Đề thi HSG môn vật lý bảng b chính thức tỉnh gia lai 2014 2015

Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
GIA LAI
ĐỀ CHÍNH THỨC

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH
LỚP 12 THPT, NĂM HỌC 2014 - 2015
Môn: VẬT LÝ
Thời gian: 180 phút (không kể thời gian phát đề)
Ngày thi: 20/01/2015
(Đề này gồm 2 trang)

Câu 1. (4 điểm) Con lắc lò xo gồm vật nặng m1  300(g) , độ cứng k  200(N/ m) đặt
m2
thẳng đứng như hình 1. Khi m1 đang ở vị trí cân bằng, thả vật m2  200(g) rơi tự do từ
h
độ cao h  3,75(cm) so với m1 để va chạm vào m1 . Bỏ qua ma sát và kích thước các m1
vật. Lấy g  10  m / s2  , va chạm là mềm.
k
1. Tính vận tốc của hai vật ngay sau va chạm.
2. Sau va chạm hai vật dao động điều hòa. Chọn gốc thời gian lúc va chạm, gốc
tọa độ O tại vị trí cân bằng của hai vật sau va chạm, trục Ox thẳng đứng, chiều
Hình 1
dương hướng lên. Viết phương trình dao động của vật.
3. Tính biên độ dao động cực đại của hai vật để trong quá trình dao động m2 không rời khỏi m1 .
Bài 2. (4 điểm) Có 2(g) khí Heli (coi là khí lý tưởng đơn nguyên tử)
thực hiện một chu trình biến đổi (1)  (2)  (3)  (4)  (1) mà đường
biểu diễn trong hệ trục  Op;OT  như hình 2. Trong đó:
(1) – (2) là đoạn thẳng song song với trục OT ;
(2) – (3) là đoạn thẳng song song với trục Op ;

p(Pa)
(1)

2p0

p0

(3)

(4)

(3) – (4) là đoạn thẳng song song với trục OT ;
(4) – (1) là đoạn thẳng kéo dài qua O .
Cho p0  2.105 (Pa) ; T0  300(K) ; He  4(g/ mol) ; R  8,31(J/ mol.K)

(2)

2T0

T0

O

T (K)

Hình 2

1. Tính thể tích và nhiệt độ của lượng khí trên ở trạng thái (4).
2. Biểu diễn chu trình này trong hệ trục  Op;OV  và trong hệ trục  OV ;OT  . (ghi rõ giá trị các

thông số ở mỗi trạng thái trên đồ thị bằng số (lấy tới chữ số thập phân thứ năm)).
3. Tính công mà khí thực hiện trong từng giai đoạn biến đổi của chu trình.
Bài 3. (3 điểm) Cho đoạn mạch điện xoay chiều như hình 3. Đặt vào
hai đầu đoạn mạch AB một điện áp xoay chiều uAB  U 2cos100 t (V ) . A
Biết R  80() , cuộn dây có r  20() , điện áp hiệu dụng hai đầu

L; r

R

C
N

M

B

Hình 3

đoạn mạch AN và MB có giá trị lần lượt UAN  300(V );UMB  60 3 (V ) ;
uAN lệch pha với uMB một góc 900.
1. Tính điện áp hiệu dụng U ở hai đầu mạch AB?

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

1


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

2. Tại thời điểm t, điện áp tức thời hai đầu tụ C bằng 120 2 (V ) và đang giảm thì điện áp tức thời
hai đầu đoạn mạch MB bằng bao nhiêu?
Bài 4. (4 điểm) Cho hệ hai thấu kính (L1) và (L2) có trục chính
(L1 )
(L2 )
trùng nhau, cách nhau một khoảng O1O2 = l. Biết (L1) là một thấu
B
kính hội tụ có tiêu cự f1  15(cm) . Một vật phẳng nhỏ AB đặt
vuông góc với trục chính của hai thấu kính tại A , trước thấu kính
O1
O2
A
(L1) và cách (L1) một khoảng AO1  d1 như hình 4. Gọi A2B2 là
ảnh cuối cùng của AB qua hệ hai thấu kính.
Hình 4
1. Khi d1  20(cm) và l  75(cm) thì A2B2 ngược chiều với vật
và bằng vật. Xác định tính chất và tiêu cự của (L2).
2. Khi d1  20(cm) , tịnh tiến (L2) sao cho trục chính không đổi. Xác định vị trí của (L2) để A2B2 là
ảnh ảo và cách (L2) 22,5(cm).
3. Cố định (L1) và tịnh tiến (L2) sao cho trục chính không đổi. Tìm vị trí của (L2) để A2B2 có độ
phóng đại không phụ thuộc vào vị trí của AB trước (L1). Xác định chiều và độ cao A2B2 lúc đó.
Bài 5. (3 điểm) Một dây dẫn cứng có điện trở không đáng kể, được uốn
B
thành khung ABCD đặt trong mặt phẳng ngang. Biết AB song song
M
A
B
CD và cách nhau một khoảng l  40(cm) . Hệ thống được đặt trong từ
trường đều B  0,5(T) phương vuông góc với mặt phẳng khung, chiều
v

hướng lên như hình 5. Một thanh dẫn MN = l điện trở R  0,4() có thể
C
D
N
trượt không ma sát dọc theo hai cạnh AB, CD và luôn tiếp xúc với hai
Hình 5
cạnh đó.
1. Tính công suất cơ học cần thiết để kéo thanh MN trượt đều với vận tốc v  1,5(m/ s) dọc theo
các thanh AB và CD như hình vẽ. So sánh công suất này với công suất tỏa nhiệt trên thanh MN và
nêu nhận xét?
2. Thanh đang trượt đều thì ngừng tác dụng lực kéo. Tính quãng đường và thời gian thanh trượt
thêm được từ lúc ngừng tác dụng lực đến lúc dừng lại? Biết khối lượng của thanh là m  8(g) .
Bài 6. (2 điểm) Cho một số dụng cụ như sau:
- Một cuộn dây có điện trở thuần r ;
- Một nguồn điện xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng U không đổi;
- Một điện trở thuần R đã biết giá trị;
- Một vôn kế có điện trở rất lớn, các dây nối có điện trở không đáng kể.
Sử dụng các dụng cụ đã cho, trình bày phương án thí nghiệm để xác định công suất tiêu thụ trên cuộn
dây trong trường hợp mạch kín gồm nguồn điện và cuộn dây. Vẽ sơ đồ thí nghiệm và nêu cách tính.

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

2


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

HƯỚNG DẪN CHẤM VÀ BIỂU ĐIỂM
BÀI

N I DUNG – LƯ C GIẢI
1/ Tính vận tốc của hai vật ngay sau va chạm

ĐIỂM

  1,0

Vận tốc của vật m2 ngay trước lúc va chạm
3
m / s  0,866m / s
2
Theo định luật bảo toàn động lượng thì vận tốc hai vật ngay sau va chạm là:
v0  2gh  2.10.20.102 

 m2 
3
 200  3
v 

m/s
 v0  

5
 200  300  2
 m1  m2 

m1g 0,3.10

 0,015m  1,5cm
k

200
Gọi O là VTCB của hệ hai vật sau va chạm
 m  m2  g   0,3  0,2.10  0,025m  2,5cm
l  1
k
200
Chọn gốc tọa độ tại O, gốc thời gian lúc m2 va chạm vào m1 . Ta có

Độ nén của lò xo trước va chạm l0 

3
m/s
5
Phương trình dao động của hệ hai vật có dạng x  A cos(t   )

x0  2,5  1,5  1(cm) ; v  

Tần số góc:  

0,5

  2,0

2/ Viết phương trình dao động của vật

Bài 1
(4,0
điểm)

0,5

k
 20(rad / s)
m1  m2

0,25
0,25

0,5

0,25

 A  2(cm)
 x  x0  A.cos  1(cm)

Khi t = 0 : 
=> 

v  .A.sin  20 3cm / s
  3 (rad )

0,5



Vậy phương trình dao động là x  2cos(20t  )(cm)
3

3/ Tính biên độ dao động cực đại của hai vật để trong quá trình dao động m2
không rời khỏi m1

0,25

  1,0

- Trong quá trình dao động thì vật m2 luôn chịu tác dụng của hai lực
+ Trọng lực P2  m2g

+ Phản lực N do m1 tác dụng lên hướng lên trên

0,5

- Theo định luật II Niutơn ta có: P2  N  m2a , chiếu lên Ox ta được

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

3


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

N  m2g  m2a  m2 2 x  N  m2g  m2 2 x  m2 (g   2 x)
g
10
Điều kiện N  0; x  A  g   2 A  0  A  2  2  0,025(m)  2,5(cm)
 20
Vậy Amax  2,5(cm) thì m2 sẽ không rời khỏi m1

0,5

 = 1,5

1. Tính thể tích và nhiệt độ của lượng khí ở trạng thái 4.
Quá trình (1)  (4) có đồ thị là đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ 0 nên đây là quá trình
đẳng tích. Suy ra: V4 = V1.

0,5

+Sử dụng phương trình C-M ở trạng thái (1): p1V1 

m



m RT1
 p1

RT1  V1 

0,25

Thay số: m = 2(g);  = 4(g/mol); R = 8,31(J/mol.K); T1 = 300(K) và p1 = 4.105(Pa) ta
được: V1 
Ta có:

2.8,31.300
 3,11625.103 (m3 )
5
4.4.10

0,25

p4 p1
p .T
  T4  4 1
T4 T1
p1

0,25

0,25

Thay số: T1 = 300(K); p1 = 4.105(Pa); p4=2.105(Pa) ta được: T4=150(K)
2/ Biểu diễn chu trình trong hệ
Bài 2
(4,0
điểm)

 Op;OV  và trong hệ OV ;OT  (1,5 điểm)

+ Quá trình (1)  (2) : đẳng áp, ta có:

V2 V1
  V2  2V1  6,23251.10 3 (m3 )
T2 T1

0,25

+ Quá trình (2)  (3) : đẳng nhiệt, ta có: p3 .V3  p2 .V2  V3  2V2  12,465.103 (m3 )

0,25

+Vẽ như phía dưới: (Mỗi hình 0,5đ)

V(103 m3 )

p(105 Pa)
1

4

2

2

4

3,1162
5

6,2325
0

Hình a

12,46500

V(103 m3 )

0

1,0

2

6,23250

3

3,11625

0

3

12,46500

4
1

150

300

600

T (K)

Hình b

3/ Tính công mà khí thực hiện trong từng giai đoạn biến đổi của chu trình

A12  p1 (V2  V1 )  4.105 (6,2325.103  3,11625.103 )  12,465.102 ( J)

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

 = 1,0
0,25

4


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369
A23  p2V2 ln

V3
 4.105.6,2325.10 3 ln2  17,28.102 ( J)
V2

0,25

A34  p3 (V4  V3 )  2.105 (3,11625.103  12,465.103 )  18,6975.102 (J)

0,25

A41  0 vì đây là quá trình đẳng tích

0,25

  2,0

1. Tìm điện áp hiệu dụng U ở hai đầu mạch AB

Bài 3
(3,0
điểm)

R = 4r => UR = 4Ur
UAN2= (UR + Ur)2 + UL2 => 25Ur2 + UL2 = 90000 (1)
UMB2= Ur2 + (UL – UC)2= 10800
(2)
U  UC
UL
U
tanAN =
= L ; tanMB = L
;
UR  Ur
5Ur
Ur
uAN lệch pha với uMB một góc 900 nên tanAN.tanMB =-1
U U  UC
5Ur2
25Ur4
<=> L . L
= -1 => UL – UC = => (UL – UC )2 =
(3)
5Ur
Ur
UL2

UL
Thế (1) và (3) vào (2) ta được:
25Ur4
Ur2 +
= 10800 => Ur2 = 2700 => Ur  30 3(V)
2
90000  25Ur

0,25
0,25
0,25

0,25

0,25

UL2 = 90000 – 25Ur2 = 22500 => UL = 150(V)

0,25

Từ (3) suy ra: UC = 240(V) vì UC>UL

0,25

U2 = (UR + Ur)2 +(UL – UC)2 = 75600 => U  60 21(V)  275(V)

0,25

Cách 2. Dùng giản đồ véctơ
D

uAN

uL

uL
ur
E

O

uMB

 uC  uL 

uR ,r

C

0,5

u

F

uC
Do R = 4r => UR = 4Ur => UR,r = 5Ur
uAN lệch pha với uMB một góc 900 nên OEF DCO
U  UL
U

U
60 3
3
OE
EF
OF
=>
=
=
=> r = C
= MBr =
=
UL
5Ur
UAN
300
5
CD
CO DO

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

0,25
0,25

5


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369
=> UL =

5
Ur
3

0,25

(UR + Ur)2 + UL2 = UAN2 => 25Ur2 + UL2 = 90000
25 2
Hay 25Ur2 +
Ur = 90000 => Ur2 = 2700 => Ur  30 3(V)
3
=> UL = 150(V); UC = 240(V)
=> UR + Ur = 150 3(V)
Do đó U2 = (UR + Ur)2 + (UL – UC)2 = 75600 => U = 275(V).
2. Tính điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch MB
tanMB 

0,25
0,25
0,25

UL  UC


  3  MB   (rad) do đó uMB trễ pha so với i góc
Ur
3
3

uC trễ pha so với i góc



do đó uMB sớm pha so với uC góc
2
6

uC  240 2 cos(100 t C )  120 2 và đang giảm, suy ra: 100 t  C 

  1,0
0,25
0,25


3

0,25

Phương trình điện áp hai đầu đoạn mạch MB là



0,25

uMB  60 6cos(100 t C  )  0(V )
6

 = 1,5

1. Xác định tính chất và tiêu cự của (L2)
Sơ đồ tạo ảnh
AB

 L1 
/
1

d1 ; f1 ; d

A1B1

 L2 
d2 ; f2 ; d2/

A2B2

d f
Ta có d1  20cm; d1/  1 1  60cm
d1  f1
d f
15 f2
Do đó d2  l  d1/  15cm và d2/  2 2 
d2  f2 15  f2

Độ phóng đại ảnh A2B2 : k 

Bài 4
(4,0
điểm)

A2B2 A2B2 A1B1
d/ d/
3 f2

 (1)2 1 2 
d1 d2 15  f2
AB A1B1 AB

Vì ảnh ngược chiều và bằng vật nên k  1  f2  7,5cm
Vậy (L2) là thấu kính phân kì
2. Xác định vị trí của (L2) để A2B2 là ảnh ảo và cách (L2) 22,5(cm)
Ta có d2  l  d1/  l  60 và d2/ 

d2 f2
7,5(l  60)

d2  f2 l  60  7,5

Vì ảnh tạo thành là ảnh ảo và cách (L2) 22,5cm nên d2/  22,5cm
 l  48,75cm
3. Tìm vị trí của (L2) để A2B2 có độ phóng đại không phụ thuộc vào vị trí của AB trước
(L1). Xác định chiều và độ cao A2B2
Số phóng đại ảnh: k 

A2B2 A2B2 A1B1
d/ d/

 (1)2 1 2
d1 d2

AB A1B1 AB

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

0,25

0,25
0,5
0,25
0,25

  1,0
0,25
0,25
0,5

  1,5
0,5
6


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369
ld  lf  f d
d1/
f
d/
f2
và d2  l  d1/  1 1 1 1
 1 ; 2 
d1  f1

d1 d1  f1 d2 d2  f2
f1 f2
Thay vào ta được k 
d1  l  f1  f2   f1 f2  lf1

Với

Nhận xét: để k không phụ thuộc vào vị trí của AB trước (L1) thì ta phải có
l  f1  f2  0  l  f1  f2  7,5cm
1
Lúc này k  do đó A2B2 cùng chiều và cao bằng nửa vật AB
2
1. Tính công suất và so sánh với công suất tỏa nhiệt

Bài 5
(3,0
điểm)

Khi thanh MN chuyển động thì trên thanh xuất hiện suất điện động cảm ứng có độ lớn
E  Bvl cực dương là N, cực âm là M
E Bvl
Cường độ dòng điện cảm ứng trong mạch có chiều từ MN, có độ lớn I  
.
R
R
Khi đó lực từ tác dụng lên thanh MN sẽ hướng ngược chiều với vận tốc v và có độ lớn:
B2 l 2v
Ft  BIl 
.
R

Do thanh chuyển động đều nên lực kéo tác dụng lên thanh phải cân bằng với lực từ. Vì vậy
công suất cơ học (công suất của lực kéo) được xác định:
B2l 2v 2
P  Fv  Ft v 
 0,225(W)
R
B2l 2v 2
2
Công suất tỏa nhiệt trên thanh MN: Pn  I R 
.
R
Công suất này đúng bằng công suất cơ học để kéo thanh. Như vậy toàn bộ công cơ học sinh
ra được chuyển hoàn toàn thành nhiệt (thanh chuyển động đều nên động năng không tăng),
điều đó phù hợp với định luật bảo toàn năng lượng.
2. Tính quãng đường và thời gian
* Tính quãng đường:
Sau khi ngừng tác dụng lực, thanh chỉ còn chịu tác dụng của lực từ. Độ lớn trung bình của
F B2 l 2v
.
lực này là: F  t 
2
2R
Giả sử sau đó thanh trượt được thêm đoạn đường s thì công của lực từ này là:
B2l 2v
A  Fs  
s.
2R
1
Động năng của thanh ngay trước khi ngừng tác dụng lực là: Wđ  mv 2 .
2

1
B2l 2v
Áp dụng định lý động năng : Wđ  A  0  Wđ  A. hay mv 2 
s.
2
2R
mvR
Từ đó s  2 2  0,12(m)  12(cm).
Bl
* Tính thời gian:
m.v 2mR
 22
Áp dụng phương trình: F .t  p  F .t  m.v  t 
Bl
F

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

0,5
0,5

 = 1,5
0,25
0,25
0,25

0,25

0,25
0,25

  1,5
0,25

0,25

0,25

0,25
0,25
7


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369
Thay số : t  0,16(s)

0,25

 = 2,0

Thiết kế phương án thí nghiệm và tính toán
1) Thiết lập mạch điện, phương án tiến hành thí nghiệm
- Mắc mạch điện theo sơ đồ như hình vẽ
R

L; r

L; r

i

i

u
 

u
 

Bài 6
(2,0
điểm)

0,5

/

Hình 1
Hình 2
- Dùng vôn kế đo được hiệu điện thế hiệu dụng UR giữa hai đầu R ; Ud giữa hai đầu cuộn
dây; U giữa hai đầu mạch.
- Xác định công suất của cuộn dây theo R;UR ;Ud ;U
2) Lập công thức xác định công suất của cuộn dây
a) Đối với mạch mắc nối tiếp R với cuộn dây:
U
UR
U
Ta có I  R  Zd  d  d
(1)
R

I
UR
U2  UR2  Ud2
Mặt khác U = U R  U d  U  U  U  2URUd cosd  cosd 
2URUd
b) Đối với mạch chỉ có cuộn dây:
UU R
U
hay I / 
Ta xác định cường độ hiệu dụng qua cuộn dây: I / 
(3)
Zd
RU d
2

2
R

2
d

0,25

0,5

(2)

0,25

Công suất của cuộn dây được tính: P =UI / cosd

Từ (2) và (3) ta có:

UUR U2  UR2  Ud2
U2
P  U.
.

U2  UR2  Ud2 
2 
RUd
2URUd
2RUd

0,5

Học sinh có thể trình bày phương án thí nghiệm khác. Nếu hợp lí vẫn cho điểm tối đa

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

8