SỞ GD&ĐT QUẢNG BÌNH KỲ THI CHỌN HSG TỈNH NĂM HỌC 2015 - 2016 ĐỀ THI CHÍNH THỨC Khóa ngày 23/03/2016 Mơn: VẬT LÍ Họ tên:………………… LỚP 12 THPT Số báo danh:……………… Thời gian làm bài: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Đề gồm có 02 trang Cho điện tích, khối lượng electron e = -1,6.10 -19C, m = 9,1.10-31kg, vận tốc ánh sáng chân không c = 3.108 m/s, số Plăng h = 6,625.10-34 J.s Câu (2,0 điểm) m Một lắc lị xo gồm vật nặng có khối lượng M 300 g , lị xo nhẹ có độ cứng h k 200 N / m Khi M vị trí cân thả nhẹ vật m 200 g rơi từ độ M cao h 3, 75cm so với M hình Coi va chạm m M hoàn toàn k mềm Sau va chạm, hệ M m bắt đầu dao động điều hòa Lấy g 10m / s Bỏ qua ma sát lực cản mơi trường a, Viết phương trình dao động hệ (M + m) Chọn gốc thời gian lúc va Hình1 chạm, trục tọa độ Ox thẳng đứng hướng lên, gốc O vị trí cân hệ sau va chạm b, Tính biên độ dao động cực đại hệ vật để trình dao động vật m không rời khỏi M Câu (2,0 điểm) Cho mạch điện có sơ đồ hình Cuộn dây cảm có độ tự cảm L thay đổi Tụ điện C có dung kháng lớn gấp lần điện trở R Vơn kế có điện trở lớn Đặt Hình vào hai đầu A, B đoạn mạch hiệu điện thế: u 200 sin 100t (V ) a, Biết R 40 Tính L để số vôn kế cực đại Viết biểu thức u AM b, Khi độ tự cảm cuộn dây có giá trị L L1 vơn kế U1 dòng điện mạch sớm pha góc so với u Cịn độ tự cảm cuộn dây có giá trị L L2 2L1 vơn U1 dịng điện mạch trễ pha góc so với u Hãy tính , viết kế U biểu thức u AM ứng với trường hợp L L2 Câu (1,0 điểm) Chiếu xạ điện từ có bước sóng 0,546 m lên mặt kim loại dùng làm catôt tế bào quang điện, thu dòng quang điện bão hòa với cường độ 2mA Biết công suất xạ điện từ P = 1,515W a, Tính hiệu suất lượng tử hiệu ứng quang điện b, Dùng chắn tách chùm hẹp quang electron cực đại lúc bắn từ catôt hướng chúng vào từ trường có cảm ứng từ B vng góc với véc tơ vận tốc có độ lớn B = 10 -4T quỹ đạo electron đường trịn có bán kính R=2,332cm Tính giới hạn quang điện kim loại làm catơt Câu (1,0 điểm) Thí nghiệm giao thoa I - Âng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,75 m, khoảng cách hai khe S1,S2 1mm Màn quan sát E nhỏ gắn với lị xo dao động điều hịa theo phương ngang với chu kì T = 4,5s hình Ban đầu vị trí lị xo khơng bị biến dạng, cách mặt phẳng chứa hai khe Hình đoạn 2m Sau kéo khỏi vị trí ban đầu khoảng 20cm theo phương vng góc hướng xa mặt phẳng chứa khe, thả nhẹ cho dao động điều hịa Tìm khoảng thời gian kể từ thả đến điểm M cách vân trung đoạn 9,45mm thuộc vân sáng bậc lần thứ 2016 Câu (2,0 điểm) Hai nguồn sóng kết hợp S1, S2 mặt nước cách 20cm dao động pha, biên độ, theo phương vng góc với mặt nước Vận tốc truyền sóng v = 1,5m/s M điểm mặt nước có sóng truyền đến cách S 1, S2 16cm, 25cm điểm dao động với biên độ cực đại đoạn MS có số điểm dao động cực đại nhiều đoạn MS1 điểm a, Tính tần số sóng ' b, Xét điểm S đường thẳng S1S2 cách S1, S2 30cm, 10cm Hỏi đoạn S S 2' có điểm đặt nguồn S2 để điểm M dao động với biên độ cực đại Câu (1,0 điểm) Cho mạch dao động LC lí tưởng có điện tích cực đại Q = 5.10-6C, có tần số dao động f1, f2 f3 Biết thời điểm, điện tích dịng điện mạch dao động liên hệ với biểu thức q1 q2 q3 Tại thời điểm t, điện tích i1 i2 i3 tụ mạch dao động q = 3.10-6C, q2 = 2.10-6C q3 Tính điện tích q3 Câu (1,0 điểm) Một nguồn sáng có cơng suất 2W, phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,597 m tỏa theo hướng Hãy tính khoảng cách xa mà người cịn nhìn thấy nguồn sáng Biết rằng, mắt cảm nhận ánh sáng có 10 phơtơn lọt vào mắt 0,05s Biết diện tích mắt 4 mm2 Bỏ hấp thụ ánh sáng khí ĐÁP ÁN ĐỀ THI HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 12 Câu Nội dung a Vận tốc m trước va chạm: Điểm v gh 50 3cm / s 86, 6cm / s Do va chạm hồn tồn khơng đàn hồi nên sau va chạm hai vật có vận tốc V mv ( M m)V V mv 20 3cm / s 34, 6cm / s M m Tần số dao động hệ: bị nén thêm đoạn: x0 0,25 K 20rad / s Khi có thêm m lị xo M m mg 1cm Vậy VTCB hệ nằm K 0,25 VTCB ban đầu đoạn 1cm Tính A: A x 20 V2 (cm) 2 0,25 1 2cos rad 2.20sin Tại t = ta có: Vậy: x 2cos 20t cm 0,25 b, Phản lực M lên m N thỏa mãn: uu r ur r N mg ma N mg ma m x 0,25 0,25 2 N mg m x N mg m A Để m không rời khỏi M N A 0,546 m g Vậy 2 0,5 a Số vơn kế u AM I R Z C2 Để u AM cực đại I phải cực đại nên đoạn mạch xãy tượng cộng 3R 0,38( H ) 100 0,25 hưởng Z L Z C L Khi có cộng hưởng i pha với u, u AM trễ pha u góc 1,25rad U AM I U R Z C2 R Z C2 U 10 1000 (V ) R u AM 1000 sin(100t 1,25)(V ) 0,25 0,25 0,25 b Z C 3R C + Khi L L1 , ta có: U1 I1 R Z C2 I1R 10 tan I1 (1) L1 3 R (2) U (3) R ( L1 3R ) 0,25 + Khi L L2 2L1 , ta có: Z L 2 Z L1 U I R Z C2 I R 10 tan I2 (4) L1 3 R (5) U R (2 L1 3R ) 0,25 (6) U1 I , từ (1) (4), ta có: I (7) 2 Theo U Từ (2), (6) (7), ta có: L1 5R (8) Thay (8) vào (3) (5), ta có: 0,46rad , 1,11rad 0,25 + Xét trường hợp L L2 2L1 u AM trễ pha i góc 1,25rad nên u AM trễ pha u góc 2,36rad U AM I R Z C2 U0 R ( L1 Z C ) R Z C2 200 10 (V ) u AM 200 10 sin(100t 2,36)(V ) a Hiệu suất lượng tử: Ihc 3.10 0,3% eP 0,25 0,5 b Giới hạn quang điện Tính v0 max e BR 4,1.105 m / s m hc 0,690 m hc mv02max Tính Giả sử điểm M thuộc vân sáng bậc có ly độ x ( góc tọa độ 0 0,25 0,25 chọn VTCB, chiều dương chiều kéo màn), khoảng cách từ đến khe: D’ = D + x = 2000 + x (mm), Ta có xM D' (2000 x ) a.xM 6 x 2000 100mm=10cm a a 6 0,5 Vì thả nhẹ nên biên độ dao động A= 20cm Vậy thời gian kể từ thả vật đến qua x = 10cm = A/2 lần thứ 2016 t 1007T 5T 4527, 75s 0,5 a Lấy M’ đối xứng với M qua đường trung trực S 1S2 Vẽ đường cực đại cắt MS2 tại M’’ Như vậy, số điểm cực đại M’’S số điểm cực đại MS1, số cực đại MM’’ số cực đại mà MS nhiều MS1 (nhiều điểm ) Từ hình vẽ ta thấy M thuộc cực đại 0,5 k=3 Đặt: MS1 = d1; MS2 = d2 0,25 ta có: d d1 k 25 16 3. 3cm tần số sóng: f v 1,5 50 Hz 0, 03 0,25 b Theo định lí hàm số cosin cho tam giác MS 1S2 tam giác MS1S’2 ta có cos d12 ( S1S )2 d 22 d12 ( S1S 2' )2 ( MS2' )2 MS 2' 33,3cm ' 2.d1.S1S2 2.d1.S1S 0,25 Gọi M thuộc vân cực đại bậc k nguồn S dịch chuyển Gọi d’2 khoảng cách từ M tới S’2 trình S2 dịch chuyển Ta có: d 2' d1 k d 2' d1 k 16 3.k Vì MS2 d 2' MS2' 25 d 2' 33,3 25 16 3.k 33,3 k 5,8 0,5 Vì k số nguyên, nên k = (3, 4, 5) Nhưng k = nguồn S2 Suy ra, trình S2 dịch chuyển M chuyển thành điểm dao động cực đại 0,25 lần q Qo cos(t ) Trong mạch dao động ta có: i q ' Qo sin(t ) i ' Qo cos(t ) q Vì mạch dao động i vuông pha với q nên ta có: i2 q2 i2 q2 i q 2 Qo2 I o2 2 2 I o Qo Qo Qo q i Ta có đạo hàm của: ( ) ' Mà I q 'i i ' q i q 2 i i i 2 0,25 o I o2 Qo2 i2 q2 I o2 Qo2 i Qo2 q Qo2 q Vậy đạo hàm của: ( ) ' 2 i Qo q Từ phương trình tốn cho : phương trình, ta có: q1 q2 q3 Ta đạo hàm vế i1 i2 i3 0,25 q Q2 Q2 Q2 q q ( ) ' ( ) ' ( ) ' o o o i1 i2 i3 Qo q1 Qo q2 Qo q3 0,5 Thay giá trị Qo; q1; q2; vào phương trình trên, ta tìm q = 4.10-6 (C) Cường độ chùm sáng điểm đặt mắt cách nguồn sáng khoảng R I P P S 4 R Năng lượng chùm sáng truyền đến mắt giây W I s P P 4 10 10 4R R Số phôtôn lọt vào mắt giây W P N0 10 hcR 0,5 Số photon lọt vào mắt thời gian t =0,05 s N N1 t Pt 10 hcR Điều kiện để mắt nhìn thấy nguồn sáng N Pt Pt 10 10 R 10 =173,313(Km) hcR hc 0,5 Ghi chú: Phần thí sinh làm theo cách khác cho điểm tối đa phần Khơng viết cơng thức mà viết trực tiếp số đại lượng, cho điểm tối đa Ghi công thức mà: - Thay số tính tốn sai cho nửa số điểm câu - Thay số từ kết sai ý trước dẫn đến sai cho nửa số điểm ý Nếu sai thiếu đơn vị lần trở lên trừ 1,0 điểm Điểm tồn làm trịn đến 0,25 điểm ... catôt tế bào quang điện, thu dòng quang điện bão hòa với cường độ 2mA Biết công suất xạ điện từ P = 1,515W a, Tính hiệu suất lượng tử hiệu ứng quang điện b, Dùng chắn tách chùm hẹp quang electron... phôtôn lọt vào mắt 0,05s Biết diện tích mắt 4 mm2 Bỏ hấp thụ ánh sáng khí ĐÁP ÁN ĐỀ THI HSG MÔN VẬT LÝ LỚP 12 Câu Nội dung a Vận tốc m trước va chạm: Điểm v gh 50 3cm / s 86, 6cm / s Do... 3.10 0,3% eP 0,25 0,5 b Giới hạn quang điện Tính v0 max e BR 4,1.105 m / s m hc 0,690 m hc mv02max Tính Giả sử điểm M thuộc vân sáng bậc có ly độ x ( góc tọa độ 0 0,25 0,25 chọn