Đề thi Học sinh giỏi môn vật lý lớp 12 (29)

Sở giáo dục và đào tạo Trờng thpt Bài kiểm tra học kì 1 năm học 2010-2011 Môn vật lí Thời gian làm bài: 45 phút Câu 1 (2 điểm): a. Hiện tợng giao thoa là gì? Nêu điều kiện để có giao thoa của hai sóng cơ học? b. Giả sử trên mặt nớc có hai nguồn sóng đồng bộ phát sóng cơ với bớc sóng . Một điểm M trên mặt nớc cách hai nguồn các khoảng d 1 , d 2 , với k là số nguyên. Viết biểu thức điều kiện của hiệu đờng truyền sóng theo để điểm M dao động với biên độ cực đại, cực tiểu. Câu 2: (2 điểm): Máy biến áp là gì? Hoạt động theo nguyên tắc nào? Viết công thức về máy biến áp lí tởng? Dùng máy biến áp trong việc truyền tải điện năng thì có lợi gì? Câu 3 (3 điểm): Cho mạch điện xoay chiều AB, gồm đoạn mạch AM chứa cuộn cảm thuần có độ tự cảm L= 1 (H), nối tiếp đoạn mạch MN chứa điện trở thuần R=50 3 (), nối tiếp đoạn mạch NB chứa tụ điện có điện dung C thay đổi đợc nh hình vẽ. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp có biểu thức u=120cos(100t) (V). 1. Với C=C 1 = 5 10 3 (F). a. Viết biểu thức cờng độ dòng điện trong mạch. b. Tính công suất điện tiêu thụ của mạch điện trên. 2. Điều chỉnh điện dung tụ điện đến giá trị C 2 sao cho điện áp u AN giữa hai đầu đoạn mạch AN lệch pha 0,5 so với điện áp u ở hai đầu đoạn mạch. Tính điện dung C 2 và điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch AN khi đó. Câu 4 (3 điểm): Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm một vật có khối lợng m=100 (g) và lò xo có khối lợng không đáng kể, có độ cứng k=40 (N/m). Kéo vật theo phơng thẳng đứng xuống phía dới vị trí cân bằng một đoạn 3 (cm) rồi thả nhẹ cho vật dao động điều hoà. Chọn gốc toạ độ O trùng với vị trí cân bằng, trục Ox có phơng thẳng đứng, chiều dơng là chiều vật bắt đầu chuyển động, gốc thời gian là lúc vật đi qua vị trí cân bằng lần đầu tiên. Lấy g=10 (m/s 2 ). a. Viết phơng trình dao động của vật. b. Tính độ lớn vận tốc cực đại của vật và cơ năng dao động của con lắc. c. Tính lực đàn hồi của lò xo tác dụng vào vật tại vị trí vật có li độ x=+2cm. Hết Họ và tên học sinh: Lớp : đề 1 A M N B L R C Đáp án và thang điểm đề 1 Câu đáp án điểm 1 (2 điểm) a. + Hiện tợng giao thoa là hiện tợng khi hai hay nhiều sóng gặp nhau thì tạo thành những gợn sóng ổn định. + Điều kiện để các sóng giao thoa đợc với nhau: Các sóng là các sóng kết hợp (cùng phơng, cùng tần số, có độ lệch pha không đổi). b. Điều kiện để M dao động với biên độ cực đại: d 2 -d 1 =k Điều kiện để M dao động với biên độ cực đại: d 2 -d 1 =(2k+1) 2 0,5 0,5 0,5 0,5 2 (2 điểm) + Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó. + Nguyên tắc hoạt động là hiện tợng cảm ứng điện từ + Công thức : 2 1 1 2 1 2 I I N N U U == + Dùng máy biến áp trong truyền tải điện năng thì giảm đợc hao phí điện năng đáng kể. 0,5 0,5 0,5 0,5 3 (3 điểm) 1. + Z L =L=100 + Z C = 1 C 1 =50 + Z 1 = 2 CL 2 )ZZ(R + =100 + I 1 = = 1 Z U 1,2 A + tan 1 = 3 1 R ZZ CL = 1 = 6 + i = u - 1 =- 6 a. biểu thức dòng điện: i=1,2 2 cos(100t- 6 ) (A) b. Công suất: P=I 2 R=72 3 =124,7(W) 2. Ta có giải đồ véctơ nh hình vẽ. Từ giản đồ véc tơ ta có: 2 L 2 R 22 2C UUUU ++= L 2 L 2 2C Z ZR Z + = =175C 2 = 175 10 2 (F) Khi đó ta có Z AN = 2 L 2 ZR + =50 7 =132,3() Z 2 = 2 CL 2 )ZZ(R + =25 21 =114,56() I 2 = 2125 120 Z U 2 = Vậy U AN =I 2 Z AN = 80 3 (V)=138,56 (V) 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 4 (3 điểm) a. Phơng trình dao động có dạng: x=Acos(t+) + = m k =20(rad/s) + A= 2 2 2 v x + =3cm + Khi t=0 thì x=0, v>0 suy ra =-0,5 (rad) Vậy x=3cos(20t-0,5) (cm) 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5 L U AN U R U I O b. Vận tốc cực đại : v max =A=60cm/s Cơ năng: W=0,5kA 2 =0,018J c. Ta có: l 0 = k mg =2,5.10 -2 m F=k(l 0 -x)=40(2,5-2).10 -2 =0,2N 0,5 0,5 0,5 Sở giáo dục và đào tạo hải dơng Trờng thpt kẻ sặt Bài kiểm tra học kì 1 năm học 2010-2011 Môn vật lí Thời gian làm bài: 45 phút Câu 1 (2 điểm): Sóng cơ học là gì? Sóng ngang là gì cho một ví dụ? Sóng dọc là gì cho một ví dụ? Nêu khái niệm bớc sóng? Câu 2 (2 điểm): Dao động cỡng bức là gì? Biên độ dao động cững bức phụ thuộc vào yếu tố nào? Trong dao động cỡng bức có thể xảy ra hiện tợng đặc biệt gì? Nêu điều kiện để xảy ra hiện tợng đó? Câu 3: (3 điểm): Cho mạch điện xoay chiều AB, gồm đoạn mạch AM chứa điện trở thuần R=100 3 () nối tiếp cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thay đổi đợc, nối tiếp đoạn mạch MB chứa tụ điện có điện dung C= 2 10 4 (F) nh hình vẽ. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp có biểu thức u=200cos(100t) (V). 1. Với L= 1 (H). a. Viết biểu thức cờng độ dòng điện trong mạch và điện áp u AM ở hai đầu đoạn mạch AM. b. Tính công suất điện tiêu thụ của mạch điện trên. 2. Tìm giá trị của độ tự cảm L để điện áp giữa hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại. Tính giá trị cực đại đó. Câu 4: (3 điểm): Một con lắc đơn gồm sợi dây mảnh, nhẹ là có chiều dài l=1 (m) và vật nhỏ có khối lợng m=100 (g), dao động tại nơi có gia tốc trọng trờng g= 2 =10 (m/s 2 ). Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một góc 1 =5 0 rồi buông nhẹ, bỏ qua mọi lực cản và ma sát. Chọn trục toạ độ cong có gốc là vị trí cân bằng của vật, chiều dơng hớng về vị trí thả vật, gốc thời gian là lúc thả vật. a. Tính chu kì khi con lắc dao động với góc lệch nhỏ. b. Viết phơng trình dao động của con lắc theo li độ cong. c. Tính cơ năng của con lắc. d. Tính độ lớn vận tốc của vật và góc lệch của sợi dây khi vật có động năng bằng thế năng. Hết Họ và tên học sinh: Lớp : đề 2 A M B R L C Đáp án và thang điểm đề 2 Câu đáp án điểm 1 (2 điểm) + Sóng cơ là những dao động cơ lan truyền trong môi trờng vật chất + Sóng ngang có phơng dao động của các phần tử vật chất vuông góc với phơng truyền sóng. Ví dụ sóng nớc. + Sóng dọc có phơng dao động của các phần tử vật chất trùng với phơng truyền sóng. Ví dụ sóng âm truyền trong không khí. + Bớc sóng là quãng đờng sóng truyền đợc trong một chu kì. 0,5 0,5 0,5 0,5 2 (2 điểm) + Dao động cỡng bức là dao động đợc duy trì bởi ngoại lực biến thiên tuần hoàn. + Biên độ dao động cỡng bức phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa tần số lực cỡng bức và tần số riêng của vật. + Trong dao động cỡng bức có thể xảy ra hiện tợng đặc biệt là hiện tợng cộng hởng? + Điều kiện để xảy ra hiện tợng đó là f lực cỡng bức =f riêng . 0,5 0,5 0,5 0,5 3 (3 điểm) 1. + Z L =L=100 + Z C = C 1 =200 + Z= 2 CL 2 )ZZ(R + =200 + I 0 = = Z U 0 1 A a. * Biểu thức dòng điện: + tan= 3 1 R ZZ CL = =- 6 + i = u -= 6 i=cos(100t+ 6 ) (A) * Biểu thức điện áp u AM : + Z AM = 2 L 2 )Z(R + =200 () + U 0AM =IZ AM =200(V) + tan= 3 1 R Z L = = 6 + U = i += 6 + 6 = 3 + u AM =200cos(100t+ 3 ) (V) b. Công suất: P=I 2 R=100 3 =173(W) 2. Ta có U L =IZ L = L 2 CCL 2 L 2 L 2 CL 2 Z ZZZ2ZR U Z )ZZ(R U ++ = + = 1 Z 1 Z2 Z 1 )ZR( U L C 2 L 2 C 2 ++ + Đặt R 2 + 2 C Z =a, -2Z C =b, 1=c, L Z 1 =x, y= 1 Z 1 Z2 Z 1 )ZR( L C 2 L 2 C 2 ++ =ax 2 +bx+c, ta đợc U L = 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 cbxax U 2 ++ + §Ó (U L ) max th× y min : y min =- a4 ∆ =- 2 C 2 2 2 C 2 2 C 22 C ZR R ZR )ZR(4Z4 + = + +− , khi x=- a2 b hay L Z 1 =- )ZR(2 2Z- 2 C 2 C + = 2 C 2 C ZR Z + + VËy (U L ) max = R ZRU 2 C 2 + =216 (V) khi Z L = C 2 C 2 Z ZR + =350 (Ω) ⇒ L= π 5,3 (H) 0,25 4 (3 ®iÓm) a. Chu k×: T=2 g  π =2 (s) b. Ph¬ng tr×nh dao ®éng cã d¹ng: s=Acos(ωt+φ) + ω=  g =π(rad/s) + To¹ ®é ban ®Çu s 1 =l α 1 =100.5. 180 π = 36 100 π =8,73 (cm) A= 2 2 2 1 v s ω + = 36 100 π =8,73 (cm) + Khi t=0 th× s=A, v=0 suy ra φ=0 (rad) VËy s=8,73cos(πt) (cm) b. C¬ n¨ng: W=0,5m ω 2 A 2 =3,8 (mJ) c. Ta cã W ® =W t =0,5W VËn tèc: v= m W =0,195 (m/s) Gãc lÖch : α= mg W =0,062 (rad)=3,53 0 . 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5 0,5 0,5 . Tính lực đàn hồi của lò xo tác dụng vào vật tại vị trí vật có li độ x=+2cm. Hết Họ và tên học sinh: Lớp : đề 1 A M N B L R C Đáp án và thang điểm đề 1 Câu đáp án điểm 1 (2 điểm) a. + Hiện. lắc. d. Tính độ lớn vận tốc của vật và góc lệch của sợi dây khi vật có động năng bằng thế năng. Hết Họ và tên học sinh: Lớp : đề 2 A M B R L C Đáp án và thang điểm đề 2 Câu đáp án điểm 1 (2 điểm) +. và đào tạo hải dơng Trờng thpt kẻ sặt Bài kiểm tra học kì 1 năm học 2010-2011 Môn vật lí Thời gian làm bài: 45 phút Câu 1 (2 điểm): Sóng cơ học là gì? Sóng ngang là gì cho một ví dụ? Sóng dọc