Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh năm học 2011-2012 môn Vật lí 12 - Sở Giáo dục và Đào tạo Thanh Hóa

Chia sẻ: Cau Le | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

96
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn cùng tham khảo "Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh năm học 2011-2012 môn Vật lí 12 - Sở Giáo dục và Đào tạo Thanh Hóa" giúp các bạn ôn tập lại các kiến thức đã học, đánh giá năng lực làm bài của mình và chuẩn bị cho kì thi sắp tới được tốt hơn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh năm học 2011-2012 môn Vật lí 12 - Sở Giáo dục và Đào tạo Thanh Hóa

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH THANH HÓA Năm học: 2011-2012 ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn thi: VẬT LÍ Lớp 12 THPT Số báo danh Ngày thi: 23 tháng 3 năm 2012 …...............…… Thời gian : 180 phút (không kể thời gian giao đề) Đề này có 2 trang, gồm 7 câu. Câu 1 (2 điểm) Một thanh thẳng, đồng chất, tiết diện nhỏ, dài l = 2(m) và có khối lượng M=3(kg). Thanh có thể quay trên mặt phẳng nằm ngang, quanh một trục cố định thẳng đứng đi qua trọng tâm của nó. Thanh đang đứng yên thì một viên đạn nhỏ có khối lượng m = 6(g) bay trong mặt phẳng nằm ngang chứa thanh và có phương vuông góc với thanh rồi cắm vào một đầu của thanh. Tốc độ góc của thanh ngay sau va chạm là 5(rad/s). Cho 1 momen quán tính của thanh đối với trục quay trên là I= Ml 2 . Tính tốc độ của đạn 12 ngay trước khi cắm vào thanh. Câu 2 (4 điểm) Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm vật nặng có khối lượng m = 100(g) và lò xo nhẹ có độ cứng k = 100(N/m). Nâng vật nặng lên theo phương thẳng đứng đến vị trí lò xo không bị biến dạng, rồi truyền cho nó vận tốc 10 30 (cm/s) thẳng đứng hướng lên. Chọn gốc thời gian là lúc truyền vận tốc cho vật nặng. Chọn trục tọa độ Ox thẳng đứng, chiều dương hướng xuống, gốc tọa độ O ở vị trí cân bằng. Lấy g = 10(m/s2); π 2 ≈ 10 . a) Nếu sức cản của môi trường không đáng kể, con lắc lò xo dao động điều hòa. Tính: - Độ lớn của lực đàn hồi mà lò xo tác dụng vào vật lúc t = 1/3(s). - Tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian 1/6(s) đầu tiên. b) Nếu lực cản của môi trường tác dụng lên vật nặng có độ lớn không đổi và bằng FC=0,1(N). Hãy tìm tốc độ lớn nhất của vật sau khi truyền vận tốc. Câu 3 (4 điểm) π Một con lắc đơn dao động với biên độ góc α 0 < , có mốc thế năng được chọn tại 2 vị trí cân bằng của vật nặng. a) Tính tỉ số giữa thế năng và động năng của vật nặng tại vị trí mà lực căng dây treo có độ lớn bằng trọng lực tác dụng lên vật nặng. b) Gọi độ lớn vận tốc của vật nặng khi động năng bằng thế năng là v1, khi độ lớn của lực căng dây treo bằng trọng lực tác dụng lên vật nặng là v2. Hãy so sánh v1 và v2. Câu 4 (3 điểm) Cho mạch điện như hình 1, nguồn điện có suất điện k động E, điện trở trong r = 0,5 Ω , cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C. Ban đầu khóa k đóng, khi E,r C dòng điện đã ổn định thì ngắt khóa k, trong mạch có dao L động điện từ với chu kì T = 10-3(s). Hiệu điện thế cực đại giữa hai bản tụ điện gấp n = 5 lần suất điện động của nguồn điện. Bỏ qua điện trở thuần của mạch dao động, tìm điện (Hình 1) dung C và độ tự cảm L. (trang 1)
Câu 5 (3 điểm) Cho mạch điện không phân nhánh như hình 2, gồm có điện trở thuần R=80 Ω , cuộn dây L không thuần cảm và tụ điện C. Điện áp giữa hai điểm P và Q có biểu thức u PQ =240 2cos100πt(V) . π a) Dòng điện hiệu dụng trong mạch là I= 3(A) , uDQ sớm pha hơn uPQ là , uPM lệch pha 6 π so với uPQ. Tìm độ tự cảm, điện trở thuần r của cuộn dây và điện dung của tụ điện. 2 b) Giữ nguyên tụ điện C, cuộn dây L và điện áp giữa hai điểm P và Q như đã cho, thay đổi điện trở R. Xác định giá trị của R để công suất tiêu thụ trong đoạn mạch PM là cực đại. P R D C M L,r Q (Hình 2) Câu 6 (2 điểm) Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, thực hiện đồng thời với hai bức xạ đơn sắc có bước sóng λ1 và λ 2 , các khoảng vân tương ứng thu được trên màn quan sát là i1 = 0,48(mm) và i2. Hai điểm A, B trên màn quan sát cách nhau 34,56(mm) và AB vuông góc với các vân giao thoa. Biết A và B là hai vị trí mà cả hai hệ vân đều cho vân sáng tại đó. Trên đoạn AB quan sát được 109 vân sáng trong đó có 19 vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm. Tìm i2. Câu 7 (2 điểm) Một dây AB có chiều dài l , được treo thẳng đứng vào một A điểm cố định A như hình 3. Khối lượng m của dây phân bố đều trên chiều dài và tạo ra lực căng. a) Tính tốc độ truyền sóng ngang trên dây ở điểm M cách đầu dưới B của dây một khoảng là x. M b) Tính thời gian để chấn động từ đầu trên A của dây đi hết chiều dài dây. x B (Hình 3) ----------------------------------------Hết-------------------------------------------- (trang 2)
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH THANH HÓA Năm học: 2011-2012 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN VẬT LÍ (Đề chính thức) Lớp 12 THPT Ngày thi: 23 tháng 3 năm 2012 (Hướng dẫn gồm 03.trang) Thang Câu Hướng dẫn giải điểm 1 + Momen động lượng của hệ ngay trước va chạm: (2 điểm) v md .v.l 0,75 L1 = I d .ωd = md .R 2 . = (1) R 2 + Momen động lượng của hệ ngay sau va chạm: ⎛1 1 ⎞ L2 = ( I d + I t ) ω = ⎜ md l 2 + mt l 2 ⎟ ω 0,75 ⎝4 12 ⎠ + Áp dụng định luật bảo toàn momen động lượng: L1 = L2 ⎛1 1 2⎞ ⎜ md l + mt l ⎟ ω 2 ⇒v= ⎝ 4 12 ⎠ 0,5 838,3(m / s ) l md . 2 2a) mg k (2,5điểm) + Khi vật ở VTCB Δl 0 = x0 = = 0, 01(m) = 1(cm) ω = = 10π (rad/s) 0,5 k m 2π + Phương trình dao động của vật: x = 2 cos(10π t + ) (cm) 0,5 3 + t =1/3(s) => x = 2(cm). Độ lớn lực đàn hồi: Fđh=k Δl = 3(N) 0,5 2π r + Biểu diễn x = 2 cos(10π t + ) bằng véc tơ quay A . 2π 3 3 r 5π 2π Sau t =1/6s A quay ωt = =π + 3 3 Quãng đường vật dao động điều hòa đi được sau 1/6s là: H M x -A o A 0,5 S= 2A+ 2HM = 2A + A=3A=6cm π + Tốc độ trùng bình : 3 S 6 Vtb= = = 36(cm / s ) 0,5 t 1 6 2b) Chọn mốc tính thế năng là VTCB (1,5điểm) mv02 kx02 0,5 + Cơ năng ban đầu W0 = + = 0, 02( J ) 2 2 + Vật chuyển động chậm dần đến vị trí cao nhất cách VTCB A: kA12 0,5 = W0 − Fc ( A1 − x0 ) ⇒ A1 = 0, 0195m 2 1
+ Sau đó vât đi xuống nhanh dần và đạt tốc độ cực đại tại vị trí: F 0,25 Fhp=Fc ⇒ x1 = C = 0, 001(m) K + Độ biến thiên cơ năng lúc đầu và vị trí tốc độ cực đại: mv 2 kx12 0,25 W0 − − = Fc ( A1 − x0 + A1 − x1 ) ⇒ v = 0,586(m / s) 2 2 3a) 1+2cosα 0 (2,5điểm) + T =mg ⇔ mg (3cos α − 2 cos α 0 ) = mg ⇒ cosα = 0,5 3 2mgl 0,75 Wt = mg l(1 − cosα )= (1 − cosα 0 ) 3 mv 2 mg l Wd = = (1 − cosα 0 ) 0,75 2 3 W ⇒ t =2 0,5 Wd 3b) 1 + cosα (1,5điểm) + Khi động năng bằng thế năng: cos α = ⇒ v1 = g l(1 − cosα 0 ) 0,5 2 + Khi lực căng của dây bằng trọng lực tác dụng lên vật: 2 g l(1 − cosα 0 ) 0,5 v2 = 3 Vậy v1 > v2 0,5 4 + Dòng điện qua cuộn cảm khi K đóng: I0=E/r 0,5 (3 điểm) 1 1 ⎛E⎞ 2 + Năng lượng từ trường ở cuộn cảm khi K đóng: WtMax = LI 02 = L ⎜ ⎟ 0,5 2 2 ⎝r⎠ + Khi K ngắt năng lượng điện từ trường của mạch là: 1 1 0,5 W= CU 02 = Cn 2 E 2 = Wt Max ⇒ L = Cr 2 n 2 2 2 T2 nrT T + Ta có: T = 2π LC ⇒ LC = 2 ⇒ L = ;C = 0,5 4π 2π 2π nr nrT + Thay số L = 0,398mH 0,5 2π T + Thay số C = 63, 7( μ F ) 2.π .r.n 0,5 5a) + Từ bài ra có giãn đồ véc tơ và mạch này có r (2,5điểm) UL tính cảm kháng. 0,5 r + Từ giãn đồ véc tơ ta có: r U DQ r r r r U LC U PQ U R = U PQ − U DQ π π 6 6 π ϕ1 ⇒ U R2 = U PQ 2 + U DQ 2 − 2U PQ .U DQ .Cos O ϕ2r r r r 6 UrUR U Rr I ⇒R =Z2 2 +Z 2 − Z .Z . 3 2 2 0,5 r r PQ DQ PQ DQ UC U RC U PQ + Thay số: R = 80Ω; Z PQ = = 80 3Ω I Ta được: ZDQ = 80 Ω = R hoặc ZDQ = 160 Ω π 0,5 Loại nghiệm ZDQ = 160 Ω (vì ϕ1 < nên UQD
π π ZC + Vì ZDQ = 80 Ω = R nên ϕ1 = ⇒ ϕ2 = ⇒ tan ϕ2 = = 3 ⇒ Z C = 80 3Ω 6 3 R 0,25 1 Suy ra: C = 23.10−6 ( F ) = 23( μ F ) 0,25 100π .80 3 π π Z − ZC 120 3 + Mặt khác : Sin( + ϕ1 ) = Sin = L ⇒ Z L = 120 3Ω ⇒ L = 0,562( H ) 0,25 6 3 Z DQ 100π π Z − ZC 0,25 + tan = 3 = L ⇒ r = 40Ω 3 r 5b) U2 (0,5điểm) PPM = RI 2 = 0,25 r 2 + (Z L − ZC )2 + R + 2r R ⎡ r 2 + ( Z L − ZC )2 ⎤ ⇒ PPM Max ⇔⎢ + R + 2r ⎥ ⇒ R = r 2 + ( Z L − Z C ) 2 = 80Ω 0,25 ⎣ R ⎦ Min 6 AB (2 điểm) + Số vân sáng của bức xạ λ1 trong vùng AB: N1 = +1 0,5 i1 AB + Số vân sáng của bức xạ λ2 trong vùng AB: N 2 = +1 0,5 i2 + Số vân trùng của 2 hệ vân: N = N1 + N2 - Số vạch sáng quan sát được 0,5 −3 −3 34,56.10 34,56.10 Hay 19 = −3 + − 107 ⇒ i2 = 0, 64.10−3 m = 0, 64mm 0,5 0, 48.10 i2 7a) mgx (1 điểm) + v= gx ( Lực căng là trọng lượng của phần MB, F = ) 1 l 7b) + Chấn động đi một khoảng dx mất thời gian: (1 điểm) dx dx 1 dx l 1 dx l t 1 dt = = = . ⇒ ∫ dt = ∫ . ⇒t =2 v o 0 g gx g x g x Lưu ý: - Học sinh giải đúng theo cách khác vẫn cho điểm tối đa. ---------------------------------Hết -------------------------------------- 3