Đề HSG môn vật lý lớp 12 năm học 2015 2016 sở GDĐT bắc ninh hệ chuyên file word có lời giải chi tiết

Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

SỞ GD&ĐT BẮC NINH

KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT
NĂM HỌC 2015-2016

ĐỀ CHÍNH THỨC

ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 12- THPT- Hệ chuyên
Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian phát đề
( Đề gồm 02 trang)

Câu 1 (4.0 điểm).
Cho hệ cơ như hình vẽ, lò xo lý tưởng có độ cứng k = 100N/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 = 50g chuyển
động đều theo phương ngang với tốc độ v0 = 2m/s tới va
chạm hoàn toàn mềm với vật M. Sau va chạm hai vật dính
vào nhau và dao động điều hòa. Bỏ qua ma sát giữa vật M
với mặt phẳng ngang.
a) Chọn trục tọa độ như hình vẽ, gốc O tại vị trí cân bằng, gốc thời gian t = 0 lúc xảy ra va chạm. Viết
phương trình dao động của hệ vật.
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).
Rôto của một máy phát điện xoay chiều một pha có 4 cực từ và quay với tốc độ n vòng/phut. Hai cực phần
ứng của máy mắc với một tụ điện có điện dung C  10 F . Cho rằng điện trở trong của máy không đáng
kể. Hãy vẽ đồ thì biểu diễn sự biến thiên của cường độ dòng điện hiệu dụng I qua tụ theo tốc độ quay của

rô to khi tốc độ quay của rô to biến thiên liên tục từ n1  150 vòng/phút đến n2  1500 vòng/phút. Biết
rằng với tốc độ quay 1500 vòng/phut thì suất điện động hiệu dụng giữa hai cực máy phát tương ứng là
200V.
Câu 3 (3.0 điểm).
Nhờ một nguồn dao động, người ta tạo được tại một điểm O trên mặt nước phẳng lặng những dao động
điều hòa theo phương thẳng đứng với tần số f = 40Hz.
1

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


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

a) Trên mặt nước xuất hiện những gợn sóng tròn đồng tâm O, các đỉnh sóng cách đều nhau 2,5cm. Tính
tốc độ truyền sóng ngang trên mặt nước.
b) Tại một điểm A cách O là 0,1m biên độ sóng là 3cm. Hãy tìm biên độ sóng tại một điểm M theo
khoảng cách d = OM, cho biết năng lượng sóng không mất dần trong quá trình lan truyền, nhưng phân bố
đều trên mặt sóng tròn.
Câu 4 (4.0 điểm).
Cho một lưỡng lăng kính dạng nêm, đáy mỏng, góc chiết quang 15 , làm bừng thủy tinh được coi là trong
suốt với các ánh sáng dùng làm thí nghiệm, có chiết suất n = 1,5 và được coi là không đổi với các ánh
sáng dùng trong thí nghiệm. Phía trước lăng kính có đặt một khe sáng hẹp S được chiếu ánh sáng đơn sắc
trên đường thẳng đi qua đáy và trùng với đáy chung.
a) Tìm khoảng cách d giữa khe S và lưỡng lăng kính để hai ảnh S1 và S2 của S qua lưỡng lăng kính ở cách
nhau một khoảng a  1,8mm . Lấy l   3.10 4 rad .
a) Tại vùng giao thoa trên màn, người ta đếm ngược 11 vân sáng. Xác định khoảng cách từ lưỡng lăng
kính đến màn, suy ra bề rộng vùng giao thoa trên màn và khoảng vân i . Biết bước sóng của ánh sáng đơn
sắc dùng trong thí nghiệm là   0,5 m.
b) Thay ánh sáng đơn sắc trên bằng bức xạ tử ngoại gần. Để quan sát hình ảnh giao thoa người ta đã dùng
máy ảnh với phim đen trắng thông thường chụp ảnh miền giao thoa và in trên giấy ảnh thì đếm được 15

vạch đen trên toàn miền giao thoa. Giải thích hiện tượng và hình ảnh quan sát được, tính bước sóng của
ánh sáng tử ngoại nói trên.
Câu 5 (3.0 điểm).
Một kiểu phân hạch của U 235 là:
loại Lantan họ đất hiếm).

95
1
0
( Mo là kim loại, La là kim
U  01n  42
Mo  139
57 La  2 0 n  7 1 e

235
92

a) Tính năng lượng E tỏa ra từ phản ứng trên theo đơn vị Jun (J). Cho biết khối lượng của các hạt:
bỏ qua khối lượng của eletron; lấy
mU  234,99u; mMo  94,88u; mLa  138,87u; mn  1,01u;
1u  931MeV / c 2.
b) Nếu coi giá trị E tìm được ở trên là năng lượng trung bình cho môi phân hạch thì khi 1g U235 phân
hạch hết sẽ cho một năng lượng bằng bao nhiêu kWh? Cần phải đốt một lượng than bằng bao nhiêu để
được lượng năng lượng đó? Biết năng suất tỏa nhiệt của than q  2,93.107 J / kg. Lấy số Avoogađrô

N A  6,023.1023 mol 1.
c) Trong sự cố của các lò phản ứng hạt nhân tại nhà máy điện nguyên tử ở Fukushima (Nhật Bản) do động
đất và sóng thần, người ta lo ngại nhất hiện tượng gì sẽ xảy ra? ( hiện tượng này có liên quan đến kiến
thức em đã được học về phản ứng phân hạch hạt nhân dây truyền). Hiện tượng đó có dễ xảy ra không?

Câu 6 (3 điểm).
Cho một thanh đồng chất chiều dài L, khối lượng m. Thanh có thể
quay không ma sát quanh một trục nằm ngang, vuông góc với thanh
2

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


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

và đi qua một đầu thanh tại O. Ban đầu thanh được giữ ở vị trí hợp
với phương ngang góc  như hình vẽ, sau đó buông nhẹ cho thanh quay quanh O. Lấy gia tốc trọng
trường là g . Hãy xác định véc tơ lực do trục quay tác dụng lên thanh khi thanh qua vị trí nằm ngang.
SỞ GD&ĐT BẮC NINH

KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT
NĂM HỌC 2015-2016

HƯỚNG DẪN GIẢI

ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 12- THPT

Câu 1. a) Gọi v là vận tốc của hệ sau va chạm, sử dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:
mv0   M  m  v  v  0, 4m / s  40cm / s
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, tại t  0 ta có:



k
100

 20rad / s
M m
0, 25

Từ (1) và (2) ta tìm được A  2cm,  



x  A cos  0( cm )
v  A sin  4 m ( cm / s )

(1)

(2)





. Phương trình dao động: x  2 cos  20t   (cm)
2
2



b) 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
Fđ  k x  kx

Mối hàn sẽ bật ra khi Fđ  1N  kx  1N
 x  0, 01m  1cm

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

 1cm  . Sử dụng hình chiếu chuyển động tròn đều ta
3

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


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

xác định được: tmin 

T
p


s.
3 30

Câu 2. Rô to có 4 cực, nên số cặp cực từ p  2,
Khi n2  1500 (vòng/phút) thì tần số dòng điện:
f2 

n2 p 1500.2

 50 Hz  2  2 f 2  314(rad / s)
60
60

Vì bỏ qua điện trở trong của máy nên: U 2  E2  200V
Cường độ dòng điện hiệu dụng qua tụ: I 2 

U2
 U 2C2  200.105.314  0, 628 A
ZC

Với vận tốc quay rô to là n vòng/phút thì hiệu điện thế hiệu dụng được xác định một cách tổng quát là:
NBS
(vì điện trở trong bằng 0).
U E
2
Cường độ dòng điện hiệu dụng qua tụ: I 

U
NBSC 2
np

 UC 
 . Với   2 f  2
ZC
60
2

NBSC  2 np 
NBSC 4 2 p 2 2
Suy ra I 
.

.n  K .n 2

60
2 
3600 2

2

Với K 

NBSC 4 2 p 2
là hằng số
3600 2

 I  K .n 2 đường biểu diễn sự phụ thuộc của I với n -

tốc độ quay của rô to, có dạng một nhánh của parabol
có bề lõm hướng lên chiều dương của tọa độ.
Với n  0 : I  0

Với n1  150 vòng/phút: I1  K (150)2

n2  1500 vòng/phút: I 2  K (1500)2  0,628 A
2

I  150 
I
1
 1 
 I1  2  0, 00628 A
 
I 2  1500  100
100
4

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


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Đồ thị của I  K .n 2 là một nhánh parabol có dạng như hình vẽ.
Câu 3. a) Sóng trên mặt nước coi như gần đúng là sóng ngang, các gợn sóng là những vòng tròng đồng
tâm cách nhau 1 bước sóng. Vậy:   2,5cm  v  . f  100cm / s.
b) Năng lượng sóng phân bố đều trên mặt sóng, nên theo mỗi phương truyền sóng, càng xa O, năng lượng
sóng càng giảm. Gọi d A là bán kính mặt sóng tại A, d là bán kính mặt sóng tại M, W là năng lượng sóng
cung cấp bởi nguồn O trong 1s, thì mỗi đơn vị dài trên mặt sóng sẽ nhận được một năng lượng
W
W0 
.
2 d

Nếu a là biên độ sóng tại điểm khảo sat ở cách O một khoảng d, thì W0  a 2 hay W0  ka 2
Suy ra ka 2 

K
W
W 1
W
thì a 2 
 a2 
. ; đặt K 
d
2 d
2 k d
2 k

Với d  d A  0,1cm thì a A  3cm, ta có: 32 
Tương tự tại M cách O khoảng d thì a 2 

K
0,1

K
dM

2

0,1
0,1
0,95
a

Kết hợp lại ta có:   
a3
cm 
(cm) (biên độ sóng tại M).
dM
dM
dM
3

Câu 4. a) Lăng kính có góc chiết quang nhỏ
nên góc lệch: D=A  n  1 , đáy rất mỏng nên
H và I rất gần nhau.

S1 , S 2 là 2 nguồn kết hợp (ảo), từ hình vẽ

S1S2  a , ta có:
a  S1S 2  2d tan D  2d  n  1 A

(góc nhỏ: tan D  D ( rad ) )
a
1,8.103
d

 0, 4m
2  n  1 A 2 1,5  1 .15.3.104

Khối lượng tới hạn phụ thuộc vào tỉ lệ U 235 được làm giàu. Nhưng tỉ lệ U 235 được làm.
5

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

Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

b) Khoảng cách từ hai nguồn đến màn D  d  d '  i 
Bề rộng miền giao thoa là L, từ hình vẽ có:
L  10i  d ' 

La

d
2

a
1
10 d



D
a



  d  d '
a

L d'
d'
và theo đầu bài

 La
a d
d

0, 4

 0, 645m  64,5cm.

1,8.10 

3 2

10.0,5.106.0, 4

1

d'
0, 645
 1,8.103
 2.9.103  2,9mm, mà L  10i  i  0, 29mm
d
0, 4

c) Ánh sáng từ ngoại gần là bức xạ không trông thấy nhưng vẫn gây ra hiện tượng giao thoa trên màn. Để
quan sát được hiện tượng đó, người ta đã dùng máy ảnh với phim đen trắng chụp ảnh miền giao thoa và in
trên giấy ảnh thì kết quả vân sáng sẽ ứng với vạch tối trên ảnh.
Với 15 vạch tối đếm được, ta có 14 khoảng vân i . Vì a và D không đổi, chiết suất n
cũng được coi là không đổi, nên ta có: 10  14 '   '  0,357  m
Câu 5. a) Ta có:
E   mU  mn  mMo  mLa  2mn  c 2   234,99  94,88  138,87  1, 01

931MeV 2
.c
c2

 214,13MeV  214,13.1,6.1013  342,608.1013 J  3, 43.1011 J
b) Trong 1g U 235 có số hạt U 235 bằng: N 

m
1
NA 
.6, 023.1023 hạt
A
235

Năng lượng tỏa ra khi 1g U 235 phân hạch hết bằng:
E  N .E 

1
.6, 023.1023.3, 43.1011  8, 79.1010 J
235

Lượng năng lượng này bằng K (kWh): K 

8, 79.1010
 2, 44.104 J
6
3, 6.10

E 8, 79.1010

 3.103 kg.
Lượng than cần đốt để thu được lượng năng lượng kể trên bằng: m  
7
q 2,93.10
c) Sự cố tại một số lò phản ứng hạt nhân của nhà máy điện nguyên tử ở Fukushima do thảm họa động đất
và sóng thần đang dấy lên mối lo ngại chung về sự rò rỉ phóng xạ. Tuy nhiên điều đáng lo ngại có liên
6

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


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

quan đến hiện tượng phân hạch hạt nhân là nếu không hạ được nhiệt độ của lò than thì các thanh nhiên
liệu có chứ U235 đã được làm giàu sẽ tan chảy và nếu các khối tan chay nhập với nhau đến vượt khối
lượng tới hạn thì sẽ là một trong những điều kiện để phản ứng phân hạch dây truyền xảy ra ở mức vượt
hạn ( s  1).
Câu 6. Chọn mốc thế năng tại O.
Bảo toàn cơ năng cho thanh tại vị trí ban đầu
và vị trí nằm ngang:
mg

I
L
3g sin 
sin   0  2   2 
2
2
L

(1)

Phương trình chuyển động quay quanh O khi
thanh qua vị trí nằm ngang:
Gia tốc pháp tuyến của khối tâm thanh: an   2
Gia tốc tiếp tuyến của khối âm thanh: at  

L 3g sin  L 3g sin 


2
L
2
2

L 3g L 3g


2 2L 2
4

Lực tác dụng lên thanh theo Ox là: Fx  man  m

(3)

(4)

3g sin 
2

Lực tác dụng lên thanh theo Oy là: Fy  mat  mg 

3mg
mg
 mg  
 0 tức là Fy hướng lên trên.
4
4

Vậy lực do thanh tác dụng lên trục quay là: F  Fx  Fy
Hay độ lớn: F  Fx2  Fy2  mg

M p  I 0  mg

9sin 2  1

4
16

L mL2
3g

  
2
3
2L

Góc hợp bởi lực F với phương ngang: tan  

Fy

Fx

(2)



mg
2
1

.
4 3mg sin  6sin 

7

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