Đề thi HSG môn Vật lý 12 có đáp án năm học 2019-2020 trường THPT Trần Quốc Tuấn

Website HOC247 cung cấp một môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thông minh , nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm [r]

TRƯỜNG THPT TRẦN QUỐC TUẤN KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 NĂM HỌC 2019 -2020

ĐỀ CHÍNH THỨC ĐỀ THI MƠN: Vật lý

Thời gian: 180 phút, không kể thời gian giao đề (Đề thi có 02 trang)

Câu 1. (5,0 điểm)

Người ta dùng miếng gỗ nhỏ A có khối lượng mA để khảo sát thí nghiệm học đơn giản

Miếng gỗ A đặt chồng lên miếng gỗ B khác có khối lượng mB trượt mặt phẳng nghiêng góc α so với mặt phẳng nằm ngang hình vẽ (H 1) Hệ số ma sát hai miếng gỗ μ, miếng gỗ B mặt phẳng nghiêng μ1 a Miếng gỗ B chuyển động nhanh miếng gỗ A khơng ? Giải thích

b Hãy so sánh hệ số ma sát từ kết luận câu a

Miếng gỗ A đặt mép đĩa nằm ngang, bán kính R Đĩa quay trịn với tốc độ góc

ω = εt, ε gia tốc góc khơng đổi Tìm thời điểm để miếng gỗ A văng khỏi đĩa, biết hệ số ma sát miếng gỗ A đĩa μ2

Câu (4,0 điểm)

Một mol khí lý tưởng thực chu trình biểu diễn hình chữ nhật hình vẽ (H 2) Đường thẳng – qua gốc O, hai điểm nằm đường đẳng nhiệt Biết thể tích: V1 = V4 = 6,31 dm3;

4

2

p

V O

H α B

A

áp suất: p1 = p2 = 3.105 Pa; p3 = p4 = 105 Pa Cho R = 8,31 J/mol.K

Tính nhiệt độ T1, T2, T3 T4 trạng thái Vẽ đồ thị p – T V – T

Câu 3.(3,0 điểm)

Một động điện chiều có điện trở r = 20 Ω Một sợi dây không co giãn có đầu vào trục động cơ, đầu buộc vào vật có khối lượng m = 20 kg Vật trượt khơng ma sát mặt phẳng nghiêng làm với mặt phẳng nằm ngang góc  300 hình vẽ (H 3) Khi cho dịng điện có cường độ I = A qua động kéo vật lên theo mặt phẳng nghiêng với tốc độ không đổi v = m/s

Tính hiệu suất động

Bộ nguồn cung cấp cho động gồm nhiều ắc quy, có suất điện động E = 36 V điện trở r0 = 3.6 Ω

Hãy tìm cách mắc nguồn để động kéo vật mà dùng số ắc quy Tính số ắc quy

Cho g = 10 m/s2 bỏ qua khối lượng sợi dây

Câu (5,0 điểm)

Một bể nhỏ hình hộp chữ nhật có chứa nước (chiết suất n

 ) Thành bể phía trước thủy tinh có độ dày khơng đáng kể; thành bể phía sau gương phẳng (mặt phản xạ tiếp xúc với nước); khoảng cách hai thành bể a = 40 cm Trong bể có vật sáng AB đặt thẳng đứng cách thành bể phía trước phía sau Đặt thấu kính hội tụ L trước bể E sau L để thu ảnh vật

 m



.

(hình vẽ H 4) Người ta thấy có hai vị trí cách khoảng cm cho ảnh rõ nét có độ lớn 4,5 cm cm

Tính tiêu cự thấu kính

Tìm khoảng cách từ thấu kính đến thành bể phía sau Tính độ cao vật

Câu (3,0 điểm)

Hạt nhân phóng xạ 1124Na phân rã  với chu kỳ bán rã T = 15 tạo hạt nhân ZAX Viết phương trình phân rã phóng xạ xác định hạt nhân ZAX

Cho hạt nhân 1124Na đứng n Tính lượng giải phóng phân rã

Biết khối lượng nguyên tử: m(1124Na) = 23,990963 u; m(

A

ZX) = 23,985042 u, cho 1u = 931,5 MeV/c2

Để xác định thể tích máu thể bệnh nhân người ta tiêm vào máu người cm3 dung dịch có chứa 1124Na với nồng độ 5.10-4 mol/lít

a Tính số gam 1124Na đưa vào máu bệnh nhân

b Tính lượng chất phóng xạ 1124Nacịn lại máu bệnh nhân sau

thể bệnh nhân tìm thấy chứa 7,5.10-9 mol chất 1124Na

Giả thiết lượng chất phóng xạ phân bố tồn thể tích máu bệnh nhân

……… HẾT………

• Thí sinh khơng sử dụng tài liệu

• Giám thị khơng giải thích thêm

ĐÁP ÁN

Câu 1 (5,0 điểm)

Miếng gỗ A đặt chồng lên miếng gỗ B khác có khối lượng mB trượt mặt phẳng

nghiêng

a Miếng gỗ B chuyển động nhanh miếng gỗ A khơng ? Giải thích

Chọn chiều dương hướng xuống theo mặt phảng nghiêng Giả sử gia tốc aB > aA (miếng gỗ B chuyển động nhanh hơn) - Vật B chịu tác dụng lực:

+ trọng lực PB

+ lực ma sát vật B mặt phẳng nghiêng FmsB

+ lực ma sát hai vật F

+ phản lực mặt phẳng nghiêng lên B làNB Ta có phương trình định luật Niu tơn cho chuyển động vật B:

PBNB F FmsB maB (1)

+

B A

Chiếu (1) lên phương mặt phẳng nghiêng, để ý F FmsBhướng lên, chiều dương hướng xuống: mBgsinα – FmsB – F = mBaB (2)

với: FmsB = μ1.(NA + NB); F = μ.NA - Vật A chịu tác dụng lực: + trọng lực PA

+ lực ma sát hai vật F(hướng xuống vật B chuyển động nhanh vật A nên kéo A xuống) + phản lực vật B lên vật A NA (3)

Ta có phương trình định luật Niu tơn cho chuyển động vật A: PA F NAm aA A (4)

Chiếu (4) lên phương mặt phẳng nghiêng, chiều dương hướng xuống: mAgsinα + F = mAaA (5)

Từ (2), ta suy ra: msB B

B

F F

a gsin

m

 

  (6)

Từ (5), suy ra: A

A

F a gsin

m



  (7)

Từ (7) (6), suy rằng: aA > aB, trái với giả thiết Vậy miếng gỗ B chuyển động nhanh miếng gỗ A (8)

b So sánh hệ số ma sát từ kết luận câu a

Theo câu a, ta giả thiết aA > aB, chiếu hệ thức (1) lên mặt phẳng nghiêng, để ý F hướng xuống: mBgsinα – FmsB + F = mBaB (9)

Từ (10) (9), suy gia tốc:

msB B

B

F F

a gsin

m

 

  (11)

A

A

F a gsin

m



  (12)

Từ (10) (11), để aA > aB phải có: msB

B A

F F F

m m

 

Hay: 1NA NB NA NA 1 A cos B cos  A cos A cos

B A B A

m g m g m g m g

m m m m

          

  

Do đó: 1 

1

A B A

B

m m m

m

 

  

 

   (13).

2 Tìm thời điểm để miếng gỗ A văng khỏi đĩa

- Chuyển động tròn khơng nên vật có gia tốc tiếp tuyến:

at v R t R

t t

 

 

  

  (14 gia tốc pháp tuyến: an 2RR t2 (15)

từ (15) (14), ta có gia tốc toàn phần:

a an2at2 R 12 4t (16)

Lực làm vật A chuyển động với đĩa lực ma sát nghỉ, có giá trị cực đại μ2mAg

F m aA m RA  12 4t 2m gA (17)

Từ (17) ta suy ra:

2 2

2 4

2 2 2

1

1 t g t g

R R

 



  

 

      

2 2

2

1

1 g t

R



 

  (19)

Với điều kiện: 2 R g



  (20)

Câu (4,0 điểm)

1 Tính nhiệt độ T1, T2, T3 T4 (1,5đ) -Ta có:

5

4

4 4

10 6,31.10 76 8,31

p V

p V RT T K

R



     (21)

- Quá trình – đẳng tích, nên:

5

1

4

3.10

76 228

10 p

T T K

p

   (22) - Theo giả thiết: T3 = T1 = 228K

- Đường thẳng – qua gốc O nên ta có liên hệ p = a.V

Do p2 = 3p4 nên V2 = 3V4 = 18,93 dm3 (23)

Vậy:

2

1

228.3 684 V

T T K

V

   (24)

2 Vẽ đồ thị p- T V – T:(2,5đ)

4

2

p

V O

Câu (3,0 điểm)

1 Tính cơng suất tiêu thụ điện hiệu suất động cơ (1,0đ)

Năng lượng tiêu thụ động chia làm hai phần: phần biến thành năng, phần biến thành nhiệt làm nóng động Vì cơng suất tồn phần động là:

Ptp = Pcơ + Pnhiệt Công suất kéo vật: Pcơ = T.v

Trong lực căng: sin

2 mg

TP   Pcơ = 400W (25)

Công suất tỏa nhiệt: Pnhiệt = I2.r = 500W (26) Công suất tiêu thụ điện là:

Pđ = Ptp = 400 + 500 = 900W (27) Hiệu suất động cơ: H% = Pcơ / Ptp 100% = 44,4% (28) 2 Tìm cách mắc nguồn điện (2,0đ)

Hiệu điện hai đầu động kéo vật:

180

tp

P U

I

  V (29)

tiếp: 36 3,6 b b

E nE n

nr n

r

m m

 

  (30) Theo định luật Ohm mạch kín:

3,

Ir 36 180 10

b b

n

E U n mn m n

m

       

10

n m

   (31)

Vì m, n phải nguyên dương nên ta xét nghiệm nguyên dương phương trình (31)

Tổng hai số số 10 n ,

1

m số, tích cuả hai số cực đại hai số nhau, nghĩa 10

n

m cực đại (do m.n phải cực tiểu)

10

n  m (32) Ta có hệ phương trình:

(33)

Vậy nguồn gồm dãy cần dùng 10 ắc quy Bộ gồm 10 ắc quy nối tiếp (34)

Câu (5,0 điểm)

1 Tính tiêu cự thấu kính:

- Sơ đồ tạo ảnh:

+ Ảnh thứ nhất: tạo qua mặt song song thấu kính ABBMSSA B' 'TK A B'' '' (35)

O’ a E L O B Â

+ Ảnh thứ hai: tạo qua mặt song song, gương phẳng, mặt song song, thấu kính

1 2 3

4

BMSS GP BMSS

TK

AB A B A B A B

A B

  

 (36)

- Lần lượt xét tạo ảnh: + Với ảnh thứ nhất:

Ảnh A’B’: có độ lớn vật AB, dời theo chiều truyền tia sáng (về phía TK L), khoảng:

e 1 201 5( )

4 cm

n

 

    

  (37) Vậy khoảng cách từ ảnh A’B’ đến thấu kính

d = a/2 - ℓ + OO’ = 15 + OO’ (38)

Ảnh A’’B’’ tạo qua thấu kính: 1 ' '

df d

f  d d   d f Độ cao ảnh: A B'' '' ABd' 4,5cm

d

  (39)

+ Với ảnh thứ hai:

Ảnh A1B1 tạo qua BMSS nước có độ cao vật AB, dời lại gần gương phẳng theo chiều truyền tia sáng khoảng:

e 1 201 5( )

4 cm

n

 

    

 

Vậy khoảng cách từ ảnh A1B1 đến gương là:

20 – = 15 cm (40)

Qua gương phẳng, vật A1B1 cho ảnh A2B2 áo, A1B1 cách gương 15 cm cách thấu kính khoảng: 15 + 40 + OO’ = 55 + OO’ (cm) (41)

thấu kính khoảng:

' a 1 401 10( )

4 cm

n

 

    

  (42)

Vậy ảnh A3B3 cách thấu kính:

d4 = 55 +OO’ – 10 = 45 + OO’ (cm) = d + 30 (cm) (43)

Ảnh A4B4 tạo qua thấu kính: 4

4

' d f d

d f 



Độ cao ảnh: 4

4

' d A B AB cm

d

  (44)

Từ trên, ta có giả thiết là: d4’ = d’ – (45)

ta có, từ (43) (45)

  

   

4

4

30 ' '

'

' ' 30 '

d d

d d d d

f

d d d d d d

 

  

     (46)

Từ (39), (43),(44) (45):  

  4 4 ' ' ' 30 ' ' 1,

' ' '

30

d d

AB d d

A B d d

d d

A B d d

AB d d        

Hay: d.d’ + 30d’ = 1,5d.d’ – 6d => d’(0,5d – 30) = 6d

Từ đó: ' 12

0,5 30 60

d d

d

d d

 

  (47)

Thay (47) vào (46):

        2

12 240

12 30 4 30

12

60 60

60

12 12 48 240

30 30

60 60 60

d d

d d d

d

d

d d

d

d d d d d

d d d

d d d

                                           Biến đổi:    2

12 8( 30) 2( 30)

3 156 36 2880

48 52 30 48 52

d d d d

d d d d

d d d d d

 

       

    

Ta có phương trình xác định d: d2

– 120d + 2880 = (48)

Phương trình (37) có nghiệm: 60 26,833

hay d = 86,833 cm d = 33,167 cm (49) Ta loại nghiệm d = 33,167 cm cho d’ <

Vậy: ' 12.86,833 38,833 86,833 60

d   cm

 (50)

Suy tiêu cự thấu kính:

86,833.38,833 26,833 86,833 38,833

f   cm

 (51)

2 Khoảng cách từ thấu kính đến thành bể phía sau:

x = a + OO’ = a + d – 15 = 40 + 86,833 – 15 = 111,833 cm(52) 3 Độ cao vật AB:

4,5 4,5 10, 06 ' 38,833

86,833

AB cm

d d

   (53)

Câu (3,0 điểm)

Viết phương trình phân rã phóng xạ xác định hạt nhân ZAX

1124Na 01e 1224Mg

 



   (54)

2 Tính lượng giải phóng phân rã. Q = (mNa – mMg).c2 = (23,990963 - 23,985042).931,5 =

= 5,5154115 MeV (44)

3

a Tính số gam 1124Na đưa vào máu bệnh nhân.

m0 5.10 mol.9.10 3lit 45.10 7mol 10,8.10 5g lit

   

   (55)

0.693 5 15 10,8.10

t

mm e   e 8,57238.10-5 g (56)

c.Tính thể tích máu thể bệnh nhân

- Trong cm3 máu bệnh nhân có chứa lượng 1124Nalà: m’ = 7,5.10-9 24 = 180.10-9 = 18.10-8 g (57)

- Lượng chất 1124Na lại thể sau 5h m = 8,57238.10-5 g Vậy thể tích máu thể

bệnh nhân là:

5

3 3

8

8,57238.10

.9( ) 4, 28619.10 ( ) 4, 2862(lit) 18.10

V cm cm

 

   (58)

Website HOC247 cung cấp môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thơng minh, nội dung giảng biên soạn công phu giảng dạy giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi kiến thức chuyên môn lẫn kỹ sư phạm đến từ trường Đại học trường chuyên danh tiếng

I. Luyện Thi Online

- Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ Trường ĐH THPT danh tiếng xây dựng khóa luyện thi THPTQG các mơn: Tốn, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học Sinh Học

- Luyện thi vào lớp 10 chun Tốn: Ơn thi HSG lớp 9 luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán trường

PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An trường Chuyên khác

TS.Trần Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo Thầy Nguyễn Đức Tấn.

II. Khoá Học Nâng Cao HSG

- Tốn Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Toán Nâng Cao, Toán Chuyên dành cho em HS THCS lớp 6, 7, 8, u thích mơn Tốn phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập trường đạt điểm tốt kỳ thi HSG

- Bồi dưỡng HSG Toán: Bồi dưỡng phân mơn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học và Tổ Hợp dành cho học sinh khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam

Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn đôi HLV đạt thành

tích cao HSG Quốc Gia

III. Kênh học tập miễn phí

- HOC247 NET: Website hoc miễn phí học theo chương trình SGK từ lớp đến lớp 12 tất môn học với nội dung giảng chi tiết, sửa tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú cộng đồng hỏi đáp sôi động

- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp Video giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa tập, sửa đề thi miễn phí từ lớp đến lớp 12 tất môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học Tiếng Anh

Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai

Học lúc, nơi, thiết bi – Tiết kiệm 90%

Học Toán Online Chuyên Gia