = 100cm/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 dài W 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 K ka2 suy ka   a2  ; đặt K  a  2 k 2 d 2 k d d K - Với d  d A  0,1 cm a A  cm, ta có : 32  0,1 dM K M O - tương tự M cách O khoảng d a  dA A dM - Kết hợp lại ta có: 0,5 đ 0,5 đ 0,25 đ 0,5 đ 0,25 đ 0,5 đ 0,1 0,1 0,95 a cm  (cm) (biên độ sóng M) a3    dM dM dM 3 ThuVienDeThi.com 0,5 đ a) - Vẽ hình : 4.0 đ 3.0 đ 1,0 đ Lăng kính có góc chiết quang nhỏ nên góc lệch : D = A(n – 1), đáy mỏng nên B I gần - S ,S nguồn kết hợp (ảo), từ hình vẽ S S = a, ta có : a = S1S = 2d tanD  2d(n – 1)A (góc nhỏ: tanD  D( rad) ) a 1,8.103 Thay số  d =   0, m = 40 cm 2(n  1) A 2(1,5  1).15.3.104 b) - Khoảng cách từ hai nguồn đến D  d + d/  i  D a   (d  d ' ) a - Bề rộng miền giao thoa L, từ hình vẽ có : L d' d'  La a d d theo đầu L = 10i 0, d   0, 645 m = 64,5 cm  d'  (1,8.103 ) a 1 1 10 d 10.0,5.106.0, d' 0, 645 - L = a  1,8.103  2,9.103 m = 2,9 mm, mà L = 10i  i  0, 29mm d 0, c) - Ánh sáng tử ngoại gần xạ không trông thấy gây tượng giao thoa Để quan sát tượng đó, người ta dùng máy ảnh với phim đen trắng chụp ảnh miền giao thoa in giấy ảnh kết vân sáng ứng với vạch tối ảnh - Với 15 vạch tối đếm được, ta có 14 khoảng vân i Vì a D khơng đổi, chiết suất n coi không đổi, nên ta có: 10  14 '   '  0,357  m a) Ta có 931MeV c E  (mU  mn  mMo  mLa  2mn )c  (234,99  94,88  138,87  1, 01) c2 = 214,13 MeV = 214,13 1,6.10 – 13 = 342,608.10 – 13 J  3,43.10 – 11 J m 6, 023.1023 hạt b) - Trong 1g U235 có số hạt U235 : N  N A  235 A - Năng lượng toả 1g U235 phân hạch hết : E  N E  6, 023.1023.3, 43.1011  8, 79.1010 J 235 8, 79.1010  2, 44.104 J - Lượng lượng K (kWh) : K  3, 6.106 - Lượng than cần đốt để thu lượng lượng kể : E 8, 79.1010 m   3.103 kg q 2,93.10 c) - Sự cố số lò phản ứng hạt nhân nhà máy điện nguyên tử Fukushima thảm hoạ động đất sóng thần dấy 5lên mối lo ngại chung rị rỉ phóng xạ Tuy nhiên điều đáng lo ngại có liên quanThuVienDeThi.com đến tượng phân hạch hạt nhân không hạ nhiệt độ lị nhiên liệu có chứa U235 làm giàu tan chảy 0,5 đ 0,5 đ 0,25 đ 0,25 đ 0,25 đ 0,5 đ 0,25 đ 0,5 đ 1,0 đ 0,25 đ 0,25 đ 0,25 đ 0, đ 0,5 đ Chọn mốc O 3.0 đ uur Fy ur F uur Fx O an G ur P - Bảo tồn cho vị trí ban đầu vị trí nằm ngang : I L g sin  mg sin       (1) 2 L - Phương trình chuyển động quay quanh O qua vị trí nằm ngang: L mL2 3g    M P  I 0  mg  (2) 2L L g sin  L g sin  - Gia tốc pháp tuyến khối tâm thanh: an     (3) 2 L L 3g L 3g - Gia tốc tiếp tuyến khối tâm thanh: at     (4) 2L 3g sin  - Lực tác dụng lên theo Ox là: Fx  man  m 3mg mg  mg    tức Fy - Lực tác dụng lên theo Oy là: Fy  mat  mg  4 hướng lên - Vậy lực tác dụng lên trục quay là: F  Fx  F y Hay độ lớn: F  F x2  F y2  mg sin   16 Fy mg - Góc hợp lực F với phương ngang: tan     Fx 3mg sin  6sin  Lưu ý: - Học sinh giải theo cách khác kết cho điểm tối đa - Thiếu đơn vị lần trừ 0,25 điểm, toàn thiếu sai đơn vị trừ không điểm - Điểm thi tổng điểm câu khơng làm trịn ThuVienDeThi.com 0,5 đ 0,5 đ 0,25 đ 0,25 đ 0,25 đ 0,25 đ 0,5 đ 0,5 đ ... ………………… (Học sinh không sử dụng tài liệu Giám thị không giải thích thêm) ThuVienDeThi.com α UBND TỈNH BẮC NINH SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2015... NĂM HỌC 2015 – 2016 Môn thi: Vật lý - Lớp 12 Chuyên Ngày thi : 24/03/ 2016 ĐỀ CHÍNH THỨC -// - Câu Nội dung a Viết phương trình dao động: Điểm - Gọi v vận tốc hệ vật sau va chạm, sử dụng...  Lưu ý: - Học sinh giải theo cách khác kết cho điểm tối đa - Thi? ??u đơn vị lần trừ 0,25 điểm, toàn thi? ??u sai đơn vị trừ không điểm - Điểm thi tổng điểm câu khơng làm trịn ThuVienDeThi.com 0,5