Đề thi HSG môn vật lý lớp 12 sở GDĐT thái nguyên năm học 2011 2012 file word có đáp án

Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 UBND TỈNH THÁI NGUYÊN SỞ GD&ĐT ĐỀ CHÍNH THỨC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LỚP 12 - MƠN: VẬT LÍ – Năm học 2011 - 2012 Thời gian: 180 phút - (Không kể thời gian giao đề) Bài Con lắc đơn gồm cầu nhỏ khối lượng m1 = 100g sợi dây lý tưởng chiều dài l = 1,0m Con lắc lò xo gồm lò xo có khối lượng l N không đáng kể, độ cứng k = 25 cầu nhỏ khối lượng m2 = m1 m m2 m1 k m (hình vẽ bên) Lấy g = 10 ;  = 10 Bố trí hai lắc cho hệ s cân lò xo khơng biến dạng, sợi dây thẳng đứng Kéo m1 lệch khỏi vị trí cân để sợi dây lệch góc nhỏ 0 = 0,1 rad thả nhẹ a/ Tìm vận tốc m2 sau va chạm với m1 độ nén cực đại lò xo Coi va chạm tuyệt đối đàn hồi (bỏ qua ma sát) b/ Tìm chu kì dao động hệ c/ Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc vận tốc theo thời gian lắc lò xo Chọn gốc thời gian lúc va chạm Bài Một sóng dừng sợi dây mà phương trình sóng có dạng u = a.cos(ωt).sin(bx) Trong u li độ dao động thời điểm t phần tử dây mà vị trí cân cách gốc toạ độ O khoảng x (x đo mét, t đo giây) Cho λ = 0,4m, f = 50Hz biên độ dao động phần tử M cách nút sóng 5cm có giá trị AM = 5mm a/ Xác định a b b/ Dây có hai đầu cố định có chiều dài 2,2m Hỏi có điểm dây có biên độ dao động 5mm Bài Một điểm sáng S đặt trục thấu kính hội tụ L1 có tiêu cự f1 = 25cm Người ta hứng ảnh S’ S E đặt vng góc với trục 1/ Xác định vị trí vật, thấu kính để khoảng cách vật – nhỏ 2/ Vị trí vật, màn, thấu kính giữ nguyên Đặt sau thấu kính L1 thấu kính L2 đồng trục với thấu kính L1 cách thấu kính L1 khoảng 20cm Trên thu vết sáng Hãy tính tiêu cự L2 điều kiện sau: a Vết sáng có đường kính khơng đổi tịnh tiến b Vết sáng có đường kính tăng gấp đơi tịnh tiến xa thêm 10cm Bài α Các hạt khối lượng m, mang điện tích q bay vào vùng khơng β gian hai tụ điện phẳng góc  so với mặt khỏi góc  (hình bên) Tính động ban đầu hạt, biết điện trường có cường độ E, chiều dài tụ d Bỏ qua hiệu ứng bờ tụ điện Bài Trong xy lanh thẳng đứng (thành đáy cách nhiệt) có hai pit-tơng: pitB tơng A dẫn nhiệt, pit-tông B cách nhiệt Hai pit-tông đáy xylanh tạo thành hai h ngăn, ngăn chứa mol khí lí tưởng đơn ngun tử có chiều cao h = 0,5m A Ban đầu hệ trạng thái cân nhiệt Làm cho khí nóng lên thật chậm h http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 cách cung cấp cho khí (qua đáy dưới) nhiệt lượng Q = 100J Pit-tơng A có ma sát với thành bình không chuyển động, pit-tông B chuyển động không ma sát với thành bình Tính lực ma sát tác dụng lên pit-tơng A === Hết === Thí sinh khơng sử dụng tài liệu http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 HƯỚNG DẪN CHẤM THI HSG VẬT LÍ 12 - Năm học 2011 - 2012 (gồm 03 trang) Điểm Bài (5,0đ) a) Gọi vận tốc m1 trước va chạm v0:  2 2 m1gh = m1gl(1 - cos0) = m1v => góc 0 nhỏ  - cos = 2sin  2 v0 =  gl = 0,314 (m/s) + Gọi v1, v2 vận tốc m1, m2 sau va chạm m1v0 = m1.v1+ m2.v2 (1) 1 (2) m1v 02 = m1v12 + m v 22 2 m1 = m2 nên từ (1) (2) ta có v0= v1+ v2 (3) 2 (4) v0  v1  v2 0,5 0,5 0,5 Từ (3) suy ra: v 02 = (v1+ v2)2 = v12 + v 22 + 2v1v2 So sánh với (4) suy ra: v1 = 0; v2 = v0 = 0,314 (m/s) + Như vậy, sau va chạm m1 đứng yên, m2 chuyển động với vận tốc vận tốc m1 trước va chạm m2 + Độ nén cực đại lò xo: kl2= m2v22  l = v2 = 0,02m = 2cm k 2 b) Chu kì dao động m2  0, 4s + Con lắc lò xo: T1=  k + Con lắc đơn: T2 =  0,5 0,5 l  2s g Chu kì dao động hệ: T = (T1 + T2) = (2 + 0,4) = 1,2 (s) 2 c) Đồ thị v0 Tại t = => v = v0 t = 0,1s => v = 0,2 t = 0,2s => v = -v0 0,1 t = 1,2s => v = v0 0,5 0,5 0,5 0,5 t(s) 1,2 1,3 0,5 Bài (5,0 đ) a/* Xác định b: - Phương trình sóng dừng dây: u = [a.sin(bx)].cos(ωt) = A.cos(ωt) 0,5 - Tại điểm nút thứ k có tọa độ xk: A = => sin(bxk) =  bx k  k  x k  0,5 k b    Khoảng cách hai nút liên tiếp sóng dừng nên xk+1 - xk=  b 2   Vậy b = cm-1  20 * Xác định a:  - Tọa độ điểm nút xk = k = 20k(cm) với k = 0, 1,  b - Xét phần tử M cách nút thứ k 5cm có AM = 5mm => a sin b(x k  5)  5mm http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word 0,5 0,5 0,5 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369  a sin bx k cos 5b  cos bx k sin 5b)  a sin 5b  0,5  a = (mm) 20  b/ Chiều dài dây: l = k max => kmax = 11 => có 11 bụng sóng, 12 nút sóng Giữa nút có điểm dđ với biên độ 5mm => Số điểm cần tìm 11.2 = 22 điểm 0,5 Thay b = 0,5 0,5 Bài (4,0 đ) 1/ Ảnh hứng tức ảnh thật, ta có: df 25d d'   d  f d  25 d2 Khoảng cách từ ảnh đến vật: l = d + d’ = d  25 2 d - l.d + 25.l = => Δ = l - 100.l ≥ => lmin = 100cm; d = 50cm L1 O1 S E1 L2 E2 0,5 O2 S’ 0,5 0,5 L1 2/ * Đặt thêm thấu kính L2 có vệt sáng không đổi dịch chuyển chứng tỏ chùm tia ló sau khỏi hệ thấu kính chùm tia song song (h.1) Tức d2 = f2 Mà d2 = O1O2 – d1’ = 20 – 50 = -30 cm Vậy L2 thấu kính phân kỳ có tiêu cự f2 = -30cm * Khi đặt thêm thấu kính L2 dịch chuyển xa 10 cm ảnh tăng gấp đôi Xảy hai trường hợp: Hoặc chùm tia ló chùm tia hội tụ phân kì TH1: Chùm tia ló phân kỳ(ảnh qua hệ ảnh ảo) (h.2) Qua hình vẽ ta thấy: ' D2 d  d  10    d 2'  20 => vô lý ' D d2  d2 h.1 O1 S O2 S’ S 2'' D1 D2 h.2 0,5 d2' d2 L1 O2 S E2 S’ S"2 h.3 d2 0,5 D1 D2 10 0,5 L1 O1 10 E1 L2 O1 TH2: Chùm tia hội tụ (ảnh qua hệ ảnh thật) Xảy hai trường hợp: a L2 thấu kính hội tụ: (h.3) Qua hình vẽ ta thấy D2 d  d1  10 40  d 2'      d 2'  20cm  f  60cm ' ' D1 30  d d2  d2 b L2 thấu kính phân kỳ (h.4) ' D2 d  d  10 40  d 2' 100   '   d 2'   f  300cm ' D1 d  30 d2  d2 E2 0,5 E1 L2 O2 E2 E1 L2 S’ S S''2 D1 D2 d2 d2 ' h.4 Bài (3,0 đ) 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 Gọi v1 vận tốc lúc hạt vào, động ban đầu bằng: W1  mv12 (1) Gọi v2 vận tốc lúc hạt khỏi tụ điện, : + Thành phần vận tốc vng góc với đường sức: v┴ = v2cos  v1cos = hs (2) F  P Eq + Thành phần vận tốc song song với đường sức thay đổi với gia tốc: a   g m m v//  Eq  v1  g  t (3) => v// = v sin    v1 sin   at   v1 sin    m  v// d v ┴ Trong đó: t  (4) v1co s 0,5 0,5 v┴ 0,5 v2 0,5 d  qE  mg  Thay v2 theo (2) t theo (4) vào (3) được: v1cos.tg   v1 sin      m  v1cos (qE  mg).d Suy ra: cos .tg   sin .cos  mv12 (qE  mg)d Do đó: W1  mv12  2cos   tg  tg  Nếu bỏ qua trọng lực: W1  q.E.d mv12  2 2cos   tg  tg  Bài (3,0 đ) Gọi nhiệt độ ban đầu hệ T0, nhiệt độ sau hệ T1, p0 áp suất ban đầu hệ Xét ngăn trên: Khí thu nhiệt lượng Q1 tăng nhiệt độ đẳng áp từ T0 đến T1: Q1 = Cp(T1 - T0) = (Cv  R)(T1  T0 )  ( R  R)(T1  T0 )  R(T1  T0 ) 2 Xét ngăn dưới: Khí thu nhiệt lượng Q2 nóng đẳng tích từ T0 đến T1: T Áp suất tăng từ p0 đến p1: p1  p T0 Q2  U  Cv (T1  T0 )  Q2  R(T1  T0 ) Q = Q1 + Q2  Q  4R(T1  T0 ) Lực ma sát F tác dụng lên pit-tông A là: F   p1  p  S p0 V0 R(T  T )  T1  T0   T0 h h Q 100 F   50N 4h 4.0,5 * Lưu ý: - Học sinh giải theo cách khác cho điểm tối đa - Điểm ý câu thay đổi phải trí tồn tổ chấm - Nếu thiếu từ đơn vị trở lên, trừ 0,5 điểm cho toàn thi - Bài 4: Nếu HS bỏ qua trọng lực mà giải trừ 0,5 đ cho toàn 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 F http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word 0,5 ... 096.79.79.369 HƯỚNG DẪN CHẤM THI HSG VẬT LÍ 12 - Năm học 2011 - 2 012 (gồm 03 trang) Điểm Bài (5,0đ) a) Gọi vận tốc m1 trước va chạm v0:  2 2 m1gh = m1gl(1 - cos0) = m1v => góc 0 nhỏ  - cos = 2sin ... ma sát tác dụng lên pit-tơng A === Hết === Thí sinh không sử dụng tài liệu http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline... 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 Gọi v1 vận tốc lúc hạt vào, động ban đầu bằng: W1  mv12 (1)