Đề thi học sinh giỏi môn Vật lí lớp 12 cấp tỉnh năm 2020-2021 có đáp án - Sở GD&ĐT Thanh Hóa

Đề thi học sinh giỏi môn Vật lí lớp 12 cấp tỉnh năm 2020-2021 có đáp án - Sở GD&ĐT Thanh Hóa giúp các em học sinh củng cố, rèn luyện và nâng cao kiến thức. Đồng thời đây còn là tài liệu tham khảo dành cho giáo viên, phục vụ công tác đánh giá, phân loại năng lực của học sinh.

SỞ GD & ĐT THANH HÓA TRƯỜNG PT TRIỆU SƠN ĐỀ KSCL ĐỘI TUYỂN DỰ THI HSG CẤP TỈNH NĂM HỌC 2020 – 2021 Môn: VẬT LÝ – LỚP 12 THPT Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Đề có 10 câu, gồm 02 trang Câu (2 điểm): Một lắc lò xo dao động điều hòa theo phương ngang với dao động J lực đàn hồi cực đại 10 N, bỏ qua ma sát Mốc vị trí cân Gọi Q đầu cố định lò xo với giá đỡ, khoảng thời gian ngắn lần liên tiếp Q chịu tác dụng lực kéo lị xo có độ lớn 0,1 s Quãng đường lớn mà vật nhỏ lắc được 0,4 s bao nhiêu? Câu (2điểm): 2.1 Một lắc lò xo nằm cân mặt phẳng nghiêng góc 37 so với phương ngang Tăng góc nghiêng thêm 16 cân lị xo dài thêm cm Bỏ qua ma sát Tính tần số góc dao động riêng lắc 2.2 Con lắc đơn gồm quả cầu có khối lượng 400 (g), chiều dài dây treo l Kích thích cho lắc dao động mặt phẳng thẳng đứng Biết lực căng dây treo lắc vị trí biên 0,99 N Xác định lực căng dây treo vật qua vị trí cân ? Câu (2.0 điểm): Trên mặt chất lỏng, hai điểm A B đặt hai nguồn sóng dao động theo phương thẳng đứng π  u B = a 2cos  20πt + ÷  Tốc độ truyền  với phương trình dao động lần lượt là: u A = a1cos(20πt) sóng mặt chất lỏng 40cm/s biên độ sóng khơng thay đổi q trình truyền sóng Cho AB = 20 cm; a1 = 6mm a = 3mm Viết phương trình sóng trung điểm O AB Cho AB= 6,75λ a1 = a = a Trên đoạn AB, có hai điểm C D; C nằm đoạn AO; D nằm đoạn BO (với CO= λ; DO= 2,5λ) Hãy xác định số điểm vị trí điểm gần B dao động với biên độ cực đại pha với nguồn B đoạn CD Câu (2.0 điểm): Một nguồn điểm S phát sóng âm đẳng hướng khơng gian Hai điểm A, B cách 100 m nằm phương truyền sóng phía với S Điểm M trung điểm AB cách nguồn 70 m có mức cường độ âm 40 dB Biết cường độ âm chuẩn I o = 10-12 W/m2, tốc độ truyền âm khơng khí 340 m/s môi trường không hấp thụ âm Tính cơng suất nguồn âm lượng sóng âm vùng không gian giới hạn hai mặt cầu tâm S qua A B? Câu (2.0 điểm): Cho đoạn mạch nối tiếp hình H1( gồm A,X,M,Y,B) Trong hộp X, Y chứa linh kiện thuộc loại : điện trở, cuộn cảm tụ điện Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều uAB= 100 cos( 2π f t)(V) Lúc tần số f = 50Hz ,thì U AM= 200(V), UMB= 100 (V) ; I= 2A Giữ điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch giá trị linh kiện khơng đổi, tăng f lên q 50(Hz) cường độ dòng điện hiệu dụng mạch giảm Hỏi X, Y chứa linh kiện ? Xác định giá trị linh kiện A X M Y B H.1 Câu (2.0 điểm): Cho đoạn mạch AB gồm R, L, C mắc nối tiếp (hình H2) Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện 10-3 u AB = 220 2cos100πt(V), R = 50 3(Ω), L = (H), C = (F) π 5π áp xoay chiều C L R A M N B H Viết biểu thức cường độ dòng điện, biểu thức điện áp uMB Điều chỉnh C để công suất cả đoạn mạch đạt cực đại Tìm C giá trị cực đại công suất (H) C1 =μF π 9π Giữ nguyên , thay điện trở R R1 = 1000(Ω), điều chỉnh tụ điện C Giữ nguyên điện áp hiệu dụng nguồn, thay đổi tần số f đến giá tri f cho điện áp hiệu dụng UC1 hai bản cực tụ điện đạt cực đại Tìm f0 giá trị cực đại UC1 Câu (2.0 điểm): Trong vùng chân điện tích điểm q =16.10 - C đặt A a) Xác định cường độ điện trường điểm B cách A khoảng 30 cm b) Nếu đặt thêm B điện tích điểm q2 =4.10-6 C Xác định vị trí điểm M cường độ điện trường không Câu (2.0 điểm): E Cho mạch điện hình vẽ H3: nguồn điện E= 8V; r =1Ω; R1 R1 = 0,6Ω; R2 = 6Ω; R3 = 4Ω R2 R3 A B a) Tính cường độ dịng điện qua điện trở b) Tính cơng suất nguồn điện điện tiêu thụ điện trở R3 phút H Câu (2.0 điểm): Bằng phép vẽ , dựng ảnh vật thật AB qua thấu kính hình vẽ (H4) Nêu nhận xét ảnh vật AB qua thấu kính L= B A F O F’ H Câu 10 (2.0 điểm): Cho dụng cụ sau: Một cuộn chỉ, vật nhỏ có khối lượng 20g, đồng hồ Hãy trình bày giải thích phương án thí nghiệm để xác định gần diện tích phịng học bạn Coi lớp học gần hình chữ nhật Chú ý: Toàn lấy giá trị …………………… HẾT…………………… (Giám thị khơng giải thích thêm) SỞ GD & ĐT THANH HÓA Câu Câu ( điểm) ĐỀ KHẢO SÁT HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2020 – 2021 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN VẬT LÝ Nội dung Điểm  5 x F  F=k x = =   A  Fmax A  x =  10 ⇒  Fmax = kA ⇒  W A    = =  A = 20cm  W = kA  10 Fmax  x= 0,25 0,5 A A x= đến x = A đến Vì lực kéo nên lúc lị xo dãn Vật từ T T T Δt = + = = 0,1 ⇒ T = 0, 6(s) 12 12 Thời gian là: ………………………… t = 0, 4s = 0,3 + 0,1 = Câu ( điểm) T T π∆t ' + ⇒ Smax = 2A + 2Asin = 3A = 60(cm) T ………… mg sin α g sin α  ∆ l = =  k ω2   ∆l ′ = mg sin α ′ = g sin α ′ k ω2 2.1 Độ biến dạng lò xo vị trí cân bằng:  Δl′0 - Δl = 2.2: 0,5 0,5 0,5 ….……… 9,8 ( sin530 - sin37 ) gsinα′ gsinα ⇒ 0, 06 = ⇒ ω = 5, 66( rad / s) ω2 ω2 ω2 ………… τ = mg ( 3cos α max − cos α max ) = 0,99 ⇒ cos α max = 0,25 0,99 0, 4.9,8 ……………… 0,99   τ max = mg ( 3cos 0° − cos α max ) = 0, 4.9,8  − = 9, 78 ( N ) 0, 4.9,8 ÷   …………… Câu a) Bước sóng λ= v/f= 4cm ………………………………………………………… ( điểm) Phương trình sóng O nguồn gửi đến là: 2π.10  π 2π.10    u AO = cos  20πt − uBO = cos  20πt + − ÷mm ÷mm     14π   u = u AO + u BO = 12 cos  20πt − ÷mm   Phương trình sóng tổng hợp O: 0,5 0,5 0,5 0,25 0,25 0,5 Xét điểm N CD: NA= d1; NB= d2 Phương trình sóng N nguồn gửi đến: uAN= a cos( 20πt-2πd1/λ) mm; uBN= a cos( 20πt+π/2 -2πd2/λ) mm Phương trình sóng tổng hợp N: π π π π  u N = 2a cos  ( d1 − d ) +  cos  20πt − ( d1 + d ) + ÷mm 4 λ 4 λ  Có d1 + d = AB = 6, 75λ π π π  u N = 2a cos  ( d1 − d ) +  cos  20πt − 7π + ÷mm 4 2 λ  Nên: Để N dao động với biên độ cực đại pha với B: π λ π cos  ( d1 − d ) +  = −1 ⇒ d1 − d = ( 2k + )λ − 4 λ N CD: AM − BM ≤ d1 − d ≤ AN − BN ⇒ −1,375 ≤ k ≤ ,125 Vậy có điểm dao động với biên độ cực đại pha với B đoạn CD λ  AB λ λ d1 − d = ( 2k + )λ − + − ( 2k + ) ⇒ d = λ = 4cm 4⇒  d1 + d = AB 0,25 0,25 0,25 0,25 Câu + Công suất nguồn ( điểm) L M = 10log P P ⇒ = 104 I0 4πrM I0 4πrM2 0,5 P= 6,15.10-4(w) 0,5 + Năng lượng được giới hạn mặt cầu 0,5 ( 0,5 ) E = Pt = 104 I0 4πrM2 t Với t thời gian sóng truyền đến mặt cầu xét  SA SB  ⇒ ∆E = E B − E A = 104 I0 4πrM2  − ÷ v   v Thay giá trị vào biểu thức: ( )  120 20  −4 ⇒ ∆E = 104.10−12 4π.70  − ÷ = 1,81.10 J  340 340  ( Câu ( điểm) ) 2 - Khi tần số f = 50Hz, ta thấy U AM = U AB + U MB chứng tỏ uAB vuông pha với uMB nên đoạn AB chứa : + R C, uAM vng pha uMB + R cuộn cảm L, uAM vng pha uMB + cuộn cảm L tụ điện C, uAM ngược pha uMB + cuộn cảm có điện trở điện trở R, góc lệch pha uAB uMB 0,25 0,25 góc nhọn Do đó, đoạn AB chứa cuộn cảm có điện trở r, độ tự cảm L tụ điện C • Giả thuyết : Hộp X chứa tụ điện, Y chứa cuộn cảm(r,L) 2 2 Khi f = 50 Hz ta thấy U C = 200V ;U MB = U r + U L = (100 3) → U L < U C → Z L < Z C dễ thấy tăng tần số lên 50Hz ZL tăng ZC giảm, đến lúc ZL= ZC dịng điện hiệu dụng đạt cực đại, nghĩa tăng tần số lên 50Hz I tăng, trái giả thuyết Do giả thuyết bị loại • Giả thuyết : Hộp X chứa cuộn cảm(r,L) hộp Y chứa tụ C + Khi f = 50 Hz , ta có hệ phương trình: U C = 100 3V U C = 100 3V    2 → U L = 100 3V U AM = U r + U L = 200  U = 100V 2 U AB = U r + (U L − U C ) = 100  r  ZC = 50 3Ω C = 10−3 / 3π ( F )   →  Z L = 50 3Ω →  L = 0,5 / π ( H ) r = 50Ω  r = 50(Ω)   + Dễ thấy lúc f = 50 Hz xảy cộng hưởng, Imax= U/R nên tăng f lên 50Hz I giảm thoả mãn giả thuyết Vậy: hộp X chứa cuộn cảm có r = 50(Ω); L = 0,5 / π ( H ) hộp Y chứa tụ 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 C = 10−3 / 3( F ) Câu Tính: ZL= ωL= 200Ω; ZC= 1/Cω= 50Ω ( điểm) Z = R + ( Z L − ZC )2 = 100 3(Ω) Tổng trở: ……………………………………… U I = ≈ 1,8 A Z Cường độ dòng điện: Z L − ZC π π = ⇒ ϕ = ⇒ ϕi = ϕu − ϕ = − R 3 …………………… Độ lệch pha: π i = 1,8cos(100π t − ) A Biểu thức cường độ dòng điện: tan ϕ = = 150Ω U MB = I Z MB = 1,8.150 = 270 ; (V) π π π π ϕMB = ⇒ uMB = 270 cos(100π t − + )(V ) = 270 cos(100π t + )(V ) Vì ZL>ZC nên Công suất đoạn mạch đạt cực đại khi: Z C = Z L = 200Ω Biểu thức uMB : Z AN = Z L − Z C 10 −4 C= = F ω.ZC 2π Điện dung tụ: 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25  220  Pmax = I R =  ÷ 50 ≈ 558, 7(W) 50   Công suất cực đại là: Điện áp hiệu dụng hai bản tụ: U Z C1 U U C1 = I Z C1 = = R12 + ( Z L − Z C )  R12  Z L + − 1÷ Z C21  Z C1  max 0,25 Ta thấy U C1 đạt cực đại mẫu số cực tiểu Biến đối biểu thức mẫu số ta được: Ms = L2C12ω + (C12 R12 − LC1 )ω + 0,25 2C1 L − C12 R12 ω = 1000π (rad / s ) ⇒ f = = 500 Hz 2 2C1 L 2π ω0 = Mẫu số cực tiểu khi: U U C1Max = ω0C1   R +  ω0 L − ÷ ω0C1  U  C Giá trị cực đại là: r EB a.Cường độ điện trường q1 gây B có: = 480, 2(V ) 0,25 Câu ( điểm) r EB A B q1 + điểm đặt, phương, chiều hình vẽ: −6 q 16.10 EB = 9.10 12 9.10 0,32 = 16.105 V/m r = + Độ lớn: 0,25 0,5 0,25 0,25 r r r r r E E E E ⇒ E b Ta có M= + = =- hai điện tích dấu nên M phải nằm đoạn thẳng AB mà |q1| > |q2| nên M nằm gần B A hình vẽ: r E2 A q1 r E1 M x 0,25 B q2 Gọi x khoảng cách từ M đến B ta có E1 = E2 0,5 q1 q k = k 22 2 x ⇒ x q1 = (r − x ) q2 ⇔ (r − x) x2.16.10-6 = (30 – x)2.4.10-6 ⇒ (2x)2 = (30 – x)2 ⇒ 2x = 30 – x → x = 10 cm Vậy M cách A 20 cm cách B 10 cm Câu ( điểm) a R2//R3 ⇒ R23 = R2 R3 6.4 = R2 + R3 + = 2,4 Ω 0,25 R23 nt với R1 nên R = R1 + R23 = 0,6 + 2,4 = 3( Ω) Ta có I1 = I 23 = I = 0,25 E = R + r + = (A) U2 = U3 = U23 = I23.R23 = 2.2,4 = 4,8 (V) 0,5 0,5 I2 = ∞ U U 4,8 4,8 = I3 = = R2 = 0,8 A; R3 = 1,2 (A) ∞ 0,5 b Công suất nguồn điện: Png =E.I = 8.2 = 16 (W) B’ Điện R3 tiêu thụ: A3 = R3.I32.t = 4.1,22.8.60 =2764,8 (J) A’ Câu Nêu rõ tia sáng dùng: ( điểm) - Tia qua vật AB (qua F) cho tia ló song song trục 0,25 0,25 0,25 - Từ B vẽ tia qua O truyền thẳng - Từ A vẽ tia song song trục cho tia ló qua F’ Xác định ảnh A’ B’ A, B 0,75 B A F O F’ Nhận xét: - Ảnh có hai phần , phần thật từ A vô cực, phần ảo từ B’ vô cực - Hai ảnh song song với trục 0,25 0,25 Câu 10 Tạo lắc đơn: lấy vật nhỏ làm quả nặng sợi làm dây treo 0,5 ( điểm) Dùng đồng hồ đo chu kì lắc đơn, tìm độ dài dây treo để lấy làm thước dây đo 0,5 độ dài Dùng cuộn đo độ dài cạnh a, b phòng lớp học, so sánh với thước dây tạo Nếu độ dài cạnh a, b không số nguyên thước dây ban đầu phải cắt phần khơng ngun tạo thành lắc để đo phần chiều dài Từ tính diện tích S = a.b Chú ý: Học sinh giải cách khác chất Vật lí đáp số cho điểm tối đa - HẾT - 0,5 0,5 ... khơng giải thích thêm) SỞ GD & ĐT THANH HÓA Câu Câu ( điểm) ĐỀ KHẢO SÁT HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2020 – 2021 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN VẬT LÝ Nội dung Điểm  5 x F  F=k x = =   A  Fmax A ... phương án thí nghiệm để xác định gần diện tích phịng học bạn Coi lớp học gần hình chữ nhật Chú ý: Toàn lấy giá trị …………………… HẾT…………………… (Giám thị khơng giải thích thêm) SỞ GD & ĐT THANH HÓA Câu... R12 + ( Z L − Z C )  R12  Z L + − 1÷ Z C21  Z C1  max 0,25 Ta thấy U C1 đạt cực đại mẫu số cực tiểu Biến đối biểu thức mẫu số ta được: Ms = L2C12ω + (C12 R12 − LC1 )ω + 0,25 2C1 L − C12