Đề thi HSG môn vật lý 12 sở giáo dục và đào tạo Thanh Hóa có đáp an và thang điểm Tài liệu giúp giáo viên bồi dưỡng HSG và đội tuyển HSG kiểm tra năng lực có được chuẩn bị tốt cho các kỳ thi HSG Chúc các em luôn tự tin và chiến thắng
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ ĐỀ CHÍNH THỨC KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH Năm học 2012 - 2013 Môn thi: VẬT LÝ Lớp 12 THPT Ngày thi: 15 tháng 03 năm 2013 Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Đề này có 08 câu, gồm 02 trang Câu 1 (2.5 điểm) Cho hệ cơ học như hình 1 gồm: hai vật A; B có khối lượng m A = 2 kg, m B = 3 kg được nối với nhau bằng một sợi dây nhẹ không dãn. Sợi dây được vắt qua một ròng rọc đặt trên đỉnh một mặt phẳng nghiêng góc o 30α = so với phương nằm ngang. Ròng rọc có bán kính R = 10 cm, momen quán tính I = 0,05 kg.m 2 . Thả cho hai vật chuyển động với vận tốc ban đầu bằng 0. Bỏ qua mọi ma sát, coi rằng sợi dây không trượt trên ròng rọc. Lấy g = 10 m/s 2 . a. Tính gia tốc của vật A và lực căng dây. b. Tính áp lực của dây nối hai vật lên ròng rọc. Câu 2 (2.5 điểm) Một lò xo nhẹ nằm ngang có độ cứng 100 N/m, một đầu gắn vào điểm cố định I, đầu kia gắn với vật nhỏ khối lượng m = 100 g. Từ vị trí cân bằng, kéo vật đến vị trí lò xo dãn 5 cm rồi buông nhẹ cho vật dao động điều hòa. Bỏ qua mọi ma sát, lấy 10 2 = π . a. Chọn trục Ox nằm ngang, chiều dương hướng theo chiều kéo vật lúc đầu, gốc tọa độ O tại vị trí cân bằng, mốc thời gian là lúc thả vật. Viết phương trình dao động của vật . b. Vào thời điểm 13 30 t s= người ta đột ngột giữ chặt lò xo tại điểm cách I một đoạn bằng 4 3 chiều dài lò xo khi đó. Hỏi sau đó vật tiếp tục dao động với biên độ bằng bao nhiêu ? Câu 3 (2.5 điểm) Trên bề mặt chất lỏng có hai nguồn sóng kết hợp A, B cách nhau 32 cm dao động vuông góc với bề mặt chất lỏng có phương trình ( ) ( ) mmtu A π 10cos5 = và ( ) ( ) mmtu B ππ += 10cos5 . Biết tốc độ truyền sóng trên bề mặt chất lỏng là v = 50 cm/s. Giả thiết biên độ sóng không đổi khi truyền đi. a. Viết phương trình sóng tổng hợp tại C. Biết C cách A một đoạn 22 cm và cách B một đoạn 12 cm. b. Xác định số điểm dao động cực đại trong khoảng AB. Câu 4 (2.5 điểm). Cho mạch điện như hình 2 gồm: nguồn không đổi có suất điện động E = 32 V, điện trở trong r = 1 Ω , tụ điện có điện dung C = 100 µ F (ban đầu chưa tích điện), cuộn dây không thuần cảm có hệ số tự cảm L = 0,1 H, điện trở hoạt động R 0 = 5 Ω và điện trở thuần R = 10 Ω . Ban đầu khoá K đóng, khi trạng thái trong mạch đã ổn định người ta ngắt khoá K. a. Tính năng lượng điện từ trong mạch ngay sau khi ngắt khóa K. 1 Số báo danh α A B Hình 1 Hình 2 R E r C K L R 0 b. Tính nhiệt lượng toả ra trên điện trở R trong thời gian từ khi ngắt khoá K đến khi dao động trong mạch tắt hoàn toàn. Câu 5 (2.5 điểm). Cho mạch điện không phân nhánh như hình 3 gồm: điện trở thuần R, cuộn dây không thuần cảm có độ tự cảm L, điện trở hoạt động r và tụ điện có điện dung C. Đặt vào hai đầu A và B điện áp xoay chiều có biểu thức ( ) ( ) Vftu π 2cos6120 = với tần số f thay đổi được. a. Khi Hzff 50 1 == thì AN u lệch pha 2 π so với MB u và lệch pha 3 π so với AB u . Biết điện áp hiệu dụng giữa hai điểm A, M là 120 AM U V = , công suất tiêu thụ trên mạch AB là 360W. Tính các giá trị R, L, r, C. b. Khi 2 ff = thì điện áp hiệu dụng giữa hai điểm M, B là MB U có giá trị cực tiểu. Tìm 2 f và MB U khi đó. Câu 6 (2.5 điểm). Thực hiện thí nghiệm I âng về giao thoa ánh sáng với nguồn sáng phát ra đồng thời hai bức xạ điện từ thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng λ 1 và λ 2 = 0,46 μm. Trên màn quan sát, người ta nhìn thấy trong khoảng giữa hai vân gần nhất cùng màu với vân sáng trung tâm có 11 vân sáng khác. Trong đó số vân sáng của bức xạ λ 1 và của bức xạ λ 2 lệch nhau 3 vân. Tính bước sóng λ 1 . Câu 7 (2.5 điểm). Một tế bào quang điện với catốt làm bằng kim loại có công thoát electron là A = 3 eV, chiếu vào catốt bức xạ điện từ có bước sóng 0,207 m λ µ = . Cho h = 6,625.10 -34 Js, c = 3.10 8 m/s, m e = 9,1.10 -31 kg, e = 1,6.10 -19 C. a. Tính tốc độ ban đầu cực đại của electron quang điện khi bật ra từ catốt. b. Đặt vào hai điện cực của tế bào quang điện một điện áp xoay chiều có biểu thức ( ) ( ) Vtu AK π 100cos6 = . Trong một phút, hãy xác định khoảng thời gian dòng quang điện bằng 0. Câu 8 (2.5 điểm). Để đo gia tốc trọng trường tại một vị trí trên mặt đất với các dụng cụ gồm: một lò xo nhẹ, thước đo chiều dài, đồng hồ bấm giây, một số vật nhỏ. a. Trình bày cơ sở lý thuyết của cách đo. b. Nêu sơ lược các bước thực hiện. HÕT Giám thị coi thi không giải thích gì thêm! 2 C L, r R A B M N Hình 3 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH Năm học: 2012-2013 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN VẬT LÍ (Đề chính thức) Lớp 12 THPT Ngày thi: 15 tháng 3 năm 2013 (Hướng dẫn gồm 03 trang) Câu Hướng dẫn giải Thang điểm Câu 1: (2.5 điểm) a. - Vì α sin BA PP MM > nên A chuyển động đi xuống 0,5 - Phương trình động lực học cho A; B và ròng rọc ( ) ==− =− =− )3( )2(sin )1( R Ia IRTT amPT amTP BA BBB AAA γ α 0,5 - Từ (1), (2), (3) ⇒ a=0,5 m/s 2 ; T A = 19N; T B = 16,5N 0.5 b. - Áp lực lên ròng rọc: '' BA TTQ += với ( ) 0 60';' = BA TT và BBAA TTTT == '' , 0.5 - Suy ra 2 2 0 A B A B Q T T 2T T cos60 30,769(N)= + + ≈ 0.5 Câu 2: (2.5 điểm) a. - Phương trình dao động ( ) ( ) cmtAx ϕω += cos với == s rad m k πω 10 0.5 - Tại t=0 thì = = 0 5 0 0 v x =− = ⇔ 0sin 5cos ϕω ϕ A A 0.5 - Suy ra ( ) ( ) cmtx π 10cos5 = 0.5 b. - Tại ( ) st 30 13 = thì x=2,5cm - Khi giữ chặt lò xo tại điểm cách I ¾ chiều dài lò xo lúc đó thì phần còn lại của lò xo gắn với vật có độ cứng tăng 4 lần; phần kia bị giữ cùng với thế năng của nó bằng ¾ thế năng của cả lò xo ở thời điểm giữ 0.5 3 α A B (Hình 1) A T uu B T' B T uu B N uuu B P uu A P uu A T ' - Cơ năng của con lắc mới ( ) 222 2 1 . 4 3 2 1 '4 2 1 4 3 ' kxkAAkWWW t −=⇔−= ( ) cmA 25,2' ≈⇒ 0.5 Câu 3: (2.5 điểm) a. - Bước sóng ( ) cm f v 10 == λ 0.5 - PT sóng tại C do nguồn A và B truyền tới : ( ) cmtu AC −= 5 22 10cos5 π π ( ) cmtu BC −= 5 7 10cos5 π π 0.5 - PT sóng tổng hợp tại C: 0 5 7 10cos5 5 22 10cos5 = −+ −=+= π π π π ttuuu BCACC 0.5 b. - Xét điểm M trong khoảng AB cách A, B lần lượt những đoạn d 1 , d 2 . Để M là điểm dao động cực đại thì += +=− ==+ )2(10 2 1 2 1 )1(32 21 21 kkdd ABdd λ 0.5 - Từ (1) và (2) suy ra ++= 2 1 516 1 kd . Do 320 1 << d 2,1,0,1,2,3 −−−=⇒ k tức là có 6 điểm dao động cực đại trên AB 0.5 Câu 4: (2.5 điểm) a. Khi trạng thái trong mạch đã ổn định : - Cường độ dòng điện trong mạch ( ) A RRr E I 2 0 = ++ = 0.5 - Hiệu điện thế hai đầu tụ là: U=I(R+R 0 )=30(V) 0.5 - Năng lượng điện từ của mạch là ( ) JCULIW 245,0 2 1 2 1 22 =+= 0.5 b. - Khi dao động trong mạch tắt hẳn thì toàn bộ năng lượng điện từ của mạch đã chuyển hết thành nhiệt tỏa ra trên hai điện trở )1(245,0 0 =+ RR QQ 0.5 - Nhiệt lượng tỏa ra trên các điện trở thuần trong cùng một thời gian tỉ lệ thuận với điện trở của chúng )2(2 5 10 0 0 === R R Q Q R R Suy ra ( ) JQ R 163,0≈ 0.5 4 Câu 5 (2,5 điểm) 0.5 a. - Từ giản đồ ta có 2222 120 6 cos2 =−+= π UUUUU MBMBR Suy ra ( ) VU MB 120= ( loại nghiệm ( ) VU MB 240= ) - Từ giản đồ suy ra độ lệch pha giữa u và i là 6 π , giữa MB u so với i là 3 π . Nên ( ) VUU MBr 60 3 cos. == π , ( ) VUUU MBCL 360 3 sin. ==− π 340 6 tan == π RC UU (V) suy ra ( ) VU L 3100= 0.5 - Mặt khác ( ) ( ) ( ) A UU P IUUIrRIP rR rR 2 2 = + =⇒+=+= - Vậy ( ) Ω== 60 I U R R ; ( ) Ω== 30 I U r r , ( ) ( ) HL I U Z L L π 35,0 350 =⇒Ω== ( ) ( ) FC I U Z C C 32 10 320 3 π − =⇒Ω== 0.5 b. ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 222 2 2 2 1 CL CL CL MB ZZr RrR U ZZrR ZZrU U −+ + + = −++ −+ = 0.5 - Để MB U đạt cực tiểu thì ( ) 2 2 2 2 CL ZZr RrR −+ + đạt cực đại tức là ( ) 2 2 CL ZZr −+ đạt cực tiểu nghĩa là ( ) Hz LC fZZZZ CLCL 6,31 2 1 0 2 ==⇒=⇔=− π 0.5 5 - Khi đó ( ) V r RrR U U MB 340 2 1 2 2 min = + + = Câu 6: (2.5 điểm) - Vị trí các vân sáng cùng màu với vân trung tâm ứng với các bức xạ λ 1 và λ 2 thỏa mãn: x 1 =x 2 ⇔ k 1 .λ 1 = k 2 .λ 2 ⇔ λ 1 k 1 = 0,46k 2 (1) 0.5 - Vì trong khoảng giữa hai vân gần nhất cùng màu với vân trung tâm có 11 vân sáng nên k 1 +k 2 =13 (2). ( Xét khoảng giữa vân trung tâm và vân cùng màu gần nó nhất) 0.5 - Mặt khác số vân sáng của λ 1 và λ 2 lệch nhau 3 vân nên ta có: |k 1 – k 2 | = 3 (3). 0.5 - Giải hệ (2) và (3) ⇒ có hai cặp nghiệm: Cặp 1: k 1 = 8, k 2 = 5 thay vào (1) ⇒ λ 1 = 0, 2875 μm Cặp 2: k 1 = 5, k 2 = 8 thay vào (1) ⇒ λ 1 = 0,736 μm 0.5 - Nhận xét : λ 1 = 0, 2875 μm < λ tim Bức xạ này không nhìn thấy ⇒ loại λ 1 = 0,736 μm thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy ⇒ thỏa mãn. 0.5 Câu 7: (2.5 điểm) a. - Tốc độ ban đầu cực đại của electron quang điện 2 2 max0 vm A hc e += λ 0.5 - Suy ra ≈ −= s m A hc m v e 6 max0 10.0273,1 2 λ 0.5 b. - Hiệu điện thế hãm ( ) VU vm eU h e h 3 2 2 max0 ≈⇒= 0.5 - Khi đặt nguồn xoay chiều vào hai cực của tế bào quang điện, để I = 0 thì ( ) VUUU AKhAK 3 −≤⇔−≤ 0.5 - Dùng phương pháp đường tròn tính thời gian I=0 trong một chu kỳ được 3 T t =∆ nên trong 1 phút khoảng thời gian I = 0 là 1/3 phút = 20(s) 0.5 Câu 8: (2.5 điểm) a. Cơ sở lý thuyết : - Ở con lắc lò xo treo thẳng đứng k m T π 2 = (1) 0.5 - Khi cân bằng lò xo dãn k mg l =∆ (2) 0.5 - Từ (1) và (2) suy ra 2 2 4 2 T l g g l T ∆ =⇒ ∆ = π π (3) 0.5 b. - Đo chiều dài tự nhiên của lò xo bằng thước mét - Treo lò xo thẳng đứng vào một điểm cố định, vật m ở dưới, khi m cân bằng dùng thước mét đo độ dài lò xo, tính độ dãn l∆ - Kích thích cho vật m dao động theo phương thẳng đứng, dùng đồng hồ bấm giây đo chu kì dao động T (đo thời gian thực hiện số nguyên lần dao động rồi tính ra T) 0.5 - Lặp lại các bước trên nhiều lần với nhiều vật rồi lấy các giá trị trung bình của l∆ và T 0.5 6 - Thay vào công thức (3) tính g - Tính sai số và viết kết quả của phép đo. Chú ý: Học sinh làm theo cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa. 7 . SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ ĐỀ CHÍNH THỨC KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH Năm học 2 012 - 2013 Môn thi: VẬT LÝ Lớp 12 THPT Ngày thi: 15 tháng 03 năm 2013 Thời gian: 180 phút (không. 3 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH Năm học: 2 012- 2013 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN VẬT LÍ (Đề chính thức) Lớp 12 THPT Ngày thi: 15 tháng 3 năm 2013 (Hướng dẫn gồm 03 trang) Câu. ) Vftu π 2cos 6120 = với tần số f thay đổi được. a. Khi Hzff 50 1 == thì AN u lệch pha 2 π so với MB u và lệch pha 3 π so với AB u . Biết điện áp hiệu dụng giữa hai điểm A, M là 120 AM U