Đề HSG môn vật lý lớp 12 năm học 2013 2014 sở GDĐT ninh bình hệ không chuyên file word có lời giải chi tiết

Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

SỞ GD&ĐT NINH BÌNH

KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT
NĂM HỌC 2013-2014

ĐỀ CHÍNH THỨC

ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 12- THPT
Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian phát đề
( Đề gồm 03 trang)

Câu 1: (4.0 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 thẳng dứng hướng lên. Chọn gổc thời gian là lúc truyền vận tốc
cho vật nặng. Chọn trục tọa độ Ox thẳng đứng, chiều dương hướng xuống, gốc tọa độ 0 ở vị trí
cân bằng. Lấy g  10  m / s 2  ;  2  10.
1. Nếu sức cản của môi trường không đáng kể, con lắc lò xo dao dộng điều hòa. Tính:
1
- Độ lớn cùa lực đàn hồi mà lò xo tác dụng vào vật lúc t  s
3

- Tốc độ trung bình cùa vật trong khoảng thời gian t 

1
s đầu tiên.
6

2. 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 2: (3.0 điềm)
Cho đoạn mạch AB gồm R, L, C mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu doạn mạch một điện áp xoay
2
103
chiều u AB  220 2cos100 t (V ), R  50 3(), L  H , C 
( F ).

5

– Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

1.Viết biểu thức cường độ dòng điện, biểu thức của các điện áp u AN ; uMB
2.Điều chỉnh C để công suất trên cả đoạn mạch đạt cực đại. Tim C và giá trị cực đại của công
suất.
3. Giữ nguyên L 
bằng C1 

2



H , thay điện trở R bằng R1  1000() , điều chỉnh tụ điện C

4
 F . Giữ nguyên điện áp hiệu dụng của nguồn, thay đổi tần số f đến giá tri f0 sao
9

cho
điện áp hiệu dụng UC1 giữa hai bản cực của tụ điện đạt cực đại. Tìm f0 và giá trị cực đại của UC1
Câu 3: ( 3,0 điểm)
Một mol khí lí tuyển thực hiện quá trình giãn nở từ trạng thái 1 ( P0 ,V0 ) đến trạng thái
P

2  0 , 2V0  có đồ thị trên hệ tọa độ P-V (hình vẽ 2).
 2


1. Xác định nhiệt độ cực đại cùa khối khí trong quá trình đó.
2. Biểu diễn quá trình ấy trên hệ toạ độ P-T
Câu 4: (3,0 điểm)
Dùng một prôtôn có động năng 5,45 MeV bán vào hạt nhân 49 Be đang đứng yên. Phản ứng tạo ra
hạt nhân X và hạt  . Hạt  bay ra theo phương vuông góc với phương tới của prôtôn và có
động năng 4 MeV. Tính động năng của hạt nhân X và năng lượng tỏa ra trong phản ứng này. Lẩy
khối lượng các hạt tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử bằng số khối của chúng.
Câu 5: (3,0 điếm)
Trên mặt bàn nằm ngang có hai tấm ván khối lưọrng m1 và m2 . Một lực F song song với mặt
bàn đặt vào tấm ván dưới. Biết hệ sổ ma sát trượt giữa 2 tấm ván là k1 , giữa ván dưới và bàn
là k2 (Hình 3). Tính các gia tốc a1 và a2 của hai tấm ván. Biện luận các kết quả trên theo F khi
cho F tăng dần từ giá trị bằng không. Xác định các khoảng giá trị của F ứng với từng dạng
chuyến
động
khác
nhau
của
hệ.
Áp

dụng
bằng

– Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

số: m1  0,5kg; m2  1kg; k1  0,1; k2  0,3; g  10m / s 2 .

Câu 6: (4,0 điếm)
Cho một khung dây dẫn kín hình chữ nhật ABCD bằng kim loại, có điện trở là R, có chiều dài
các cạnh là a và b. Một dây dẫn thẳng  dài vô hạn, nằm trong mặt phẳng của khung dây, song
song với cạnh AD và cách nó một đoạn d (hình 4). Trên dây dẫn thẳng có dòng diện cường độ I 0
chạy qua.

1. Tính từ thông qua khung dây.
2. Tinh điện luợng chạy qua một tiết diện thẳng của khung dây trong quá trình cường độ dòng
điện trong dây dẫn thẳng giảm đến không.
3. Cho rằng cường độ dòng điện trong dây dẫn thẳng giảm tuyến tính theo thời gian cho
đến khi bằng không, vị trí dây dẫn thẳng và vị tri khung dây không thay đổi. Hãy xác định
xung của lực từ tác dụng lên khung.

– Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

SỞ GD&ĐT NINH BÌNH

KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT
NĂM HỌC 2010-1011

HƯỚNG DẪN GIẢI

ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 12- THPT

Câu 1. Khi vật ở VTCB l0  x0 

k
mg
 10 (rad/s)
 0, 01(m)  1(cm)  
m
k

Phương trình dao động của vật: x  2 cos(10 t 

Chu kỳ T 
t

2





2
) (cm)
3

2 1
 s
10 5

1
(s)  x  2 (cm)
3

Độ lớn lực đàn hồi: Fdh  k l  3 (N)
Biểu diễn x  2 cos(10 t 
Sau t 

2
) bằng véc tơ quay A .
3

1
5
2
 
s A quay t 
6
3
3

Quãng đường vật dao động điều hòa đi được sau
Tốc độ trung bình: Vtb 

1

s là: S  2 A  2HM  2 A  A  3 A  6 cm
6

S 6
  36 (cm/s).
t 1
6

– Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

b) Chọn mốc tính thế năng là VTCB
Cơ năng ban đầu W0 

mv02 kx02

 0, 02 (J)
2
2

Vật chuyển động chậm dần đến vị trí cao nhất cách VTCB A:

kA12
 W0  Fc ( A1  x0 )  A1  0,0195 m
2
Sau đó vật đi xuống nhanh dần và đạt tốc độ cực đại tại vị trí: Fph  Fc  x1 

Fc

 0, 001 (m).
K

Độ biến thiên cơ năng lúc đầu và vị trí tốc độ cực đại:

W0 

mv 2 kx12

 Fc ( A1  x0  A1  x1 )  v  0,586 (m/s).
2
2

Câu 2. a) Tính Z L   L  200 ; Z C 

1
 50 .
C

Tổng trở: Z  R 2  ( Z L  ZC )2  100 3() .
Cường độ dòng điện: I 0 
Độ lệch pha: tan  

U0
 1,8 A .
Z

Z L  ZC



 3     i  u     .
R
3
3



Biểu thức cường độ dòng điện: i  1,8cos(100 t  ) A
3
Biểu thức U AN : Z AN  R 2  Z L2  218 ; U 0 AN  I 0 Z AN  392, 4V

tan  AN 

ZL
200

  AN  1,16rad  uAN  i  uAN  0,11 rad.
R 50 3

u AN  392, 4cos(100 t  0,11) (V).
Biểu thức U MB : Z AN  Z L  ZC  150 ; U 0 MB  I 0 Z MB  1,8.150  270 (V)
Vì Z L  ZC nên MB 


2

 uMB  270cos(100 t 







 )(V )  270cos(100 t  )(V ) .
3 2
6

b) Công suất trên đoạn mạch đạt cực đại khi: ZC  Z L  200

– Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Điện dung của tụ: C 

1
104

F
.ZC 2
2

 220 
2
.R  
Công suất cực đại là: Pmax  I max
 .50 3  558, 7(W) .
 50 3 

c) Điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ:

U C1  I .Z C1 

U .ZC1
R  (Z L  ZC )
2
1

2



U

R12  Z L

 1
2
Z C1  Z C1 

2

Ta thấy UC1 đạt cực đại khi mẫu số cực tiểu. Biến đối biểu thức ở mẫu số ta được:

MS  L2C12 4  (C12 R12  2LC1 ) 2  1
Mẫu số cực tiểu khi: 0 



2C1 L  C12 R12
 1000 (rad / s)  f 0  0  500 Hz.
2 2
2C1 L
2
U.

Giá trị cực đại của UC1 là: U C1Max 

1
0C1


1 
R12   0 L 

0C1 


2

 480, 2(V ).

Câu 3. Vì đồ thị trên P-V là đoạn thẳng nên ta có: P  V   (*) trong đó  và  là các hệ số
phải tìm.
Khi thì V  V0 thì P  P0 nên: P0  V0  
Khi V  2V0 thì P 

P0
P

nên: 0  2V0  
2
2

Từ (1) và (2) ta có:   

(1)
(2)

P0
3P
;  0
2V0
2

Thay (*) ta có phương trình đoạn thẳng đó: P 

3P0 P0

V
2 2V0

Mặt khác, phương trình trạng thái của 1 mol khí: PV = RT

(***)

– Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Từ(**) và(***) ta có: T 

3V0
2V
P  0 p2
R
RP0

T là hàm bậc 2 của P nên đồ thị trên T-P là một phần parabol
Khi P  P0 và P 

P0
PV
thì T  T1  T2  0 0 ;
2
R

Khi T = 0 thì P =0 thì P 
Ta có: T '( P ) 
P

3P0
.
2

3V0 4V0

P  T '( P )  0
R RP0

3P0
3P
9v P
; cho nên khi P  0 thì nhiệt độ chất khí là T  Tmax  0 0
4
4
8R

Đồ thị biểu diễn quá trình đó trên hệ tọa độ T-P hay P-T là một trong hai đồ thị dưới đây:

Câu 4. Theo định luật bảo toàn động lượng ta có: p p  p  p X .

Vì:

v p  v  p p  p  p X2  p 2p  p2
1
1
1
 2mx mX vX2  2mP m p vX2  2m m vX2
2
2
2
Hay 2mX WdX  2mp Wdp  2m Wd  WdX 

Wdp  4Wd
6

 3,575MeV .

– Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có:  m p  mBe  c 2  Wdp  (m  mX )c 2  Wd  WdX
Năng lượng tỏa ra: W  (m p  mBc  m  mX )c 2  Wd  Wdp  2,125MeV .
Câu 5. Các lực ma sát nghỉ có độ lớn cực đại là: F1Max  k1m1 g ; F2 Max  k2 (m1  m2 ) g

F  F2Max thì ván 2 chuyển động và chịu tác dụng của các lực:
F , F2 Max và lực ma sát F1 giữa hai ván. Có hai khả năng:
a) F  F1Max ván 1 gắn với ván 2. Hai ván cùng chuyển động với gia tốc a 
b) Lực truyền gia tốc a cho m1 là F1 : F1  m1

F  F2 Max
m1  m2

F  F2 Max
 k1m1 g  F  (k1  k 2 )(m1  m2 ) g
m1  m2

Điều kiện để hai tấm ván cùng chuyển động với gia tốc a là:

k2 (m1  m2 ) g  F  (k1  k2 )(m1  m2 ) g.
Thay số: 4,5 N  F  6 N  F  F1Max Ván 1 trượt trên ván 2 và vẫn đi sang phải với gia tốc a1 :

a1  a2 ; F1max  k1m1 g  m1a1 ; a1  k1 g
Ván 2 chịu F , F1max , F2 max và có gia tốc a2 : a2 
Điều kiện để a2  a1 

F  k1m1 g  k2 (m1  m2 ) g
m2

1
F  (k1  k2 )(m1  m2 ) g  0 là F  (k1  k2 )(m1  m2 ) g
m2

Thay số: F  4, 6 N : a1  a2  0 hai vật đứng yên
4,5 N  F  6 N : hai vật có cùng gia tốc: a1  a2 

F  4,5
1,5

F>6N: Vật l có a1  1m / s 2 ; vật 2 có a2  ( F  5) .
Câu 6.1. Tại điểm cách dây dẫn r: B 

d a
0 I 0
Ib
Ib
a
   0 0 dr  0 0 ln(1  )  0 .
2 r
2 r
2
d
a

2. Trong thời gian nhỏ dt có s.đ.đ: E  

d
, trong mạch có dòng
dt

– Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

i

  0
0  0 0 0 I 0b
dq E
d
d
a
 
; dq  
q

 
ln(1  )
dt R
Rdt
R
R
R
R 2 R
d

3. Gọi t là thời gian dòng giảm đến 0 thì I  I 0 (1 
i

t
); E   '; trong khung có:
Dt

E
'  b
a I
   0 ln(1  ) 0  hs
R
R 2 R
d t

Lực tác dụng lên khung là tổng hợp hai lực tác dụng lên các cạnh AD và BC:

F  B1bi  B2bi 

0 b
0 b
0 ab
Ii 
Ii 
Ii
2 d
2 (d  a)
2 d (d  a)
t

Xung của lực là: X   Fdt 
0

0 I 0 abi t 
02 ab2
I 02
t 
a
I
1

dt

ln(1  ).
0

2

2 d (d  a) 0  t 
4 d (d  a) 2 R
d

– Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất