TRƯỜNG THPT ĐỒNG ĐẬU KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG LẦN LỚP 12 THPT NĂM HỌC 2019-2020 Môn: VẬT LÝ THPT Thời gian: 180 phút - không kể thời gian giao đề Ngày thi: 29/09/2019 Câu (1 điểm) Một xe chuyển động đường tròn nằm ngang bán kính R = 300 m, hệ số ma sát xe mặt đường µ = 0,3 Lấy g = 10 m/s2 Xác định tốc độ tối đa mà xe đạt để không bị trượt? Câu (1 điểm) Nồi áp suất có van lỗ tròn có diện tích lcm2 ln áp chặt lò xo có độ cứng k = 1300 (N/m) bị nén l cm Ban đầu áp suất khí 105 N/m2 nhiệt độ 27°C Hỏi để van mở phải đun đến nhiệt độ bao nhiêu? Câu (1 điểm) Electron đèn hỉnh vô tuyển phải có động vào cờ 40.10-20 J đập vào hình làm phát quang lớp bột phát quang phủ Để tăng tốc êlectron, người ta phải cho êlectron baỵ qua điện trường tụ điện phẳng, dọc theo đường sức điện, hai tụ điện có kht hai lỗ tròn trục có O đường kính Electron chui vào tụ điện qua lỗ chui lỗ Bỏ qua động ban đầu êlectron bắt đầu vào điện trường tụ điện Cho điện tích êlectron −1,6.10-19 C Khoảng cách hai tụ điện cm Tính cường độ điện trường tụ điện Câu (1 điểm) Cho mạch điện hình 3, R1 15, R2 10, (ĐỀ THI CÓ TRANG) R3 18, R4 9, hai đèn Đ1, Đ2 có điện trở Biết mắc hai đầu A B nguồn điện 30V , r1 2 nguồn điện 36V , r2 4 cơng suất mạch ngồi 72W hai bóng đèn sáng bình thường a) Tính cơng suất hiệu điện định mức đèn Dùng nguồn có lợi hơn? b) Thay hai nguồn điện nguồn điện , r3 cho hiệu suất nguồn 50% hai đèn sáng bình thường Tính , r3 Câu (1 điểm) Mơt lò xo nhẹ, có độ cứng k = 100 N/m treo vào F(N) điểm cố định, đầu treo vật có khối lượng m = 400 g Giữ vật vị trí lò xo khơng biên dạng bng nhẹ để vật dao động điều hòa dọc theo trục 20 16 lò xo Chọn trục tọa độ thẳng đứng, chiều dương hướng xuống, gốc thời gian 12 lúc buông vật Tại thời điểm t = 0,2 s, lực F thẳng đứng, cường độ biến thiên “theo thời gian biểu diễn đồ thị hình vẽ, tác dụng vào vật Biết điểm treo chịu lực kéo tối đa có độ lớn 20 N Tại thời điểm lò xo bắt đầu 0, 1, 1,8 2, 63, 44, t(s) rời điểm treo, xác định tốc độ vật? (Chú thích đồ thị t1 = 0,2s , t2 = 1,0s , t3 = 1,8s , t4 = 2,6s , t5 = 3,4s , t4 = 4,2 s) Câu (1 điểm) Một lò xo nhẹ có độ cứng 20 N/m, đặt mặt phẳng ngang dài, đầu cố định vào tường thẳng đứng, đầu lại gắn vật nặng m1 = 80 g Vật m 200g kim loại, mang điện tích 20 µC liên kết với m1 sợi dây cách điện không dãn dài 20 cm Hệ thống đặt điện trường nằm ngang, hướng xa điểm cố định lò xo có cường độ 20000 V/m Bỏ qua ma sát m1 với mặt phẳng ngang, hệ số ma sát m2 mặt phẳng ngang 0,1 Lấy π2 = 10 g = 10 m/s2 Tại thời điểm t = đốt sợi dây nối hai vật m1 dao động điều hòa Xác định khoảng cách hai vật kể từ lúc đốt dây đến thời điểm t = 1,25 s ? Câu (1 điểm) Một lắc lò xo dao động điều hồ theo phương ngang Từ vị trí cân kéo vật đoạn cm truyền cho vật vận tốc v0 hướng theo trục lò xo Biết hệ 20 mJ lực đàn hồi cực đại N Đầu cố định lò xo gắn vào điểm I Khoảng thời gian ngắn lần điểm I chịu tác dụng lực đàn hồi độ lớn N 0,1 s Tìm v0 Câu (1 điểm) Một lắc đơn gồm dây treo nhẹ không dãn, vật nặng có khối lượng m treo nơi có gia tốc trọng trường g 10m / s Kích thích cho vật dao động điều hòa với phương trình 0,15cos(2t )rad Lấy 10 a Tìm chiều dài dây treo tốc độ cực đại vật nặng b Tìm góc vectơ gia tốc vật phương thẳng đứng vị trí vật có li độ 0,1rad Cho hai dao động điều hòa phương, tần số có phương trình tương ứng x1 A1cos(t)cm; x A cos t cm , tần số góc khơng đổi Phương trình dao động tổng hợp hai dao động 3 x 3cos(t )cm Tìm giá trị lớn (A1 A ) , tìm Câu (1 điểm) Có số dụng cụ gồm cầu nhỏ có khối lượng m, lò xo nhẹ O có độ cứng k cứng nhẹ OB có chiều dài 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 B phương thẳng đứng góc α0 < 100 bng không vận tốc đầu Bỏ qua ma sát lực cản (H.2) Chứng minh cầu dao động điều hoà Cho biết: = 25cm, m = 100g, g = 10m/s2, k = 40N/m Tính chu kỳ dao động cầu Câu 10 (1 điểm) Cho nguồn điện chiều có suất điện động E với thiết bị sau: o Hai vôn kế khác nhau: V1 , V2 có điện trở hữu hạn o Một công tắc k o Các dây dẫn có điện trở nhỏ Hãy nêu phương án thí nghiệm (có giải thích) để xác định suất điện động nguồn điện - HẾT - HƯỚNG DẪN CHẤM Câu Đáp án + Các lực tác dụng lên xe gồm: Trọng lực P phản lực N lực ma sát nghỉ mặt đường Fmsn Xe chuyển động tròn đêu, suy Fmsn đóng vai trò lực hướng tâm Theo định luật II Niu-tơn, ta có: N P Fmsn ma Chiếu lên trục thẳng đứng: N P N P v2 Chiếu lên trục hướng tâm: Fmsn ma ht m 1 R + Ta có: Fmsn Fmst ( Fmst N : Lực ma sát trượt) v2 NR PR N v v v gR R m m v max gR 0, 3.10.300 30m / s F ks + Áp suất để van bắt đầu mở ra: p 1,3.105 N / m S S p0 p p + Ta có: T T0 390 t 1170 C T0 T p0 + Độ biến thiên động công ngoại lực: Wx Wt A qEd 1 m 40.1020 1, 6.1019 E 0, 01 E 500 V / m a) r.I I P + Trường hợp 1: + Trường hợp 2: (2đ) I A RN' 8 I 12 A RN' 0,5 I '1 A RN'' 8 I '2 A RN'' 2 + Do điện trở mạch ngồi khơng đổi nên RN 8, I A + Tính Rđ 12 + Đèn Đ1 U đ RN I 24V , Pđ 48W , I đ A U + Đèn Đ2 I đ 1A,U đ I đ Rđ 12V , Pđ 12W Rđ R12 R34 RN RN U U + Hiệu suất: H 80%, H 67% RN r1 RN r2 Nguồn lợi RN 50% r3 RN 8 RN r3 + Hai đèn sáng bình thường: I I đ I đ A ( RN r3 ) I 48V b) H U Điểm * Để lò xo rời điểm treo độ dãn lò xo: Fdh k 20 0, 20 m 100 * Biên độ lúc đầu: A0 0 mg cm k * Chu kỳ: T m 0, s T 0, s k * Lần lực tác dụng: Vật đến vị trí biên O2, lực F tác dụng làm dịch VTCB F xuống đoạn 4 cm k F Vật đứng yên O2 thời gian từ t = 0,2s đến t = 1s * Lần lực tác dụng: Vật đứng yên O2, lực F tác dụng làm dịch VTCB xuống đoạn F 12 cm k Vật dao động quanh O4 với biên độ Vật đến vị trí O5 (x = A/2) độ dãn cực đại lò xo 20 cm (lò xo đứt) vận tốc vật: v A 20 cm / s Q M O A/ P T/8 m1 Fms N x qE m2 * Theo ra: qE R Fm s kA m g 20.10 2000 20.A 0,1.0, 2.10 A cm * Chu kỳ m1 : T m1 0, 08 T 20 10 0, 4(s) t 1, 25 s 3T k 20 Lúc m1 cách O A / 0, * Vật m2 chuyển động nhanh dần với gia tốc: a qE m g m / s , đến thời m2 điểm t = 1,25 s quãng đường S2 at 0,78125 m 78,125 cm nghĩa cách O đoạn : 99,125 0, 98, 42cm kA kA 2W 40.103 (1) Lực đàn hồi cực đại: Fdh (max) kA (2) Cơ lắc: W (1) (2) => A = (cm) Ta có Fn Fk F(max) 0,1 = T/6 10 (rad / s) 10 2 Vận tốc v A x (cm / s) T = 0,6 (s) => a g g 0, 25m 0,25 0,25 3 m / s 0, 24m / s 40 b - Tại vị trí có li độ góc 0,1rad a t 2 1m / s v max g 0,25 a ht a - Vậy góc cần tìm : 1,54644rad 88, 60 - Hoặc : 0,25 2 v v 32 g v2 a ht m / s2 - Từ hình vẽ, ta có a tan t 1, 44644rad a ht 0,25 (Chỉ cần nghiệ m) at 1,595rad 91, 40 - Áp dụng định lý sin cho tam giác ta A A A A1 A sin sin sin sin sin - Từ hình vẽ, ta có A2 A sin O (A1 A ) A /3 A1 ( ) cos sin sin 4.2.sin / 3 (A1 A ) 4.2.sin cos Do cos A1 A max 4.2 8cm Khi cos 1 Từ hình vẽ, ta có 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) Chọn gốc VTCB: Et Et mgh mgl (1 cos ) mgl Do x mg nên Et x l 2l 2 (8) mv kx mg E Et1 Et Ed x co n s t 2 2l Cơ toàn phần hệ: (9) Lấy đạo hàm bậc E theo thời gian: mg Et ' mvv ' kxx ' x ' l k g Vì v = x’, v’ = x’’ nên : x '' x hay x " + x = (10) m l Vậy cầu dao động điều hồ với tần số góc: (11) k = mω2 = 0,1.400 = 40N/m - Ta lại có: k g 40 10 440(rad / s ) m l 0,1 0, 25 Vậy: 2 (12 0,3s 440 - Lập sơ đồ mạch điện: sơ đồ 1, sơ đồ 2, sơ đồ 3, hình vẽ - Lần lượt mắc ba mạch điện đọc số sơ đồ: U1 , U2 , U1, U2 Chu kì dao động: 10 k g m l T 2 E ,r E ,r I1 k k V1 V2 E ,r I2 Sơ đồ Sơ đồ k V1 V2 Gọi: + E , r suất điện động, điện trở nguồn điện Sô ñoà + RV , RV điện trở hai vôn kế V1 , V2 - Từ sơ đồ 2, ta có: I1 U1 U ; I2 RV RV E U1 rI1 U1 r U1 U E U1 r RV RV (2) U2 U E U2 r RV RV (3) E U2 rI U2 r (1) 2 - Sơ đồ thứ 3, hai vôn kế mắc nối tiếp ta có: U2 RV2 U1 RV Từ (2), (3) (4) ta có: U1U2 U1 U2 E U1 U RV U RV U U r E E U2 RV rU2 U2 RV U2 U1 U1U2 U2U1 1 Lặp lại thí nghiệm, lập bảng xử lí số liệu (4) ... 390 t 11 70 C T0 T p0 + Độ biến thi n động công ngoại lực: Wx Wt A qEd 1 m 40 .10 20 1, 6 .10 19 E 0, 01 E 500 V / m a) r.I I P + Trường hợp 1: + Trường... điện trở hai vôn kế V1 , V2 - Từ sơ đồ 2, ta có: I1 U1 U ; I2 RV RV E U1 rI1 U1 r U1 U E U1 r RV RV (2) U2 U E U2 r RV RV (3) E U2 rI U2 r (1) 2 - Sơ đồ thứ 3,... M O A/ P T/8 m1 Fms N x qE m2 * Theo ra: qE R Fm s kA m g 20 .10 2000 20.A 0 ,1. 0, 2 .10 A cm * Chu kỳ m1 : T m1 0, 08 T 20 10 0, 4(s) t 1, 25 s