Đề thi HSG môn vật lý lớp 12 lần 2 sở GDĐT ninh bình năm học 2012 2013 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 TỈNH NINH BÌNH ĐỀ THI CHÍNH THỨC ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 12 THPT Kỳ thi thứ hai - Năm học 2012 – 2013 Mơn: VẬT LÍ Ngày thi 18/12/2012 (Thời gian 180 phút, không kể thời gian phát đề) (Đề thi gồm 05 câu, 01 trang) Câu (4,0 điểm): Một xi lanh cách nhiệt cố định nằm ngang (hình v 1) chia làm phần pittông cách nhiệt có bề dày khơng đáng kể, khối lượng m, nối với thành bên phải lò xo nhẹ nằm ngang dịch chuyển khơng ma sát xi lanh Phần bên trái chứa mol khí lí tưởng đơn nguyên tử, phần bên phải chân Hình khơng Lò xo có chiều dài tự nhiên chiều dài xi lanh 1) Xác định nhiệt dung hệ Bỏ qua nhiệt dung xi lanh, pittơng lò xo 2) Giả sử chiều dài tự nhiên lò xo ngắn chiều dài xi lanh, pittơng giữ vị trí ứng với chiều dài tự nhiên lò xo Khi thả pittơng tự vị trí cân thể tích khí tăng lên gấp lần So sánh nhiệt độ áp suất khí xi lanh ứng với pittơng hai vị trí 3) Dựng đứng xi lanh lên cho phần chứa khí bên Khi pittơng vị trí cân cách đáy xi lanh khoảng h Xác định độ dịch chuyển pittông nhiệt độ khí xi lanh tăng từ T1 đến T2 Câu (4,0 điểm): Một sợi dây đàn hồi AB dài l  10m căng thẳng nằm ngang Đầu B cố định, đầu A gắn với cần rung để dao động theo phương thẳng đứng với phương trình uA = 2sin(πt) (cm) Tốc độ truyền sóng dây 2m/s, sóng truyền tới đầu B phản xạ trở lại Gọi M trung điểm AB Tại thời điểm t = đầu A bắt đầu dao động 1) Sau thời gian ngắn kể từ A bắt đầu dao động M có li độ 2cm có li độ 4cm? V hình dạng sợi dây m i trường hợp 2) Tìm điểm sợi dây có li độ thời điểm t = 8,5s? Câu (4,0 điểm): Cho hệ hai thấu kính L1 L2 đặt đồng trục cách l  30cm, có tiêu cự f1  6cm f  3cm Một vật sáng AB  1cm đặt vng góc với trục chính, A nằm trục trước L1 cách L1 khoảng d1 nh vật AB qua hệ A’B’ 1) Cho d1  15cm Xác định vị trí, tính chất, chiều độ cao ảnh A’B’ 2) Xác định d1 để hốn vị hai thấu kính vị trí ảnh A’B’ khơng đổi Câu (4,0 điểm): C A B Cho mạch điện hình v Điện áp hai đầu đoạn mạch N u AB  150cos(100t) (V) Bỏ qua điện trở dây nối khố K, L,r V điện trở Vơn kế vơ lớn R K 1) Khi khóa K đóng: UAM = 35V, UMN = 85V, công suất tiêu thụ đoạn mạch MN PMN = 40W Tính R, r, L? M 2) Khi khóa K mở, điều chỉnh điện dung C để điện áp hiệu dụng hai Hình tụ điện đạt cực đại UCmax Tìm C, UCmax điện áp hiệu dụng UAM, UMN đó? 3) Khi khóa K mở, điều chỉnh C để số Vơn kế nhỏ nhất? Tìm C số Vơn kế đó? Câu (4,0 điểm): m K Vật nặng có khối lượng m nằm mặt phẳng nằm ngang, gắn vào F đầu lò xo có độ cứng K, đầu lò xo gắn vào điểm cố định A Từ A thời điểm đó, vật m bắt đầu chịu tác dụng lực F không đổi hướng theo trục lò xo hình v Bỏ qua ma sát vật m mặt phẳng nằm ngang 1) Hãy tìm quãng đường mà vật m thời gian hết quãng đường kể từ bắt đầu tác dụng lực F vật m dừng lại lần thứ Hình M K m F Hình http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 2) Nếu đầu lò xo khơng gắn vào điểm A mà gắn với vật khối lượng M hình v Hệ số ma sát M mặt phẳng ngang  Hãy xác định độ lớn lực F để vật m dao động điều hòa ========== HẾT ========== Họ tên thí sinh:………………………………………; Số báo danh:……………………… Chữ ký giám thị 1:…………………………… ; Chữ ký giám thị 2:……………… 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 TỈNH NINH BÌNH HƯỚNG DẪN CHẤM THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT Kỳ thi thứ hai - Năm học 2012 – 2013 Mơn: VẬT LÍ Ngày thi 18/12/2012 (Thời gian 180 phút, không kể thời gian phát đề) (Hướng dẫn chấm gồm 05 câu, 05 trang) Câu Nội dung Điểm 1) Tìm nhiệt dung khí (1,0 điểm) (4 điểm) Giả sử truyền cho hệ nhiệt lượng Q Gọi T1 nhiệt độ ban đầu khí, T2 nhiệt độ khí sau truyền cho nhiệt lượng Q Vì bỏ qua ma sát nên theo ngun lí I ta có: U  Q  A  Q  U  A  3R K  T2  T1    x 22  x12  2 1 K độ cứng lò xo, x1 x độ nén lò xo ứng với nhiệt độ T1, T2 0,25 Từ điều kiện cân pittông suy ra: P F Kx PS  x S S K (2) Theo phương trình trạng thái: PV  RT  P  thay (3) vào    x  Vậy: x22  x12  0,25 RT RT (3)  V S x RT K 0,25 R K R T2  T1    x22  x12   T2  T1  K 2 Thay vào 1  Q  U  A  2R  T2  T1   2RT 0,25 Q  2R Nhiệt dung hệ là: C  T So s nh nhiệt độ p suất khí xi lanh ứng với hai v trí pittông (2,0 điểm So s nh nhiệt độ (1,5 điểm) Theo nguyên lý I nhiệt động lực học có: 0,5 U  Q  A Q = (đoạn nhiệt)  U  A  1 U  Kx  0; Kx  P2S Kx RT2 (2) P2 V2  RT2 ; V2  2Sx   RT 3R thay (2) vào (1)   T2  T1    6T1   T2  T1   T2   T2   T1  Nhiệt độ giảm http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word 0,5 0,25 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 * So s nh p suất (0,5 điểm) V V2  P1  RT1 ; P2 V2  RT2 2 P1 T1 7      P2  P1  Vậy áp suất giảm P2 T2 V1  0,25 0,25 X c đ nh độ d ch chuyển pittơng tăng nhiệt độ khí xi lanh từ T1 đến T2 (1,0 điểm) Giả sử khí nhận nhiệt lượng Q để tăng nhiệt độ từ T1 đến T2 Theo nguyên lý I: U  Q  A  Q  U  A (1) Q = C T = 2R(T2 – T1) (2) U = 3R (T2  T1 ) (3) Chọn gốc hấp dẫn Wt= VTCB Ta có : A  k (h  x)2  h   mgx (4)   Thay (2) , (3) , (4) vào (1) ta được: 3R 2R(T2  T1 )  (T2  T1 )  k(x  2hx)  mgx 2 (vì khí thực cơng nên A < 0) 1  kx  (kh  mg)x  R(T2  T1 )  (5) 2 0,25 x mg 0,25  mg  Fdh  P.S + Ở thời điểm khí có nhiệt độ T1 : F  k.h  dh  RT PV  RT1  PSh  RT1  PS  h  suy ra: mg  kh  RT1  k  RT21  mg (6) h Thay (6) (5) ta có : h ( 0,25 h RT1 mg 2RT1  )x  x  R(T2  T1 )  h2 h h RT1  ' h x RT1 mg  h2 h  '  ( RT1 RT1 mg ) (  )R(T2  T1 ) h h h 1) Xác đ nh thời gian ngắn vẽ hình dạng sợi dây (2,5 điểm (4 điểm) * Thời gian ngắn kể từ điểm A bắt đầu dao động, điểm M có li độ cm xảy AB chưa có sóng dừng  Khi phương trình sóng M: uM = 2sin(πt – 0,5.π l /v) = 2sin(πt – 5π/2) (với t ≥ l /2v = 10/4 = 2,5s) * Các thời điểm M có uM = 2cm nghiệm t phương trình: uM = 2sin(πt – 5π/2) = 2(cm), với t ≥ 2,5s  t = 1+ 2k (k nguyên) ; t ≥ 2,5s suy ra: k = 1,2,3…   tmin = 1+ 2kmin = 3s * Tại thời điểm t = 3s, sóng sợi dây trưyền quãng đường AC = v.t = 2.3 = m Hình ảnh sợi dây hình v : u (cm) http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word A 0,25 0,5 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 0,5 * Thời điểm nhỏ M có li độ cm xảy AB có sóng dừng Khi phương trình sóng tạ M: uM = 2sin(πt – π l /2v) – 2sin(πt – π.3 l /2v) = 4cos(πt – 5π) (cm) với t ≥ l /2v = 7,5s Các thời điểm M có uM = 4cm nghiệm t phương trình: uM = 4cos(πt – 5π) = 4(cm), với t ≥ 7,5s  t’ = + 2k (k nguyên) với t’ ≥ 7,5s , suy ra: k = 2,3  t’min = 5+ = 9s * Tại thời điểm t’ = 9s, sóng truyền quãng đường s = v.t’ = 18m = AB + BD, với BD = 8m Vậy AD có sóng tới, DB có sóng dừng: 0,5 u(cm) A M D 0,5 B Tìm điểm sợi dây có li độ thời điểm t = ,5s (1,5 điểm * Tại t = 8,5s sóng truyền quãng đường s = v.t = 17m < 2.AB  dây có đoạn: từ A đến K có sóng tới (AK = 3m) Từ K đến B có sóng dừng (KB = 7m) 10 A (4 điểm K M 0,5 B * Trên AK: vị trí N thoả mãn (AN = x) uN = 2sin(π.8,5 – πx/2) = 0; (0 ≤ x < 3m) 0,5  xN = 1m * Trên KB: vị trí P thoả mãn (AP = x, 3m ≤ x ≤ 10m ) : uP = 2sin(πt – πx/2) – 2sinπt – π(2 l - x)/2  uP = 4sinπ( l - x)/2.cos(πt - π l /2) (cm) Tại thời điểm t = 8,5s, ta có 0,5 uP = 4cos(3,5π).sinπ(10 - x)/2 = với x (3m ≤ x ≤ 10m)  tất điểm từ K tới B có li độ 1) Cho d1  15cm X c đ nh v trí, tính chất, chiều độ cao nh B (2,0 điểm Khi d1 = 15 cm  d1 = d1 f1 6d1   10cm d1  f1 d1 - http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 d = l - d1'  30  10  20cm d2 f2 60 d2 =  d2  f2 23 0,5 2, 6cm   A’B’ ảnh ảo cách L2 khoảng 2,6 cm Độ phóng đại: k = 0,5 f1 f - d2 =