Vat Ly THPT SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ CHÍNH THỨC KỲ THI CHỌN SINH GIỎI TỈNH NĂM HỌC 2011 2012 Môn VẬT LÍ 12 THPT Thời gian làm bài 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi 10/11/2011 (Đề thi gồm[.]
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ CHÍNH THỨC KỲ THI CHỌN SINH GIỎI TỈNH NĂM HỌC 2011-2012 Môn: VẬT LÍ 12 - THPT Thời gian làm bài: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi: 10/11/2011 (Đề thi gồm 02 trang) Bài 1: (4,0 điểm) Có số dụng cụ gồm cầu nhỏ có khối lượng m, lị xo nhẹ có độ cứng k cứng nhẹ OB có chiều dài l 1) Ghép lò xo với cầu để tạo thành lắc lò xo treo thẳng đứng hình vẽ (H.1) Kích thích cho lắc dao động điều hoà với biên độ A = 2cm Tại thời điểm ban đầu cầu có vận tốc v 20 3cm / s gia(H.1 tốc) a = - 4m/s2 Hãy tính chu kì pha ban đầu dao động 2) Quả cầu, lò xo OB ghép với tạo thành hệ O hình vẽ (H.2) Thanh nhẹ OB treo thẳng đứng Con lắc lò xo nằm ngang có cầu l vị trí nối với Ở vị trí cân cầu lị xo khơng bị biến dạng Từ cân kéo cầu mặt phẳng chứa lò xo để OB nghiêng với phương thẳng đứng góc α0 < 100 buông không vận tốc đầu B Bỏ qua ma sát lực cản Chứng minh cầu dao động điều hoà Cho biết: l = 25cm, (H.2) m = 100g, g = 10m/s2 Tính chu kỳ dao động cầu V(dm ) Bài 2: (2,0 điểm) Một mol khí lí tưởng thực chu trình - - - hình vẽ (H.3) Cho biết : T1 = T2 = 360K ; T3 = T4 = 180K ; V1 =36dm3; V3 = 9dm3 Cho số khí lý tưởng R = 8,31 J/mol.K 1) Tìm áp suất p trạng thái 1, 2, 3, 2) Vẽ đồ thị p-V chu trình Bài 3: (3,0 điểm) 36 180 (H.3) A Một đồng chất BC tựa vào tường thẳng đứng Bα nhờ dây AC dài L hợp với tường góc α hình (H.4) Biết BC có độ dài d Hỏi hệ số ma sát giữa tường phải thỏa điều kiện để cân bằng? L C d B Bài 4: (4,0 điểm) Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ (H.5) Cho biết: R1= 16Ω ; R2 = R3 = 24Ω, R4 biến trở Bỏ qua điện trở dây nối Đặt vào hai đầu A, B mạch điện điện áp UAB = 48V T(K) 360 (H.4) R1 A C R2 R3 R4 D (H.5) http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word B 1) Mắc vào hai điểm C, D mạch vơn kế có điện trở lớn a) Điều chỉnh biến trở để R = 20Ω Tìm số vôn kế Cho biết cực dương vôn kế phải mắc vào điểm nào? b) Điều chỉnh biến trở vơn kế số Tìm hệ thức giữa điện trở R1, R2, R3, R4 tính R4 2) Thay vơn kế ampe kế có điện trở R A= 12Ω Điều chỉnh biến trở để R = 24Ω Tìm điện trở tương đương mạch AB, cường độ dòng điện qua điện trở số ampe kế Chỉ rõ chiều dòng điện Bài 5: (2,0 điểm) Cho mạch dao động gồm tụ điện cuộnK dây nối với pin có điện trở r qua khóa điện hình vẽ (H.6) Ban đầu khóa K đóng Khi dịng điện ởn L định, người ta ngắt khóa khung có dao động điện với tần (E,r)n lần số f Biết điện áp cực đại giữa hai tụ điện lớn gấp suất điện động E pin Bỏ qua điện trở dây nối cuộn dây Hãy tính điện dung hệ số tự cảm cuộn(H.6) dây C Bài 6: (3,0 điểm) Một điểm sáng S đặt trục thấu kính hội tụ L có tiêu cự f1=24cm Sau thấu kính, người ta đặt E vng góc với trục thấu kính thu ảnh rõ nét S 1) Để khoảng cách giữa vật nhỏ vật phải đặt cách thấu kính khoảng bao nhiêu? 2) Người ta đặt thấu kính L phía sau trục với L cách L1 khoảng 18cm Trên E lúc có vết sáng hình trịn Hãy tính tiêu cự thấu kính L vẽ hình trường hợp sau: a) Khi tịnh tiến E dọc theo trục hệ thấu kính vết sáng có đường kính khơng thay đởi b) Khi tịnh tiến xa hệ thấu kính thêm 10cm vết sáng có đường kính tăng gấp đơi Bài 7: (2,0 điểm) Cho số dụng cụ: Bộ dụng cụ điện phân, nguồn điện, cân có cân, ampe kế, đồng hồ bấm giây, dây nối có điện trở không đáng kể Hãy thiết lập cách bố trí thí nghiệm, trình bày phương án tiến hành thí nghiệm tìm cơng thức để xác định độ lớn điện tích nguyên tố HẾT -Thí sinh khơng sử dụng tài liệu Giám thị khơng giải thích thêm Họ tên thí sinh………………… .………….… Số báo danh………… http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH NĂM HỌC 2011-2012 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN : VẬT LÝ 12-THPT -(Gồm 06 trang) I SƠ LƯỢC ĐÁP ÁN VÀ BIỂU ĐIỂM : Bài 1: (4,00 điểm) 1) Chu kì pha ban đầu dao động (2,00 điểm): a2 v2 1 A2 v 2 a 0 (1) 0,25 đ 2 A A Đặt X = ω2, thay giá trị v0 a0 ta đến phương trình bậc hai: 4X2 – 1200X – 160000 = (2) 0,25 đ X2 – 300X – 40000 = 300 500 x1,2 Phương trình cho nghiệm: (3) 0,25 đ Chọn nghiệm thích hợp: X = 400 ω2 = 400 ω = 20(rad/s) 2 2 (s) Vậy chu kì dao động: T (4) 0,25 đ 20 10 - Pha ban đầu: Tại t = 0, ta có: v0 = -Aωsinφ = 20 3cm / s (2) a0 = -Aω2coφ = - 4m/s2 = -400cm/s2 (5) 0,50 đ a 400 ; Từ (3): cos A 2.400 Từ (2): chọn (rad ) (6) 0,50 đ 2) Hệ dao động điều hòa - Chu kỳ: (2,00 điểm) Tại thời điểm t, cầu có toạ độ x vận tốc v, treo OB có góc lệch α so với phương thẳng đứng Biểu thức năng toàn phần hệ: - Chu kỳ: Ta có hệ thức: mv kx E Ed Et1 Et mgh 2 Chọn gốc VTCB: Et Et mgh mgl (1 cos ) mgl (7) 2 (8) 0,50 đ (9) 0,50 đ x mg x Do nên Et l 2l Cơ toàn phần hệ: mv kx mg x co n s t 2 2l Lấy đạo hàm bậc E theo thời gian: mg Et ' mvv ' kxx ' x ' 0 l E Et1 Et Ed http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word k g Vì v = x’, v’ = x’’ nên : x '' x 0 hay x " + x = m l Vậy cầu dao động điều hoà với tần số góc: k g m l (10) (11) 0,50 đ (12) 0,50 đ k = mω2 = 0,1.400 = 40N/m - Ta lại có: Vậy: k g 40 10 440( rad / s) m l 0,1 0, 25 Chu kì dao động: T 2 2 0,3s 440 Bài 2: (2,00 điểm) 1) Nhận xét rút được kết luận: Các trình 4-1 2-3 đẳng áp V tỉ lệ với T; Các trình 1-2 3-4 đẳng nhiệt (1) 0,50 đ Ta có: T1 = 2T4 T2 = 2T3 (2) 0,25 đ p(105Pa ) 1,6 0,8 V 36 nên: V4 18dm 2 V2 2V3 18dm3 V4 p1 p (3) 0,25 đ RT1 8,31.360 0,83.105 Pa V1 0, 036 0,25 đ p p3 18 (H.2) Bài 3: (3,00 điểm) 36 V(dm3) RT2 8,31.360 1, 662.105 Pa 0,25 đ V2 0, 018 2) Đồ thị p-V được vẽ hình (H.2) 0,50 đ A α L C Phản lực tường phân tích: Q = N + fms (1) Đặt AB=h ABC = ; trọng lượng thanhBC : P = mg;fmsHệ quy chiếu d Bxy Khi hệ cân ta có: P + T + N + fms = (2) N B Bx: N = T sinα (3) By: fms = mg - T cosα (4) Cân momen trục quay B: d d sin P .sin T h.sin T mg (5) 2h.sin Áp dụng định lý hàm sin tam giác ABC: d L h d sin( ) h (6) sin sin sin( ) sin mg.d sin mg.sin sin N Từ (5), (6) (3) : T (7) 2sin( ) 2sin( ) 0,50 đ 0,25 đ 0,50 đ http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word cos sin f ms mg (8) 2sin( ) Để có cân phải có ma sát nghỉ fms ≤ k.N ; với k hệ số ma sát Từ (4) : Từ (4) : Hay : Từ (4): mg.cos sin mg.sin sin mg k 2sin( ) 2sin( ) 2.sin cos sin cos k sin sin tan tan sin Từ (10) : L.sin d L2 sin cos d d (10) 0,25 đ 0,50 đ (1) UAC = I13.R1 = 1,2.16 = 19,2V (2) U AB 48 1, 09 A R2 R4 24 20 UAD = I24.R2 = 1,09.24 ≈ 26,2V UDC = UAD – UAC = 26,2 – 19,2 = 7V Cực dương phải mắc vào điểm D Dòng điện qua R2 R4: I 24 B 0,50 đ (12) Bài 4: (4,00 điểm) 1) Số chỉ vôn kế, cách mắc vôn kế (1,50 điểm) Nếu hai điểm C, D mắc vơn kế có điện trở lớn: a) Điều chỉnh biến trở để R4 = 20Ω U AB 48 1, A Dòng điện qua R1 R3: I13 R1 R3 16 24 A (9) (11) d L2 sin k L.sin tan Vôn kế chỉ: 0,50 đ (3) 0,50 đ (4) 0,50 đ b) Điều chỉnh biến trở để vôn kế nên: UDC = Vậy: U AD = U AC I 24 R2 I13 R1 (5) R U AB U R R1 R3 C R2 AB R1 Hay: R2 R4 R1 R3 R2 R1 R2 R4 B R R 24.24 R4 36 (7) D R1 16 B (6) 0,25 đ 0,25 đ (H.5) 2) Điện trở tương đương, số chỉ ampe kế, giá trị các cường độ dòng điện, chiều dòng điện (2,50 điểm) Khi thay vôn kế ampe kế có RA = 12Ω cho R = 24Ω, ta có mạch cầu khơng cân Thay mạch sơ đồ mạch tương đương sử dụng chuyển mạch tam giác R 1, R2, RA thành mạch - Điện trở RAO, RCO, RDO là: R1 R2 16.24 R3 RCO RAO 7,3846 (8) C RAO R1 R2 RA 16 24 12 A O RDO R4 D B B – tài liệu file word http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi B (H.5a) RCO R1 RA 16.12 3,6923 R1 R2 RA 16 24 12 (9) RDO RA R2 12.24 5,5385 R1 R2 RA 16 24 12 (10) Điện trở: ROCB = RCO + R3 = 3,6923Ω + 24Ω = 27,6923Ω RODB = RDO + R4 = 5,5385Ω + 24Ω = 29,5385Ω Điện trở đoạn OB là: ROB 0,50 đ (11) (12) 0,25 đ ROCB RODB 27,6923.29,5385 14, 2928 ROCB RODB 27, 6923+29,5385 (13) Vậy điện trở toàn mạch: R = RAO + ROB = 7,3846Ω + 14,2928Ω = 21,6774Ω (14) 0,25 đ - Cường độ dòng điện qua điện trở ampe kế: U AB 48 2, 214 A Dịng qua mạch chính: I (15) 0,25 đ R 21, 6774 Do đó: UOB = I.ROB = 2,214.14,2928 ≈ 31,644V (16) U OB 31, 644 1,1427 A + Cường độ dòng điện qua R3: I (17) 0,25 đ ROCB 27, 6923 + Dòng qua R4 : Ta lại có: I4 = I – I3 = 2,214 – 1,1427 = 1,0713A UAO = I.RAO = 2,214.7,3846 = 16,3495V UOC = I3 RCO = 1,1427.3,6923 = 4,2192V Vậy: UAC = UAO + UOC = 16,3495V + 4,2192V = 20,5687V U 20,5687 I1 AC 1, 2855 A + Dòng qua R1: R1 16 (18) (19) (20) + Dòng qua R2: I2 = I – I1 = 2,214 – 1,2855 = 0,9285A + Dòng qua ampe kế: IA = I1 – I3 = 1,2855 - 1,1427 = 0,1428A có chiều từ C đến D 0,25 đ 0,25 đ (21) 0,50 đ Bài 5: (2,00 điểm) - Khi dịng điện ởn định, cường độ dịng điện qua cuộn dây là: E I0 (1) 0,25 đ R - Khi khóa K ngắt, mạch bắt đầu dao động Năng lượng mạch lúc lượng từ trường: 2 E (2) 0,25 đ Wm LI L 2 r - Trong q trình dao động tụ điện tích điện đén điện áp cực đại U dịng điện triệt tiêu Lúc lượng mạch lượng điện trường; với U0 = nE : 1 We CU 02 C n.E (3) 0,25 đ 2 - Áp dụng định luật bảo toàn lượng cho mạch dao động ta có: We = Wm 2 E hay (4) 0,50 đ L C n.E L Cn r r http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word - Mặt khác chu kỳ dao động : f Từ (4) (5) ta tìm được: C 2 fnr 2 LC L C 4 f L nr 2 f (5) 0,25 đ (6) 0,50 đ Bài 6: (3,00 điểm) 1) Tính d d’ để Lmin (1,00 điểm) (L ) ' Ta có sơ đồ tạo ảnh: S S1 - Khi ảnh rõ màn, khoảng cách vật –màn khoảng cách L giữa vật thật ảnh thật Ta có: L d d’ (1) Dễ dàng thấy L phải thoả mãn điều kiện: L ≥ 4f (2) 0,50 đ Suy ra: Lmin = 4f = 96cm Vậy: d = d’ = Lmin/2 = 48cm (3) 0,50 đ 2) Tìm f2 vẽ hình (2,00 điểm): (L ) ( L2 ) ' S 2' Sơ đồ tạo ảnh: S 1 S1 ' Ta có: d1 d1 48cm a) Vì vết sáng có đường kính khơng đởi tịnh tiến nên chùm tia ló tạo L2 phải chùm song song với trục Tức ảnh S tạo hệ hai thấu kính phải xa vơ ' Ta có: d d f ' Mà: d l d1 18- 48 = -30cm Vậy: f2 = -30cm: L2 thấu kính phân kì 0,50 đ b) Chùm tia ló hội tụ phân kì - Nếu chùm tia ló hội tụ: L2 thấu kính hội tụ phân kì + Nếu L2 thấu kính hội tụ: D ' 40 d 2' 2 Từ hình vẽ, ta có: D 30 d 2' Vậy: 40 – d2’ = 60 – 2d2’ => d2’ = 20cm d d 2' 30.20 60cm Từ đó: f ' d2 d2 10 0,50 đ + Nếu L2 thấu kính phân kì Lúc S2’ nằm khoảng giữa hai vị trí E, ta có: D ' 40 d 2' 2 D d 2' 30 100 ' cm Vậy: 40 – d ’ 2d ’ – 60 d 100 30 d d 2' 300cm Từ đó: f d d 2' 30 100 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word 0,50 đ - Nếu chùm tia ló chùm phân kì( L2 thấu kính phân kì), ảnh S2’ ảnh ảo Từ hình vẽ, ta có: O2S2’ = |d2’|, O2S1’ = |d2| D ' d d ' 10 40 d ' 2 Vậy: D d2 d2 ' 30 d ' Suy ra: d2’ = 20cm > 0: điều vơ lí 0,50 đ Bài 7: (2,00 điểm) 1) Thiết lập mạch điện, phương án tiến hành thí nghiệm: (1,00 điểm) - Mắc mạch điện theo sơ đồ thơng thường mạch kín bao gồm: Nguồn điện - Ampe kế - Bình điện phân 0,50 đ - Dùng Ampe kế xác định dòng điện I chạy qua dung dịch điện phân - Dùng đồng hồ đếm thời gian để xác định thời gian Δt mà dòng điện qua.t mà dòng điện qua - Xác định khối lượng m chất bám vào điện cực: Bằng cách dùng cân để đo khối lượng m điện cực trước mắc vào mạch, sau đo khối lượng m2 điện cực sau cho dịng điện qua chất điện phân tính khối lượng: m = m2 - m1 (1) 0,50 đ 2) Lập công thức xác định độ lớn e điện tích ngun tớ: (1,00 điểm) - Gọi n hóa trị chất Số nguyên tử xuất điện cực: q It N (2) ne ne - Mặt khác: Gọi NA số Avogadro, A khối lượng mol chất ta có: m N NA Số nguyên tử là: (3) A A I t A I t - Từ (2) (3) ta tìm được: e (4) n m.N A n (m2 m1 ).N A 0,50 đ 0,25 đ 0,25 đ II CÁCH CHO ĐIỂM & HƯỚNG DẪN CHẤM : Điểm toàn 20,00 điểm phân bố tổng quát sau : BÀI : (4,00 điểm) BÀI : (2,00 điểm) BÀI : (3,00 điểm) BÀI : (4,00 điểm) BÀI : (2,00 điểm) BÀI : (3,00 điểm) BÀI : (2,00 điểm) Yêu cầu phân phối điểm cho phần có ghi điểm bên lề phải đáp án - Phân tích lực, phân tích tượng tốn phải rõ ràng, có hình vẽ minh họa (nếu có), lập luận đúng, có kết cho điểm tối đa biểu điểm nói (Giám khảo tự vẽ hình) Ghi : 1) Trên biểu điểm tổng quát phần, câu Trong trình chấm giám khảo cần trao đổi thống để phân điểm chi tiết đến 0,25 điểm cho phần, câu http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word 2) Học sinh làm không thiết phải theo trình tự Hướng dẫn chấm Mọi cách giải khác, kể cách giải định tính dựa vào ý nghĩa vật lý đó, lập luận đúng, có cứ, kết cho điểm tối đa tương ứng với bài, câu, phần hướng dẫn chấm http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word