Đề Olympic trại hè Hùng Vương Vật lí lớp 12 (Có đáp án)13261

ĐỀ OLYMPIC TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG – PHÚ THỌ - MÔN VẬT LÝ (Thời gian làm 180 phút) Câu 1: Có g khí Heli (coi khí lý tưởng đơn nguyên tử) thực chu trình – – – – biểu diễn giản đồ P-T hình Cho P0 = 105Pa; T0 = 300K P 1) Tìm thể tích khí trạng thái 2) Hãy nói rõ chu trình gồm đẳng q trình Vẽ lại 2P0 chu trình giản đồ P-V giản đồ V-T (cần ghi rõ giá trị số chiều biến đổi chu trình) P0 3) Tính cơng mà khí thực giai đoạn chu trình T Câu 2: T0 2T0 Hai vật có khối lượng m nối lò xo đặt mặt bàn nằm ngang Hệ số ma sát vật với mặt bàn  Ban Hình đầu lị xo không biến dạng Vật nằm sát tường 1) Tác dụng lực không đổi F hướng theo phương ngang đặt vào vật hướng dọc theo trục lò xo xa tường (hình 2a) Sử dụng định luật bảo tồn năntg lượng, k tìm điều kiện độ lớn lực F để vật di chuyển được? F 2) Không tác dụng lực mà truyền cho vật vận tốc v0 hướng phía tường (hình 2b) Độ cứng lị xo k Hình 2a a) Tìm độ nén cực đại x1 lò xo v0 b) Sau đạt độ nén cực đại, vật chuyển động ngược lại k làm lị xo bị giãn Biết vật khơng chuyển động Tính độ giãn cực đại x2 lò xo c) Hỏi phải truyền cho vật vận tốc v0 tối thiểu Hình 2b để vật bị lò xo kéo khỏi tường? Câu 3: Một đồng chất có khối lượng m quay tự xung quanh trục nằm ngang qua đầu Nâng để có phương thẳng đứng thả nhẹ đổ xuống quay quanh trục Cho momen quán tính đồng chất có khối lượng m, chiều dài L trục qua đầu vng góc với I = mL2/3 Tại thời điểm có phương ngang, tìm: 1) Tốc độ góc gia tốc góc 2) Các thành phần lực theo phương ngang theo phương thẳng đứng mà trục quay tác dụng lên Câu 4: Một xylanh đặt thẳng đứng, bịt kín hai đầu, chia làm hai phần pittông nặng cách nhiệt Cả hai bên pittông chứa lượng khí lý tưởng Ban đầu nhiệt độ khí hai phần thể tích phần khí pittơng gấp n = lần thể tích khí phần pittơng Hỏi nhiệt độ khí phần pittơng giữ khơng đổi cần phải tăng nhiệt độ khí phần pittơng lên lần để thể tích khí phần pittơng gấp n = lần thể tích khí phần pittơng ? Bỏ qua ma sát pittông xylanh HẾT ThuVienDeThi.com ĐÁP ÁN Câu 1: a) Q trình – có P tỷ lệ thuận với T nên q trình đẳng tích, thể tích trạng thái nhau: V1 = V4 Sử dụng phương trình C-M trạng thái ta có: P1 V1  m RT1 m RT1 , suy ra: V1   P1  Thay số: m = 1g;  = 4g/mol; R = 8,31 J/(mol.K); T1 = 300K P1 = 2.105 Pa ta được: V1  8,31.300  3,12.10 3 m 2.10 b) Từ hình vẽ ta xác định chu trình gồm đẳng trình sau: – đẳng áp; – đẳng nhiệt; – đẳng áp; – đẳng tích Vì vẽ lại chu trình giản đồ P-V (hình a) giản đồ V-T (hình b) sau: V(l) P(105Pa) 2 6,24 3,12 3,12 6,24 12,48 12,48 V(l) T(K) 150 300 600 Hình b Hình a c) Để tính cơng, trước hết sử dụng phương trình trạng thái ta tính thể tích: V2 = 2V1 = 6,24.10 – m3; V3 = 2V2 = 12,48.10 – m3 Cơng mà khí thực giai đoạn: A12  p1 ( V2  V1 )  2.105 (6,24.10 3  3,12.10 3 )  6,24.10 J A23  p2 V2 ln V3  2.105.6,24.10 3 ln  8,65.10 J V2 A34  p3 ( V4  V3 )  105 (3,12.10 3  12, 48.10 3 )  9,36.10 J A41  trình đẳng áp Câu 2: Để vật dịch chuyển lị xo cần giãn đoạn là: x  ThuVienDeThi.com mg k Lực F nhỏ cần tìm ứng với trường hợp lò xo giãn đoạn x vận tốc vật giảm Cơng lực F q trình viết tổng công ma sát lò xo: F x  kx  mg x Vậy: F  mg 2 Truyền cho vật vận tốc v0 phía tường a, Bảo toàn năng: 2 mv kx   mgx 2  x1  2mg m x1  v  k k 2 mg  mg  mv0 Nghiệm dương phương trình là: x1       k k  k  b, Gọi x2 độ giãn cực đại lò xo: kx kx  mg( x  x )  2 2 2 2mg  mg  mv0 3mg   x2  x1    k  k k  k  c, Để vật bị kéo khỏi tường lị xo phải giãn đoạn x3 cho: kx  mg (1) Vận tốc v0 nhỏ ứng với trường hợp lò xo bị giãn x3 vật dừng lại Phương trình bảo tồn lượng: - Cho q trình lị xo bị nén x1: 2 mv kx   mgx 2 - (2) Cho q trình lị xo chuyển từ nén x1 sang giãn x3: kx kx  mg( x  x )  2 Từ (3)  x x  (3) 2mg k Kết hợp với (1), ta được: x  3mg 15m Thay vào (2), ta được: v0  g k k Câu 3: 1) Theo định luật bảo toàn năng: mg L 3g  I Thay I  mL2 ta thu tốc độ góc thanh:   2 L ThuVienDeThi.com Các lực tác dụng lên gồm trọng lực P lực N mà lực mà trục quay tác dụng lên Mômen lực N trục quay nên định luật II Niutơn cho chuyển động quay quanh trục O có dạng: L M P  I Thay I  mL2 M P  mg ta gia tốc góc 3g 2L 2) Theo định II Niutơn cho chuyển động tịnh tiến: ฀ ฀ ฀ P  N  ma (1) thanh:   Ny O N Nx P Chiếu phương trình (1) lên phương ngang: L Thay giá trị tốc độ góc tìm phần vào ta tìm thành phần nằm ngang lực mà trục quay tác dụng lên thanh: N x  ma x  ma n  m Nx  3mg / Chiếu phương trình (1) lên phương thẳng đứng: L Thay giá trị gia tốc góc tìm phần vào ta tìm thành phần thẳng đứng lực mà trục quay tác dụng lên thanh: P  N y  ma y  mat  m Ny  mg / Câu 4: Lượng khí phần xylanh nên: ' ' ' PV P V P V P V m R  1  2  1  2  T1 T1 T1 T2 V1, P1 V1’, P1’ ' Vì V1  nV2 nên P2  nP1 V2, P2 Theo giả thiết: V1'  V2' / n , suy ra: T2 P'  n 2' T1 P1 Để tính P2 P1 ' (1) ' ta dựa vào nhận xét sau: Hiệu áp lực hai phần khí lên pittơng trọng lượng Mg pittông: (P2  P1 )S  Mg  (P2  P1 )S ' ' P2'  P1'  P2  P1  (n  1)P1 P2'  P1'  (n  1)P1 (2) Từ phương trình trạng thái khí lí tưởng phần pittơng: ThuVienDeThi.com V2’, P2’ ' P1V1 = P1’V1’ V  P1  P1 V1 ' Thay vào (2), ta suy ra: P2' V1'   (n  1) P1' V1 (3) ' V Để tìm ta ý tổng thể tích phần khí khơng đổi: V1 V1+V2 = V1’+V2’ V V1   V1'  nV1' n Thay vào (3) ta được:  V1'  V1 n P2' 2n    (n  1)  ' P1 n n T2 P2'  n '  2n   Thay vào (1) ta có kết quả: T1 P1 ThuVienDeThi.com ... 2 6,24 3 ,12 3 ,12 6,24 12, 48 12, 48 V(l) T(K) 150 300 600 Hình b Hình a c) Để tính cơng, trước hết sử dụng phương trình trạng thái ta tính thể tích: V2 = 2V1 = 6,24.10 – m3; V3 = 2V2 = 12, 48.10... thực giai đoạn: A12  p1 ( V2  V1 )  2.105 (6,24.10 3  3 ,12. 10 3 )  6,24.10 J A23  p2 V2 ln V3  2.105.6,24.10 3 ln  8,65.10 J V2 A34  p3 ( V4  V3 )  105 (3 ,12. 10 3  12, 48.10 3 )... A41  trình đẳng áp Câu 2: Để vật dịch chuyển lị xo cần giãn đoạn là: x  ThuVienDeThi.com mg k Lực F nhỏ cần tìm ứng với trường hợp lị xo giãn đoạn x vận tốc vật giảm Cơng lực F q trình viết