Đề thi mẫu kỳ thi đánh giá năng lực năm 2021 môn vật lí trường đại học quốc tế (ĐHQG TP HCM)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC TẾ KỲ THI NĂNG LỰC TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC TẾ BÀI THI: VẬT LÝ Hình thức làm bài: Trắc nghiệm Số câu hỏi: 50 câu Thời gian làm bài: 90 phút MỤC LỤC CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ Dao động điều hòa Con lắc lò xo Con lắc đơn Các loại dao động Tổng hợp dao động điều hòa Bài tập 10 Đáp án 11 CHƯƠNG II SÓNG CƠ 14 Đặc trưng sóng hình sin 14 Phương trình truyền sóng 14 Giao thoa sóng 15 Phương trình giao thoa sóng 16 Hiện tượng sóng dừng 17 Sóng âm 18 Đặc trưng vật lí sóng âm 18 Đặc trưng sinh lí sóng âm 20 Bài tập 20 10 Đáp án 22 CHƯƠNG III DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 24 Từ thông và suất điện động cảm ứng 24 Dòng điện xoay chiều, điện áp xoay chiều 25 Mạch điện chỉ có R, chỉ có C, chỉ có L 25 Các giá trị hiệu dụng 26 Đoạn mạch có R, L C mắc nối tiếp, viết biểu thức điện áp, dòng điện 26 Cách tính dung kháng, cảm kháng, tổng trở đoạn mạch R, L C ghép nối tiếp 29 Công suất dòng điện xoay chiều Cơng śt tỏa nhiệt trung bình 29 Hệ số công suất, điện tiêu thụ mạch điện Ý nghĩa hệ số công suất 30 Hiện tượng cộng hưởng điện, cách nhận diện 30 10 Bài tốn truyền tải điện Cách giảm cơng śt hao phí 31 11 Cơng dụng, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động máy biến áp 31 12 Công thức máy biến áp và ứng dụng Phân loại máy biến áp 32 13 Cơng thức tính tần sớ dòng điện pha 32 14 Các giá trị tức thời bài toán điện xoay chiều 32 15 Bài tập 33 16 Đáp án 35 CHƯƠNG IV DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ 38 Mạch dao động 38 Biểu thức điện tích, điện áp bản tụ điện và cường độ dòng điện mạch 38 Dao động điện từ tự 38 Tần sớ góc, chu kì (riêng), tần sớ (riêng) mạch dao động 38 Năng lượng điện trường, lượng từ trường, lượng điện từ 39 Điện từ trường, sóng điện từ 39 Những đặc điểm sóng điện từ 39 Phân loại sóng vơ tún và tính chất 40 Cơng thức tính bước sóng sóng điện từ chân khơng 40 10 Bốn nguyên tắc bản việc thông tin liên lạc bằng sóng vơ tún 40 11 Sơ đồ khối máy phát và máy thu đơn giản 41 12 Một số công thức cần lưu ý 41 13 Sự tương tự giữa dao động và dao động điện 42 14 Bài tập 42 15 Đáp án 44 CHƯƠNG V SÓNG ÁNH SÁNG 48 Tán sắc ánh sáng 48 Bước sóng ánh sáng 49 Thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng 49 Máy quang phổ lăng kính 51 Các loại quang phổ 51 Tia hồng ngoại 52 Tia tử ngoại 52 Tia X (tia Rơn-ghen) 53 Thang sóng điện từ 53 10 Bài tập 54 11 Đáp án 56 CHƯƠNG VI LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 60 Hiện tượng quang điện 60 Hiện tượng quang điện 60 Hiện tượng quang phát quang 61 Sơ lược laze 61 Mẫu nguyên tử Bo 61 Bài tập 64 Đáp án 66 CHƯƠNG VII VẬT LÍ HẠT NHÂN 71 Cấu tạo hạt nhân nguyên tử 71 Năng lượng liên kết 71 Phản ứng hạt nhân 71 Hiện tượng phóng xạ 73 Bài tập 75 Đáp án 77 CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ Dao động chuyển động có giới hạn khơng gian lặp lặp lại quanh vị trí cân bằng Ví dụ dao động có gió, dao động chiếc thuyền mặt biển Trong trình dao động, nếu sau những khoảng thời gian bằng nhau, vật trở lại trạng thái ban đầu gọi dao động tuần hồn Trong chương này, tìm hiểu những phần sau: - Dao động điều hòa - Dao động lắc lò xo - Dao động lắc đơn - Dao động có thêm lực ma sát - Tổng hợp hai dao động điều hòa Dao động điều hòa Dao động điều hòa là dao động li độ vật hàm cosin (hay sin) thời gian Phương trình dao động điều hịa 𝒙 = 𝑨𝐜𝐨𝐬(𝒕 + ) Trong đó: x gọi là li độ, khoảng cách từ vật đến vị trí cân bằng A gọi là biên độ, hay li độ cực đại, khoảng cách lớn nhất từ vật đến vị trí cân bằng  gọi tần sớ góc (đơn vị rad/s) t +  gọi là pha dao động thời điểm t (đơn vị rad) Chu kỳ T (đơn vị s) thời gian để vật thực dao động toàn phần (hoặc thời gian ngắn nhất để trạng thái dao động lặp lại cũ) 𝑻= 𝟐𝝅 𝒕 = 𝝎 𝑵 Trong đó: t: thời gian N: số dao động vật thực thời gian t Tần số f (đơn vị Hz) số dao động toàn phần vật thực giây 𝒇= 𝝎 𝑵 𝟏 = = 𝟐𝝅 𝒕 𝑻 Phương trình vận tốc cho biết sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian 𝒗 = 𝒙(𝒕) = − 𝑨 𝐬𝐢𝐧(𝒕 + ) = 𝑨𝐜𝐨𝐬 (𝒕 +  + 𝝅 ) 𝟐  Trong dao động điều hoà vận tốc sớm pha li độ góc Phương trình gia tốc cho biết sự phụ thuộc gia tốc theo thời gian 𝒂 = 𝒗(𝒕) = 𝒙(𝒕) = − 𝟐 𝑨𝐜𝐨𝐬(𝒕 + ) = 𝟐 𝑨𝐜𝐨𝐬(𝒕 +  + 𝝅) 𝒂 = − 𝟐 𝒙  Trong dao động điều hoà gia tốc sớm pha vận tốc góc ngược pha với li độ Hợp lực tác dụng lên vật dao động điều hoà ln hướng vị trí cân bằng và có độ lớn tỉ lệ với li độ dao động gọi lực kéo hay lực hồi phục 𝑭𝐡𝐩 = 𝒎𝒂 = − 𝒎𝟐 𝒙 Hệ thức độc lập thời gian 2 x  v  x  v  v 2   hay x     A         A   Aω   A   vmax  ω 2 2 2  A   v   a   v  a      hay    v   Aω       Aω   Aω   amax   vmax  ω 2 Ví dụ  Một vật dao động với phương trình 𝑥 = 5cos (4𝑡 + ) cm a Hãy xác định chu kỳ dao động? b Tại thời điểm t = s, xác định li độ dao động c Xác định gia tốc dao động t = s Hướng dẫn a Chu kỳ dao động 𝑇 = 2  2 = 4 = 0,5 s b.Tại t = s ta có 𝑡 +  = 4 +   rad   𝑥 = 5cos (4 + ) = 5cos ( ) = c Tại t = s, ta có 𝑡 +  = 8 +  √3 = 2,5 √3 cm rad   𝑎 = −𝐴2 cos(𝑡 + ) = −5 (4)2 cos (8 + ) = −5 (4)2 cos ( ) = −400√3 (cm⁄s2 ) = −4√3 m⁄s 2 Con lắc lò xo Con lắc lò xo cấu tạo gờm vật nặng có khới lượng m gắn với lò xo có độ cứng k Kích thích cho lắc dao động lắc dao động điều hòa k m Tần số góc  (rad/s)  =√ 𝒌 𝒎 Trong đó: k là độ cứng lò xo (đơn vị N/m) m khối lượng vật (đơn vị kg) Chu kỳ T (s) 𝑻 = 𝟐  𝒎 𝒌 = 𝟐√ Tần số f (Hz) 𝒇 = 𝟏  𝟏 𝒌 √ = = 𝑻 𝟐 𝟐 𝒎 Cơ lắc lò xo tổng động và thế đàn hồi lắc 𝟏 𝑾 = 𝑾đ + 𝑾𝐭 = 𝟐 𝒎𝒗𝟐 + 𝟏 𝟐 𝒌𝒙𝟐 = 𝟏 𝟐 𝒌𝑨𝟐 = 𝟏 𝟐 𝒎𝝎𝟐 𝑨𝟐 Trong đó: W là lắc lò xo (đơn vị J) 𝑊đ = 𝑊𝑡 = 2 𝑚𝑣 là động lắc (đơn vị J) 𝑘𝑥 thế lắc (đơn vị J) Trong trình lắc dao động điều hịa, có sự chủn đổi qua lại giữa động và thế Động và thế lắc biến thiên điều hòa theo thời gian với chu kì bằng nửa chu kì lắc Tuy nhiên lắc lại bảo toàn Ví dụ Một lắc lò xo đặt nằm ngang gờm vật m và lò xo có độ cứng k =100 N/m Kích thích để vật dao động điều hồ với động cực đại 0,5 J Tính biên độ dao động vật Hướng dẫn 2𝑊 𝑊 = 𝑊tmax = 𝑘𝐴2  𝐴 = √ 𝑘 2.0,5 = √ 100 = 0,1 m = 10 cm Con lắc đơn Con lắc đơn có cấu tạo gờm vật nhỏ có khới lượng m treo đầu sợi dây nhẹ khơng dãn, có chiều dài l l o l so Vận tốc lắc đơn vị trí có góc lệch α 𝑣 = √2𝑔𝑙(cos𝛼 − cos𝛼0 ) Lực căng dây T lắc đơn vị trí có góc lệch α 𝑇 = 𝑚𝑔(3cos − 2cos0 ) Cơ lắc đơn tổng động và thế lắc 𝑾 = 𝑾đ + 𝑾𝐭 = Trong đó: 𝟏 𝟏 𝒎𝒗𝟐 + 𝒎𝒈𝒍(𝟏 − 𝐜𝐨𝐬𝜶) = 𝒎𝒗𝟐𝒎𝒂𝒙 = 𝒎𝒈𝒍(𝟏 − 𝐜𝐨𝐬𝜶𝟎 ) 𝟐 𝟐 W là lắc đơn (đơn vị J) 𝑊đ = 𝑚𝑣 là động lắc (đơn vị J) 𝑊𝑡 = 𝑚𝑔𝑙(1 − cos𝛼) thế lắc (đơn vị J) Tương tự lắc lị xo, lắc đơn bảo tồn Nếu lắc đơn dao động với góc lệch cực đại nhỏ 100 dao động lắc có thể xem dao động điều hòa Khi phương trình dao động lắc là: 𝒔 = 𝒔𝟎 𝐜𝐨𝐬(𝒕 + ) Trong đó: s là li độ dao động s0 là biên độ với s = lα s0 = lα0 ta thấy góc lệch lắc biến đổi điều hòa theo thời gian 𝜶 = 𝜶𝟎 𝐜𝐨𝐬(𝒕 + ) Trong đó:  là li độ góc (đơn vị rad) 0 là biên độ góc (đơn vị rad) Tần số góc 𝐠 𝒍  =√ Trong đó: g gia tớc trọng trường (đơn vị m/s2) l chiều dài dây treo (đơn vị m) Phương trình vận tốc 𝒗 = 𝒔 = −𝒔𝟎 𝐬𝐢𝐧(𝒕 + ) Phương trình gia tốc 𝒂 = 𝒗 = 𝒙 = − 𝟐 𝒔𝟎 𝐜𝐨𝐬(𝒕 + ) (𝐜𝐦/𝐬) = −𝟐 𝒔 Chu kỳ 𝑻 = 𝟐𝝅 𝒍 = 𝟐 √ 𝝎 𝒈 𝒇 = 𝝎 𝟏 𝒈 √ = 𝟐𝝅 𝟐𝝅 𝒍 Tần số Ví dụ Một lắc đơn có chiều dài l = m, gắn vật m = 0,1 kg Kéo vật khỏi vị trí cân bằng góc  = 100 rồi buông tay không vận tốc đầu cho vật dao động điều hịa Tính chu kỳ dao động lắc đơn? Hướng dẫn Ta có 𝑇 = 2 √𝑙/g = 2√1/2 = (s) Nếu lắc đơn dao động điều hịa với góc lệch cực đại 0 nhỏ 10o ta có cơng thức gần sau: 𝟏 𝒎𝝎𝟐 𝒔𝟐 = 𝟐 𝟏 𝑾 = 𝒎𝝎𝟐 𝒔𝟐𝟎 = 𝟐 𝑾𝐭 = 𝟏 𝒎𝒈𝒍𝜶𝟐 𝟐 𝟏 𝒎𝒈𝒍𝜶𝟐𝟎 𝟐 Các loại dao động Trong phần trên, ta giả thiết khơng có tác dụng lực ma sát, vật dao động với tần số chỉ phụ thuộc vào đặc tính hệ dao động Tần sớ gọi tần số riêng f0 hệ và dao động gọi dao động tự Trong thực tế, có tác dụng lực ma sát với mơi trường nên dao động có biên độ giảm dần theo thời gian, ma sát lớn biên độ giảm nhanh Ta gọi là dao động tắt dần Để cho dao động vật khơng tắt, ta có thể làm hai cách sau: - Sau chu kỳ dao động, ta cung cấp cho hệ lượng lượng bằng với lượng lượng bị tiêu hao tác dụng lực ma sát mà không làm thay đổi tần số riêng f0 hệ Dao động trì theo cách này gọi dao động trì - Tác động vào hệ ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn (với tần số f) theo thời gian Khi đó, dao động hệ gọi dao động cưỡng Dao động cưỡng bức có những đặc điểm sau: + Dao động cưỡng bức có biên độ khơng đổi có tần sớ bằng tần số f lực cưỡng bức + Biên độ dao động cưỡng bức tỉ lệ thuận với biên độ ngoại lực Đờng thời cịn phụ thuộc vào độ chênh lệch tần số lực cưỡng bức f tần số riêng f0 hệ, độ chênh lệch nhỏ biên độ dao động cưỡng bức lớn + Khi tần số lực cưỡng bức f bằng tần số riêng f0 hệ, biên độ dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại Hiện tượng gọi tượng cộng hưởng Tổng hợp dao động điều hòa Giả sử vật thực đồng thời dao động điều hòa phương tần sớ có phương trình dao động 𝒙𝟏 = 𝑨𝟏 𝐜𝐨𝐬(𝒕 + 𝟏 ) 𝒙𝟐 = 𝑨𝟐 𝐜𝐨𝐬(𝒕 + 𝟐 ) phương trình dao động tổng hợp chúng có dạng 𝐱 = 𝑨𝐜𝐨𝐬(𝒕 + ) Trong đó: Biên độ xác định bằng biểu thức 𝐴 = √𝐴12 + 𝐴22 + 2𝐴1 𝐴2 cos(2 − 1 ) Pha ban đầu xác định bằng biểu thức tanφ  A1sinφ1  A2sinφ2 A1cosφ1  A2cosφ2 Biên độ dao động tổng hợp nằm khoảng: |𝐴1 – 𝐴2 | ≤ 𝐴 ≤ 𝐴1 + 𝐴2 Cần lưu ý trường hợp đặc biệt: - Hai dao động pha:  = 𝜑2 − 𝜑1 = k2  𝐴max = 𝐴1 + 𝐴2 - Hai dao động ngược pha:  = 𝜑2 − 𝜑1 = (2k + 1)  𝐴min = |𝐴1 – 𝐴2 | 𝜋 𝜋 - Hai dao động lệch pha góc :  = 𝜑2 − 𝜑1 = k +  𝐴 = √𝐴12 + 𝐴22 Ví dụ 𝜋 Một vật thực đờng thời dao động điều hịa 𝑥1 = 3cos(4𝑡 + ) cm 𝑥2 = 𝜋 3cos(4𝑡 + ) cm Hãy xác định dao động tổng hợp hai dao động trên? Hướng dẫn Ta có dao động tổng hợp có dạng 𝑥 = 𝐴cos(𝑡 + ) cm Trong đó: ... những sóng học truyền mơi trường, truyền đến tai người (hoặc động vật) làm màng nhĩ dao động, gây cảm giác âm Một vật dao động phát âm gọi nguồn âm Sóng âm có thể truyền mơi trường đàn... tử mơi trường có sóng truyền qua Chu kỳ T (hoặc tần số f) sóng chu kỳ (hoặc tần số) dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua Tốc độ truyền sóng v tớc độ lan truyền dao động môi trường. .. định số cực đại - cực tiểu giữa hai điểm MN bất kỳ: + Số điểm cực đại số giá trị k nguyên thỏa điều kiện: -Δ/2π + ΔdM/λ ≤ k ≤ - Δ/2π + ΔdN/λ Số điểm cực tiểu số giá trị k nguyên