Đề HSG môn vật lý lớp 12 năm học 2011 2012 sở GDĐT đăk lăk file word có lời giải chi tiết

Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 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, lò 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 (H.1) A = 2cm Tại thời điểm ban đầu cầu có vận tốc v  20 3cm / s gia tốc a = - 4m/s2 Hãy tính chu kì pha ban đầu dao động O 2) Quả cầu, lò xo OB ghép với tạo thành hệ hình vẽ (H.2) Thanh nhẹ OB treo thẳng đứng Con lắc lò xo nằm ngang có cầu nối với Ở vị trí cân cầu lò xo khơng bị biến dạng Từ vị trí 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, V(dm3) m = 100g, g = 10m/s2 Tính chu k dao động cầu l (H.2) 36 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 180 (H.3) Bài 3: (3,0 điểm) A Một đồng chất tựa vào tường thẳng đứng nhờ d y dài hợp với tường góc α hình H.4 iết có độ dài d Hỏi hệ số ma s t gi a tường phải thỏa điều kiện để c n bằng? α 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 R1 A (H.4) C R2 R3 R4 D (H.5) http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word B Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 1) Mắc vào hai điểm C, D mạch vơn kế có điện trở lớn a Điều chỉnh biến trở để R4 = 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 gi a c c điện trở R1, R2, R3, R4 tính R4 2) Thay vơn kế ampe kế có điện trở RA= 12Ω Điều chỉnh biến trở để R4 = 24Ω Tìm điện trở tương đương mạch , cường độ dòng điện qua c c điện trở số ampe kế Chỉ rõ chiều c c dòng điện Bài 5: (2,0 điểm) Cho mạch dao động gồm tụ điện cuộn d y nối với pin có điện trở r qua khóa điện hình vẽ H.6 an đầu khóa đóng hi dòng điện n định, người ta ngắt khóa khung có dao động điện với tần số f iết điện p cực đại gi a hai tụ điện lớn gấp n lần suất điện động pin ỏ qua điện trở c c d y nối cuộn d y Hãy tính điện dung hệ số tự cảm cuộn dây K L C (E,r) (H.6) Bài 6: (3,0 điểm) Một điểm s ng S đặt trục thấu kính hội tụ L1 có tiêu cự f1=24cm Sau thấu kính, người ta đặt E vng góc với trục thấu kính thu ảnh rõ nét S Để khoảng cách gi a vật nhỏ vật phải đặt cách thấu kính khoảng bao nhiêu? Người ta đặt thấu kính L2 phía sau trục với L1 cách L1 khoảng 18cm Trên E lúc có vết sáng hình tròn Hãy tính tiêu cự thấu kính L2 vẽ hình c c trường hợp sau: a) Khi tịnh tiến E dọc theo trục hệ thấu kính vết sáng có đường kính khơng thay đ i b) Khi tịnh tiến xa hệ thấu kính thêm 10cm vết s ng có đường kính tăng gấp đơi Bài 7: (2,0 điểm) ho số dụng cụ: ộ dụng cụ điện ph n, nguồn điện, c n có c n, ampe kế, đồng hồ bấm gi y, c c d y nối có điện trở khơng đ ng kể Hãy thiết lập c ch bố trí thí nghiệm, trình bày phương n tiến hành thí nghiệm tìm cơng thức để x c định độ lớn điện tích nguyên tố HẾT -Thí sinh khơng sử dụng tài liệu Gi m thị khơng giải thích thêm Họ tên thí sinh………………… .………….… Số b o danh………… http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 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    A2  v 2  a  (1) 2 A A Đặt X = ω , thay giá trị v0 a0 ta đến phương trình bậc hai: 4X2 – 1200X – 160000 = (2)  X – 300X – 40000 = 300  500 Phương trình cho nghiệm: (3) x1,2  Chọn nghiệm thích hợp: X = 400  ω2 = 400  ω = 20 rad/s 2 2  Vậy chu kì dao động: T  (4)   ( s)  20 10 - Pha ban đầu: - hu k : Ta có hệ thức: 0,25 đ 0,25 đ 0,25 đ 0,25 đ Tại t = 0, ta có: v0 = -Aωsinφ = 20 3cm / s (2) a0 = - ω2coφ = - 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) dao động u h a - hu k (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: E  Ed  Et1  Et  mv kx   mgh 2 (7) họn gốc VTCB: Et  Et  mgh  mgl (1  cos  )  mgl Do   2 (8) 0,50 đ (9) 0,50 đ x mg nên Et  x 2l l Cơ toàn phần hệ: mv kx mg   x  co n s t 2 2l Lấy đạo hàm bậc theo thời gian: E  Et1  Et  Ed  http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369  Et  '  mvv ' kxx ' mg x'  l k g Vì v = x’, v’ = x’’ nên : x ''    x  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 hu kì dao động: T 2   2  0,3s 440 Bài 2: (2,00 điểm) 1) Nhận xét r t đ c k t uận 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(105P a) 1,6 0,8 V1 36   18dm3 2 V2  2V3  18dm3  V4 nên: V4  p1  p  p  p3  18 (H.2) 36 V(dm3) (3) 0,25 đ RT1 8,31.360   0,83.105 Pa V1 0, 036 0,25 đ RT2 8,31.360   1, 662.105 Pa 0,25 đ V2 0, 018 2) Đồ thị p-V đ c vẽ nh hình (H.2) Bài 3: (3,00 điểm) Phản lực tường ph n tích: Q = N + fms (1) fm Đặt =h = ; trọng lượng : P = mg; Hệ quy chiếu s xy hi hệ c n ta có: P + T + N + fms = (2) Bx: N = T sinα (3) By: fms = mg - T cosα (4) n momen trục quay : d d sin  P .sin   T h.sin   T  mg (5) 2h.sin  p dụng định lý hàm sin tam gi c : 0,50 đ A α L C d B N 0,50 đ 0,25 đ http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 d L h d sin(   ) (6)    h sin  sin  sin(   ) sin  mg.d sin  mg.sin  sin  Từ , : T  (7) N 2sin(   ) 2sin(   )  cos  sin   Từ 4) : (8) f ms  mg 1   2sin(   )   Để có c n phải có ma s t nghỉ fms ≤ k.N ; với k hệ số ma s t Từ : Hay :  mg.cos  sin   mg.sin  sin  mg 1    k 2sin(   )  2sin(   )  2.sin  cos   sin  cos    k    sin  sin   tan  tan   L.sin  d  L2 sin   cos   d d 2 2 d  L sin  k  L.sin  tan  sin   Từ : Từ 10 : Bài 4: (4,00 điểm) 1) ch v n k c ch m c v n k ( điểm) Nếu hai điểm , 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 UAC = I13.R1 = 1,2.16 = 19,2V 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  Vôn kế chỉ: A B ng đ ng ch ampe k gi trị c c c 0,50 đ (9) 0,50 đ (10) 0,25 đ (11) 0,50 đ (12) (1) (2) (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) R1 R3 C R U AB U AB R R2  R1   Hay: R2  R4 R1  R3 R2 R1 R2 R4 B B RR 24.24 D R4    36 (7) R1 16 (H.5) 2) Đi n tr t (2,50 điểm) 0,50 đ (6) 0,25 đ 0,25 đ ng độ d ng n chi u d ng n http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Khi thay vôn kế ampe kế có RA = 12Ω cho R4 = 24Ω, ta có mạch cầu khơng cân Thay mạch sơ đồ mạch tương đương sử dụng chuyển mạch tam giác R1, R2, RA thành mạch - Điện trở RAO, RCO, RDO là: R3 RCO R1 R2 16.24 C RAO RAO    7,3846 (8) R1  R2  RA 16  24  12 O A 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) R4 D B B (H.5a) Điện trở: ROCB = RCO + R3 = 3,6923Ω + 24Ω = 27,6923Ω RODB = RDO + R4 = 5,5385Ω + 24Ω = 29,5385Ω Điện trở đoạn OB là: ROB  RDO B 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 - ường độ dòng điện qua c c điện trở ampe kế: U 48 Dòng qua mạch chính: I  AB  (15) 0,25 đ  2, 214 A R 21, 6774 Do đó: UOB = I.ROB = 2,214.14,2928 ≈ 31,644V (16) U 31, 644  1,1427 A + ường độ dòng điện qua R3: I  OB  (17) 0,25 đ ROCB 27, 6923 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 + Dòng qua R4 : Ta lại có: + 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 đến D (18) (19) 0,25 đ (20) 0,25 đ (21) 0,50 đ Bài 5: (2,00 điểm) - Khi dòng điện n định, cường độ dòng điện qua cuộn d y là: E (1) 0,25 đ I0  R - Khi khóa ngắt, mạch bắt đầu dao động Năng lượng mạch l c lượng từ trường: 2 E (2) 0,25 đ Wm  LI  L   2 r http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 - Trong qu trình dao động tụ điện tích điện đ n điện p cực đại U0 dòng điện triệt tiêu c lượng mạch lượng điện trường; với U0 = nE : 1 (3) 0,25 đ We  CU 02  C  n.E  2 - p dụng định luật bảo toàn lượng cho mạch dao động ta có: We = Wm 2 E L    C  n.E   L  Cn2 r r 1 - Mặt kh c chu k dao động : f   C 2 4 f L 2 LC nr Từ ta tìm được: C  L  2 fnr 2 f hay (4) 0,50 đ (5) 0,25 đ (6) 0,50 đ Bài 6: (3,00 điểm) ) Tính d d’ để Lmin (1,00 điểm) ( L1 ) Ta có sơ đồ tạo ảnh: S  S1' - Khi ảnh rõ màn, khoảng cách vật –màn khoảng cách L gi a vật thật ảnh thật Ta có: (1)  d  d’ Dễ dàng thấy L phải thoả mãn điều kiện: ≥ 4f (2) 0,50 đ Suy ra: Lmin = 4f = 96cm Vậy: d = d’ = min/2 = 48cm (3) 0,50 đ 2) Tìm f2 vẽ hình (2,00 điểm): ( L1 ) ( L2 ) Sơ đồ tạo ảnh: S  S1'    S2' Ta có: d1  d1'  48cm a) Vì vết s ng có đường kính khơng đ i 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: d2'    d2  f Mà: d2  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' 30.20  60cm Từ đó: f  2 '  d2  d2 10 0,50 đ + Nếu L2 thấu kính phân kì Lúc S2’ nằm khoảng gi a hai vị trí E, ta có: http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 D ' 40  d 2'  2 D d 2'  30 Vậy: 40 – d ’  2d ’ – 60  d 2'  100 cm 100 30 d d 2'  300cm  Từ đó: f  d  d 2' 30  100 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 ' Vậy:   2 D d2  d2 ' 30  d ' Suy ra: d2’ = 20cm > 0: điều vơ lí 0,50 đ Bài 7: (2,00 điểm) ) Thi t ập mạch n ph ng n ti n hành thí nghi m (1,00 điểm) - Mắc mạch điện theo sơ đồ thơng thường mạch kín bao gồm: Nguồn điện - mpe kế - ình điện ph n 0,50 đ - D ng mpe kế x c định dòng điện I chạy qua dung dịch điện ph n - D ng đồng hồ đếm thời gian để x c định thời gian t mà dòng điện qua - X c định khối lượng m chất b m vào điện cực: Bằng c ch d ng c n để đo khối lượng m1 điện cực trước mắc vào mạch, sau đo khối lượng m2 điện cực sau cho dòng điện qua chất điện ph n tính khối lượng: m = m2 - m1 (1) 0,50 đ 2) Lập c ng thức x c định độ n e n tích ngu n t : (1,00 điểm) - Gọi n hóa trị chất Số c c nguyên tử xuất điện cực: q It N  (2) ne ne - Mặt kh c: Gọi NA số vogadro, khối lượng mol chất ta có: m N  NA Số c c nguyên tử là: (3) A A I t A I t  - Từ ta tìm được: e  (4) n m.N A n (m2  m1 ).N A 0,50 đ 0,25 đ 0,25 đ http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 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 ph n phối điểm cho c c phần có ghi điểm bên lề phải đ p n - Ph n tích lực, ph n tích tượng to n phải rõ ràng, có hình vẽ minh họa có , lập luận đ ng, có kết đ ng cho điểm tối đa biểu điểm nói (Giám khảo tự vẽ hình) Ghi : Trên đ y biểu điểm t ng qu t phần, c u Trong qu trình chấm c c gi m khảo cần trao đ i thống để ph n điểm chi tiết đến 0,25 điểm cho phần, c u Học sinh làm không thiết phải theo trình tự Hướng dẫn chấm Mọi c ch giải kh c, kể c ch giải định tính dựa vào ý nghĩa vật lý đó, lập luận đ ng, có cứ, kết đ ng cho điểm tối đa tương ứng với bài, c u, phần hướng dẫn chấm http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word ... Hotline : 096.79.79.369 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH NĂM HỌC 201 1-2 012 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN : VẬT LÝ 1 2- THPT -( Gồm 06 trang) I SƠ LƯỢC... T  (4)   ( s)  20 10 - Pha ban đầu: - hu k : Ta có hệ thức: 0,25 đ 0,25 đ 0,25 đ 0,25 đ Tại t = 0, ta có: v0 = -Aωsinφ = 20 3cm / s (2) a0 = - ω2coφ = - 4m/s2 = -4 00cm/s2 (5) 0,50 đ a 400... ng n chi u d ng n http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Khi thay vơn kế ampe kế có RA = 12 cho