Đề thi học sinh giỏi lớp 12 môn Lý kèm đáp án

Chia sẻ: Nhi Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

229
lượt xem 45
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hãy tham khảo đề thi học sinh giỏi lớp 12 môn Lý kèm đáp án để giúp các em biết thêm cấu trúc đề thi như thế nào, rèn luyện kỹ năng giải bài tập và có thêm tư liệu tham khảo chuẩn bị cho kì thi sắp tới đạt điểm tốt hơn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đề thi học sinh giỏi lớp 12 môn Lý kèm đáp án

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH BẮC GIANG MÔN VẬT LÝ 12 – THPT Thời gian làm bài: 180 phút Đề chính thức Câu 1. (3,0 điểm) Cho cơ hệ như hình vẽ 1, lò xo lý tưởng có độ cứng k = 100 (N/m) được gắn chặt vào tường tại Q, vật M = 200 (g) được gắn với lò xo bằng một mối nối hàn. Vật M đang ở vị trí cân bằng, một vật m = 50 (g) chuyển động đều theo phương ngang với tốc độ v 0 = 2 (m/s) tới va chạm hoàn toàn mềm với vật M. Sau va chạm hai vật dính làm một và dao động điều hòa. Bỏ qua ma sát giữa vật M với mặt phẳng ngang. a. Viết phương trình dao động của hệ vật. Chọn trục tọa độ như hình vẽ, gốc O trùng tại vị trí cân bằng, gốc thời gian t = 0 lúc xảy ra va chạm. b. Sau một thời gian dao động, mối hàn gắn vật M với lò xo bị lỏng dần, ở thời điểm t hệ vật đang ở vị trí lực nén của lò xo vào Q cực đại. Sau khoảng thời gian ngắn nhất là bao nhiêu (tính từ thời điểm t) mối hàn sẽ bị bật ra? Biết rằng, kể từ thời điểm t mối hàn có thể chịu được một lực nén tùy ý nhưng chỉ chịu được một lực kéo tối đa là 1 (N). Câu 2. (3,0 điểm) Một thanh đồng chất có chiều dài L được gắn vào giá tại điểm O (điểm O ở ngay đầu thanh). Khoảng cách từ O đến khối tâm G của thanh là OG = x. Thanh có thể dao động không ma sát quanh trục nằm ngang đi qua O trong mặt phẳng thẳng đứng. Lấy g = 10 (m/s2 ), 2 = 10. a. Kích thích cho thanh dao động điều hòa. Viết biểu thức tính chu kỳ dao động nhỏ của thanh. b. Tìm L để chu kỳ dao động cực tiểu của thanh là T min = 2 (s). Câu 3. (3,0 điểm) Cho đoạn mạch điện MN như hình vẽ 2. X và Y là hai hộp kín, mỗi hộp chỉ chứa hai trong ba phần tử mắc nối tiếp: điện trở thuần, cuộn thuần cảm và tụ điện. Các vôn kế V 1 , V 2 và ampe kế A đo được ở cả dòng điện xoa y chiều và một chiều. Điện trở các vôn kế rất lớn, điện trở ampe kế không đáng kể. Khi mắc hai điểm M và Q vào hai cực của nguồn điện một chiều, ampe kế A chỉ 1 (A), vôn kế V 1 chỉ 30 (V). Khi mắc M và N vào nguồn điện xoay chiều hình sin, tần số 50 (Hz) thì ampe kế A chỉ 2 (A), các vôn kế chỉ cùng giá trị 120 (V) nhưng uM Q vuông pha với u QN. Hộp X và Y có chứa những phần tử nào? Tính giá trị của các phần tử đó. Câu 4. (3,0 điểm) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y–âng, dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = 0,5 (m), hai khe hẹp S 1 , S2 cách nhau a = 2 (mm), khoảng cách từ màn (E 2 ) chứa hai khe tới màn hứng ảnh (E 3 ) là D = 2 (m). Hai khe được chiếu sáng từ một khe hẹp S trên màn (E 1 ) nằm cách màn (E 2 ) một khoảng D’ = 50 (cm). Khe S nằm trên đường trung trực của S 1 , S 2 , các khe S // S1 // S2 , các màn (E 1 ), (E 2 ), (E3 ) song song với nhau và cùng vuông góc với trung trực của S 1 , S 2 . a. Xác định khoảng vân i, vị trí vân sáng bậc 4. b. Tạo một khe S’ trên màn (E 1 ), S’//S và cách khe S một khoảng y. Tìm y min để khi đồng thời chiếu vào hai khe S, S’ ánh sáng có ’ = 0,4 (m) thì trên màn (E 3 ) không quan sát được hệ vân giao thoa. Câu 5. (2,0 điểm) Trên mặt chất lỏng, tại O, người ta tạo một nguồn điểm dao động với phương trình u O = Acos(2t) (cm). Giả thiết rằng năng lượng của sóng không bị mất mát khi lan truyền. Tại điểm M trên mặt chất lỏng cách nguồn O một đoạn dM = 1 (m) sóng có biên độ AM = 8 (cm). Lập phương trình dao động của điểm N trên OM cách nguồn O một đoạn d N = 2 (m). Biết rằng tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là v = 10 (m/s). Câu 6. (3,0 điểm) Chiếu vào một quả cầu kim loại có giới hạn quang điện  0 = 0,5 (m) đang được đặt cô lập về điện bởi một bức xạ điện từ có bước sóng  = 0,25 (m). Hãy lập luận và xác định điện thế cực đại của quả cầu. Cho h = 6,625.10 – 34 (Js), e = 1,6.10 – 19 (C), me = 9,1.10 – 31 (kg). Câu 7. (3,0 điểm) Một mạch dao động LC lý tưởng, biết điện tích cực đại trên tụ là q 0 = 2 (nC), cường độ dòng điện cực đại qua cuộn cảm là I0 = 20 (mA). a. Xác định chu kỳ biến thiên của năng lượng điện trường. b. Tại thời điểm t nào đó năng lượng điện trường bằng năng lượng từ trường. Hỏi sau thời gian t nhỏ nhất là bao nhiêu thì năng lượng điện trường lại bằng năng lượng từ trường. _______________ Hết ________________ (Giám thị coi thi không giải thích gì thêm!) Họ tên thí sinh……………………………………………..Số báo danh…………………
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM THI BẮC GIANG CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH Môn Vật lý 12 - THPT Đề chính thức Thang điểm 20/20 – Số trang: 04 Câu Nội dung chính Điểm Câu 1: a. Viết phương trình dao động: (3 điểm) + Gọi v là vận tốc của hệ vật sau va chạm, sử dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: mv 0 = ( M + m)v  v = 0,4 m/s = 40 cm/s 0,5 + Phương trình dao động của hệ hai vật:  x  A cos(t   )  v   A sin(t   ) Chọn gốc thời gian, trục tọa độ như giả thiết, ta có:  x  A cos   0(cm)  (1) v   A sin   40(cm / s) k 100 =   20 rad/s (2) 0,5 M m 0,25 Từ (1) và (2) ta tìm được A = 2 cm,  = /2. 0,5 + Phương trình dao động: x = 2cos(20t + /2)(cm) 0,5 b. Xác định thời gian ngắn nhất: + Lực tác dụng vào mối hàn là lực kéo khi hệ vật (M + m) dao động với x>0 + Lực tác dụng vào mối hàn chính là lực đàn hồi của lò xo F đ = k x = kx + Mối hàn sẽ bật ra khi F đ  1N 0,5  kx  1N  x  0,01m = 1 cm y + Thời gian ngắn nhất từ khi lò xo bị nén cực đại cho tới khi mối hàn bị bật ra là thời gian vật chuyển động từ B đến P ( x P = 1 cm). Sử dụng hình chiếu chuyển động tròn x’ -2 O P 2 x đều ta xác định được: B  t min = T/3 = /30 (s) 0,5 N Câu 2: a. Viết biểu thức tính chu kỳ dao động nhỏ: (3 điểm) I + Chu kỳ dao động nhỏ của con lắc: T  2 0,5 mgx + Biểu thức xác định momen quán tính của thanh khi khối tâm G cách trục mL2 mL2  12mx 2 0,5 quay một đoạn x: I  mx 2  12 12 I mL2  12mx 2 L2  12 x 2  T  2  2  2 0,5 mgx 12mgx 12 gx b. Tìm L để T mi n = 2(s): 0,5
L2 x + Chu kỳ dao động nhỏ nhất khi (  ) min , sử dụng bất đẳng thức 12 gx g Co si: 0,5 2 2 L x L L  2 2 , lấy dấu bằng ta thu được: x  12 gx g 12 g 2 3 L + Để T mi n = 2 s  T  2  2( s ) 3g 0,5  L= 3 m Câu 3: * Khi mắc M,Q vào nguồn một chiều thấy (3 điểm) Ampe kế chỉ 1A nên trong hộp X không thể chứa tụ C  hộp X chứa cuộn thuần 0,5 cảm L nối tiếp điện trở thuần R UL + Cuộn cảm đóng vai trò như một sợi dây UX U dẫn ( Z L = 0), R = R1 = 1 = 30  0,5 I1 UR1 UR 2 * Khi mắc M, N vào nuồn một chiều thì i thấy hiệu điện thế hai đầu M,Q vuông pha hiệu điện thế hai đầu Q,N ( giản đồ véc tơ) UY từ đó suy ra hiệu điện thế hai đầu hộp Y UC trễ pha một góc ( 0, /2) so với i nên hộp 0,5 Y chứa điện trở thuần và tụ điện. * Ta có: Z X = UX /I 2 = 120/2 = 60  2 2 ZL 30 3 3 3 ZX  R1  ZL  Z L  R 1 3  30 3  L    (H)  H 0,5  100 10   Theo giản đồ vectơ: sin  = UL/UX = Z L /Z X = 30 3 / 60  3 / 2   = 3    Mà u X vuông pha với u Y nên:     2 3 6 * Đối với hộp Y: Z Y = UY /I 2 = 120/2 = 60  3 + Từ giản đồ: R2 = Z Y. cos  = 60. = 30 3  0,5 2 1 1 10 3 Z C = Z Y.sin  = 60.0,5 = 30   C    (F) 0,5 .ZC 100.30 3 Câu 4: (3 điểm) a. Xác định khoảng vân, vị trí vân sáng bậc 4: D 0,5.10 6.2 0,5 + Khoảng vân i =   0,5.10 3 m  0,5 mm a 2.10 3
+ Vị trí vân sáng bậc 4 là x S4 = 4i = 2 mm 0,5 b. Tìm y min để không quan sát được hệ vân gia thoa: + Khi chiếu đồng thời vào hai khe S và S’ ta thu được được hai hệ vân với khoảng vân như nhau, vị trí vân sáng trung tâm khác nhau + Với khe S, vân trung tâm tại O + Khe S’ vân trung tâm nằm tại O’ + Chứng minh O’, I, S’ thẳng hàng nhau. Khi nguồn sáng nằm tại S, vân trung tâm tại O. Hiệu quang trình tới điểm M bất kỳ: ax  = SS 2 M – SS1 M = (SS2 – SS1 ) + ( d 2 – d 1 ) = D với d 1 , d 2 là khoảng cách từ từ S1, S2 đến M trên màn Khi nguồn sáng nằm tại S’. Hiệu quang trình tới M:  ’ = S’S2M – S’S1M = (S’S2 + S2M) – ( S’S1 + S1M) = (S’S2 – S’S1) + ( S2M – S1M) = ( r2 – r1) + ( d2 – d1). Với r2 = S’S2 , r1 = S’S1. ay - Bằng phương pháp tương tự tính ra: r2 – r1 = D' ay ax ay - Ta có  ’ =  + = + 0,5 D' D D' - Khi chiếu sáng khe S’ để thu được vân sáng trung tâm ta có  ’= 0 Khi đó x là khoảng cách từ vân trung tâm (O) khi chiếu sáng vào khe S đến vân trung tâm (O’) khi chiếu sáng vào khe S’ ax ay x y  =-  =- “ - ” thể hiện sự di chuyển ngược chiều của 0,5 D D' D D' hệ vân so với chiều di chuyển của nguồn sáng. + Khi chiếu sáng đồng thời hai khe S và S’ để trên màn không quan sát được hệ thống vân giao thoa khi vân sáng của hệ thống vân của nguồn S trùng với vân tối trong hệ thống vân của nguồn S’. + x = OO’ = ( k + ½)i’ D' 1  ' D D' 1  ' D'  y= x  (k  ) .  (k  ) 0,5 D 2 a D 2 a + Để ymin thỏa mãn điều kiện bài toán ứng với k = 0 0,4.10 6.0,5 ymi n = 3  5.10 5 m = 0,05mm. 0,5 2.2.10 Câu 5: * Tính  = 10 m. 0,5 (2 điểm) * Do sóng không bị mất mát năng lượng khi sóng lan truyền trên mặt chất lỏng, năng lượng của sóng phân bố trên các đường tròn đồng tâm tâm tại nguồn. Biên độ sóng giảm tỉ lệ nghịch với căn bậc hai quãng đường sóng truyền được. AN dM 1 1     AN  AM .  4 2 cm 0,5 AM dN 2 2 2 + Độ lệch pha của N so với nguồn O là:  = 2  0,4 rad 0,5 10  Phương trình dao động tại N: u N = 4 2 cos(2t  0,4 ) cm. 0,5 Câu 6: + Khi chiếu sáng vào quả cầu cô lập về điện, ánh sáng bứt e khỏi quả cầu (3 điểm) làm cho quả cầu nhiễm điện dương. + Khi mới chiếu ánh sáng, số e bị bứt khỏi quả cầu là nhỏ nên điện tích dương của quả cầu nhỏ không có khả năng kéo lại các e có động năng lớn. + Sau một thời gian chiếu ánh sáng, số e bị bứt khỏi quả cầu lớn lúc này, điện tích dương trên quả cầu lớn sinh ra lực điện trường lớn đủ mạnh để kéo được các e có động năng ban đầu cực đại quay trở lại quả cầu, khi đó, 1,0
nếu trong một giây có bao nhiêu e bị bứt khỏi quả cầu thì sẽ có bấy nhiêu e bị kéo quay trở lại quả cầu, quả cầu không bị mất thêm e nên điện tích quả cầu không tăng và đạt giá trị cực đại ứng với điên trường cực đại V max : 2 mv0 max e Vmax = (1) 0,5 2 hc hc mv 2 0max 0,5 Công thức Anhxtanh:   (2)  0 2 hc    1,0 Từ (1) và (2)  Vmax  . 0 =2,48 V. e 0 Câu 7: a. Xác định chu kì biến thiên của năng lượng điện trường: (3 điểm) I + Từ : I 0  .q 0    0 q0 0,5 + Chu kì dao động của mạch dao động: 2 2q0 2.10 9 0,5 T  = 2. 3 = 2.10 7 (s)  I0 20.10 + Năng lượng điện trường, năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với chu kỳ T’ = T/2 = .10 – 7 s 0,5 b. Xác định khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần mà W L = W C. + Vẽ đồ thị của W L, W C theo thời gian, ta được đồ thị như sau: 0,5 + Từ đồ thị ta thu được khoảng thời gian để W L = W C hai lần liên tiếp là 0,5 T’/2 T' T   Khoảng thời gian ngắn nhất: t =  = .10 7 s 0,5 2 4 2
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH BẮC GIANG MÔN VẬT LÝ 12 – THPT Năm học: 2008 – 2009, ngày thi 05/04/11 Đề chính thức Thời gian làm bài: 180 phút Câu 1. (3,0 điểm) Cho cơ hệ như hình vẽ 1, lò xo lý tưởng có độ cứng k = 100 (N/m) được gắn chặt vào tường tại Q, vật M = 200 (g) được gắn với lò xo bằng một mối nối hàn. Vật M đang ở vị trí cân bằng, một vật m = 50 (g) chuyển động đều theo phương ngang với tốc độ v 0 = 2 (m/s) tới va chạm hoàn toàn mềm với vật M. Sau va chạm hai vật dính làm một và dao động điều hòa. Bỏ qua ma sát giữa vật M với mặt phẳng ngang. a. Viết phương trình dao động của hệ vật. Chọn trục tọa độ như hình vẽ, gốc O trùng tại vị trí cân bằng, gốc thời gian t = 0 lúc xảy ra va chạm. b. Sau một thời gian dao động, mối hàn gắn vật M với lò xo bị lỏng dần, ở thời điểm t hệ vật đang ở vị trí lực nén của lò xo vào Q cực đại. Sau khoảng thời gian ngắn nhất là bao nhiêu (tính từ thời điểm t) mối hàn sẽ bị bật ra? Biết rằng, kể từ thời điểm t mối hàn có thể chịu được một lực nén tùy ý nhưng chỉ chịu được một lực kéo tối đa là 1 (N). Câu 2. (3,0 điểm) Một thanh đồng chất có chiều dài L được gắn vào giá tại điểm O (điểm O ở ngay đầu thanh). Khoảng cách từ O đến khối tâm G của thanh là OG = x. Thanh có thể dao động không ma sát quanh trục nằm ngang đi qua O trong mặt phẳng thẳng đứng. Lấy g = 10 (m/s2 ), 2 = 10. a. Kích thích cho thanh dao động điều hòa. Viết biểu thức tính chu kỳ dao động nhỏ của thanh. b. Tìm L để chu kỳ dao động cực tiểu của thanh là T min = 2 (s). Câu 3. (3,0 điểm) Cho đoạn mạch điện MN như hình vẽ 2. X và Y là hai hộp kín, mỗi hộp chỉ chứa hai trong ba phần tử mắc nối tiếp: điện trở thuần, cuộn thuần cảm và tụ điện. Các vôn kế V1 , V2 và ampe kế A đo được ở cả dòng điện xoay chiều và một chiều. Điện trở các vôn kế rất lớn, điện trở ampe kế không đáng kể. Khi mắc hai điểm M và Q vào hai cực của nguồn điện một chiều, ampe kế A chỉ 1 (A), vôn kế V1 chỉ 30 (V). Khi mắc M và N vào nguồn điện xoay chiều hình sin, tần số 50 (Hz) thì ampe kế A chỉ 2 (A), các vôn kế chỉ cùng giá trị 120 (V) nhưng u M Q vuông pha với u QN. Hộp X và Y có chứa những phần tử nào? Tính giá trị của các phần tử đó. Câu 4. (3,0 điểm) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y–âng, dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = 0,5 (m), hai khe hẹp S 1 , S2 cách nhau a = 2 (mm), khoảng cách từ màn (E 2 ) chứa hai khe tới màn hứng ảnh (E 3 ) là D = 2 (m). Hai khe được chiếu sáng từ một khe hẹp S trên màn (E 1 ) nằm cách màn (E 2 ) một khoảng D’ = 50 (cm). Khe S nằm trên đường trung trực của S 1 , S 2 , các khe S // S1 // S2 , các màn (E 1 ), (E 2 ), (E3 ) song song với nhau và cùng vuông góc với trung trực của S 1 , S 2 . a. Xác định khoảng vân i, vị trí vân sáng bậc 4. b. Tạo một khe S’ trên màn (E 1 ), S’//S và cách khe S một khoảng y. Tìm y min để khi đồng thời chiếu vào hai khe S, S’ ánh sáng có ’ = 0,4 (m) thì trên màn (E 3 ) không quan sát được hệ vân giao thoa. Câu 5. (2,0 điểm) Trên mặt chất lỏng, tại O, người ta tạo một nguồn điểm dao động với phương trình u O = Acos(2t) (cm). Giả thiết rằng năng lượng của sóng không bị mất mát khi lan truyền. Tại điểm M trên mặt chất lỏng cách nguồn O một đoạn dM = 1 (m) sóng có biên độ AM = 8 (cm). Lập phương trình dao động của điểm N trên OM cách nguồn O một đoạn d N = 2 (m). Biết rằng tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là v = 10 (m/s). Câu 6. (3,0 điểm) Chiếu vào một quả cầu kim loại có giới hạn quang điện  0 = 0,5 (m) đang được đặt cô lập về điện bởi một bức xạ điện từ có bước sóng  = 0,25 (m). Hãy lập luận và xác định điện thế cực đại của quả cầu. Cho h = 6,625.10 – 34 (Js), e = 1,6.10 – 19 (C), me = 9,1.10 – 31 (kg). Câu 7. (3,0 điểm) Một mạch dao động LC lý tưởng, biết điện tích cực đại trên tụ là q 0 = 2 (nC), cường độ dòng điện cực đại qua cuộn cảm là I0 = 20 (mA).
a. Xác định chu kỳ biến thiên của năng lượng điện trường. b. Tại thời điểm t nào đó năng lượng điện trường bằng năng lượng từ trường. Hỏi sau thời gian t nhỏ nhất là bao nhiêu thì năng lượng điện trường lại bằng năng lượng từ trường. _______________ Hết ________________ (Giám thị coi thi không giải thích gì thêm!) Họ tên thí sinh……………………………………………..Số báo danh…………………