Đề thi HSG tỉnh vật lí 12 THPT năm 2018 2019 sở GDĐT hải dương

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
HẢI DƯƠNG
ĐỀ CHÍNH THỨC

KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH
LỚP 12 THPT NĂM HỌC 2018 - 2019
MÔN THI: VẬT LÍ

Thời gian làm bài: 180 phút
Ngày thi: 04/10/2018
(Đề thi gồm 06 câu, 02 trang)

Câu 1 (2điểm):
Một con lắc lò xo gồm vật nặng M=300g, độ cứng k=200 N/m như (hình
1). Khi M đang ở vị trí cân bằng thả vật m = 200g từ độ cao h = 3,75 cm so
h
với M. Sau va chạm, hệ M và m bắt đầu dao động điều hòa. Bỏ qua ma sát,
lấy g = 10m/s2. Coi va chạm giữa m và M là hoàn toàn không đàn hồi.
1. Tính vận tốc của m ngay trước va chạm, và vận tốc của hai vật ngay
sau va chạm.
2. Biết sau va chạm hai vật luôn gắn vào nhau trong quá trình dao
động.
Hình 1
a. Chọn trục tọa độ Ox có phương thẳng đứng, gốc O tại vị trí cân bằng
của hai vật sau va chạm, chiều dương hướng xuống dưới. Chọn gốc thời gian lúc va
chạm. Viết phương trình dao động của hệ vật.
b. Tính tốc độ trung bình của hệ vật trong khoảng thời gian kể từ lúc va chạm đến lúc
hệ vật lên đến độ cao cực đại lần thứ nhất.
c. Gọi v là độ lớn vận tốc tức thời của hai vật, a là giá trị gia tốc của hai vật. Trong
một chu kỳ dao động, tìm thời gian mà v và a đồng thời thỏa mãn v  20cm / s và
a  4m / s 2 .

Câu 2 (điểm):
1. Một con lắc đơn gồm quả cầu nhỏ khối lượng m = 100 g, sợi dây có chiều dài
l  1m . Khi vật nhỏ con lắc đang nằm cân bằng người ta kéo nó ra sao cho phương sợi
dây hợp với phương thẳng đứng một góc 90 rồi buông nhẹ cho vật dao động điều hòa.
Lấy gia tốc trọng trường g =  2 = 10 m/s2.
a. Chọn trục tọa độ trùng với phương dao động, gốc tọa độ tại vị trí cân bằng, chiều
dương cùng chiều kéo vật. Chọn gốc thời gian lúc vật qua cân bằng lần thứ nhất. Viết
phương trình li độ dài của con lắc.
b. Tính quãng đường lớn nhất mà vật đi được trong thời gian t 

4
s
3

2. Một con lắc đơn, sợi dây có chiều dài l  1m , vật nặng
bằng kim loại có khối lượng m = 20g, mang điện tích
q  106 C. Khi con lắc đang nằm cân bằng, thiết lập một điện



trường đều có cường độ E  2.105 (V/m), có phương hợp với




phương của véctơ g một góc   30 0 , bao quanh con lắc


E

(hình 2), khi đó vị trí cân bằng mới của con lắc hợp với
phương thẳng đứng góc  . Bỏ qua mọi lực cản. Lấy g = 10
Hình 2
m/s2.
a. Xác định  .
b. Kích thích cho con lắc dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng mới. Tính chu kỳ
dao động của con lắc.
Câu 3 (2,0 điểm):
Trang 1 - />

Trên hai đường ray bằng kim loại song song, nằm ngang người ta đặt một thanh
kim loại MN có khối lượng m= 100g và điện trở R = 0,5  . Chiều dài của thanh MN
bằng khoảng cách giữa hai đường ray (MN = l = 10cm)
M
(Hình 3). Hai đường ray nằm trong một từ trường đều

có cảm ứng từ B, hướng vuông góc mặt phẳng chứa hai C
B
thanh ray. Hai thanh ray nối với nhau bởi một tụ điện
l
có điện dung C = 0,1 (F), được tích điện đến hiệu điện
k
NHình 4
thế ban đầu U0 = 5V. Bỏ qua độ tự cảm của hệ; điện trở
Hình 3
của thanh ray và khóa K, bỏ qua ma sát.
1. Nếu B = 0,1 (T)
a. Ngay sau khi đóng khóa K, thanh kim loại bắt đầu chuyển động sang phải (đi ra xa
tụ điện). Hãy xác định chiều và độ lớn dòng điện khi đó.
b. Tính gia tốc của thanh ngay sau đóng khóa K.

c. Giả sử hai thanh ray đủ dài, sau thời gian t thanh đạt đến vận tốc tới hạn vgh. Tính
vận tốc vgh đó.
2. Với giá trị nào của cảm ứng từ B thì vận tốc tới hạn của thanh đạt cực đại? Tính giá
trị cực đại vmax
Câu 4.(1,5 điểm):
1. Một điểm sáng A nằm trên trục chính của một thấu kính hội tụ và cách thấu kính
một đoạn 30 cm, cho ảnh thật A’. Bắt đầu cho thấu kính chuyển động ra xa vật với vận
tốc không đổi v = 5 cm/s. Tính tiêu cự của thấu kính. Biết rằng sau khi thấu kính chuyển
động được 2s thì ảnh bắt đầu đổi chiều chuyển động.
2. Cho A, B, C là 3 điểm nằm trên trục chính của một
b
a
thấu kính mỏng. Biết AB = a = 8cm; AC = b= 12cm (hình
4). Thấu kính được đặt trong khoảng AC. Đặt vật sáng ở
A
B
C
điểm A ta thu được ảnh ở điểm B. Đưa vật sáng đến B ta
Hình
4
thu được ảnh ở điểm C. Tính tiêu cự của thấu kính?
Câu 5 (1,5 điểm):
E, r
Cho mạch điện như (hình 5).Nguồn có suất điện động
E = 18V, điện trở trong r. Mạch ngoài gồm biến trở R có
x M
điện trở toàn phần 9  ; các điện trở R1 = 3  ; R2 = 6  . Di
A
B
chuyển con chạy C trên biến trở, khi con chạy C ở M thì

C
RAM = x và công suất tiêu thụ của mạch ngoài là 18W. Khi
A
dịch chuyển con chạy C sang phải hoặc sang trái (so với vị
R2
R1
trí M) thì công suất tiêu thụ của mạch ngoài đều giảm
Hình 5
xuống. Điện trở Ampe kế và các dây nối không đáng kể.
1. Tính r và x.
2. Tìm số chỉ của Ampe.
Câu 6 (1,0 điểm): Cho một nguồn điện chưa biết suất điện động và điện trở trong của
nguồn. Bằng các dụng cụ sau: 02 vôn kế có điện trở R1 và R2 ; 01 khóa ngắt điện K; các
dây nối. Bỏ qua điện trở của dây nối và khóa K. Bỏ qua sai số dụng cụ đo.
1. Nêu phương án thí nghiệm để xác định suất điện động của nguồn điện.
2. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm, lập bảng biểu cần thiết và nêu cách tính kết
quả thí nghiệm.
.............Hết.............
Họ và tên thí sinh:....................................Số báo danh:..........................
Trang 2 - />

Chữ kí giám thị 1:...........................Chữ kí giám thị 2:..........................

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
HẢI DƯƠNG

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH
LỚP 12 THPT NĂM HỌC 2018 – 2019
MÔN THI: Vật Lí

HƯỚNG DẪN CHẤM

Câu

Ý

Đáp án

Điểm
0,25

+ Vận tốc của m ngay trước va chạm: v0  2 gh  0,5 3 (m/s)
+ Bảo toàn động lượng
1

mv0  ( M  m)Vh  Vh 

m.v0
 0, 2 3 m / s
M m

0,25

a.
Khi có thêm m thì lò xo bị nén thêm một

mg
 1cm
K
K

rad
 20(
)
+ Ta có  
M m
s
đoạn: l0 

-1

OM

0,25

O

+ So với gốc tọa độ O thì tại t = 0:

 A  2cm
 x0  A.cos  1cm



2
(rad )
V0 h   A.sin   20 3cm / s   
3

+Phương trình dao động: x  2.cos(20t 

x

2
)cm
3

0,25

b.
+ Kể từ lúc va chạm đến lúc hệ vật ở độ cao cực đại lần 1 vật đi
được

1

2

s

A
 3 A  7cm
2

T 3T 5T 5 2 


 .
 (s)
12 4
6 6 20 12
s 84

(cm / s )  26,74(cm / s )
+ Tốc độ trung bình: v  
t 
+ Thời gian chuyển động: t 

0,25

0,25

c. Ta có
+ Độ lớn vật tốc v  20cm / s  v 

A
A 3
 x
2
2

(1)

+ Gia tốc:

a   2 .x  400(cm / s 2 )  x  
Vậy  A  x  

400
A
 x  1   (cm)
400
2

A
2

(2)

0,25

Từ (1) và (2)



A 3
A
T

 x    t  2.  ( s )  0,052( s )
2
2
12 60

0,25

Trang 3 - />

g
  (rad / s )
l

a Ta có  

+  0  90 
1



0,25

(rad )  S0  l. 0 



20
20
s  0
+ Tại t = 0 thì 
   2 (rad )
v

0
 0
+ Phương trình li độ dài: s 


20

( m)

cos( t 



2

0,25

)(m)

0,25

b.
+ Ta có T 

2

 2( s )  t 



2T T
T
  2( )
3
2
12

0,25

+ Quãng đường lớn nhất:
Smax = 2S0 + 2.

S0

3
(m)  47,1(cm)
= 3S0 =
2
20

0,25

a. Khi vật nhỏ nằm cân bằng

   
T  P  Fd  0

2

Chiếu lên hệ trục 0xy ta có

0

x

Fd



P

F .sin 
 tan  
mg  F .cos

tan  


E



 F .sin   T .sin   0

T .cos  F .cos  P

2

y


T




P/

106.2.105. sin 30
0,02.10  106.2.105. cos30

   150
 

b. Ta có P  Fd  P /

F
F
g /2  g 2  ( )2  2.g . .cos
m
m
/
2
 g  19,3( m / s )
Chu kỳ dao động: T ./  2 .

3

0,25

l
 1, 43( s )
g/

a.
+ Thanh chuyển động sang phải thì
lực từ F hướng sang phải
+ Theo quy tắc bàn tay trái thì dòng
điện trên MN có chiều từ M đến N
(hình vẽ)
1

0,25

0,25

M
C


F


B
I

0,25

N
+ Ngay sau khi đóng khóa K, hiệu
điện thế giữa hai bản tụ vẫn là U0

 Cường độ dòng điện trên thanh I 0 
b.
+ Lực từ tác dụng lên thanh

U0
 10( A)
R

0,25

0,25
Trang 4 - />

F  B.I 0 .l  0,1( N )

F
+ Gia tốc a   1(m / s 2 )
m

0,25

c.

v
 F  BIl
t
 m.v  Bl.( I .t )  Bl.q
 m.v  B.l (q0  q )  BlC (U 0  U )

+ Định luật II Niuton m

(1)
0,25
+ Khi v = vgh thì không còn dòng điện nữa, nên hiệu điện thế giữa
hai bản tụ bằng suất điện động cảm ứng
U  U gh  Bl.vgh
(2)

CBlU 0
 0,05(m/s)= 5(cm/s)
m  CB 2l 2
CBlU 0
ClU 0
+ Từ vgh 
 vgh 

2 2
m
m  CB l
 CBl 2
B
m
+ Theo BĐT cosi ta có (  C.B.l 2 )  2.l. m.C
B
1 m
 10(T )
+ Dấu "=" xảy ra khi B  .
l C
U
C
vmax  0 .
 2,5(m / s )
2 m

0,25

+ Từ (1) và (2) vgh 

2

0,25

0,25

+ Khi cho thấu kính chuyển động ra xa vật với vận tốc v
0,25

 d  30  v.t  30  5t (cm)
Sau t = 2s  d  40cm
1 1 1
  / và d  d /  l (l là khoảng cách giữa vật và ảnh
+ Từ
f d d
thật qua thấu kính)
1

 d 2  dl  lf  0
+ Ta có   l 2  4lf  0  l  4 f

0,25
+ Vì ảnh qua thấu kính luôn là ảnh thật. nên lúc đầu thấu kính ra xa
vật thì ảnh ra xa thấu kính. Khi lmin  4 f thì ảnh bắt đầu đổi chiều 0,25
chuyển động. Khi đó d 

4

l
2f
2

0,25

+ Theo bài khi đó d = 40cm = 2f vậy f = 20cm.

d1’
d1

b

2
C

a

O
d2’

A

B

d2
Trang 5 - />

Ta có
+ Khi vật sáng ở A thì ảnh ở B, khi vật ở B ảnh không ở A mà lại ở
C, do đó ảnh ở B lúc vật ở A là ảnh ảo ( d1/  0 )
Từ hình vẽ: d1/  d1  a  8cm  d1/  (d1  8)



1 1
1
 
f d1 (d1  8)

(1)

0,25

+ Khi vật sáng ở B cho ảnh ở C, do đó ảnh ở C là ảnh thật ( d 2/  0 )
Từ hình vẽ: d 2  d1  8 và

d 2/  (a  b)  d 2  20  (d1  8)  12  d1
1
1
1
 

(2)
f d1  8 12  d1
24
240
cm  f 
 4,89 (cm)
Từ (1) và (2) ta có d1 
7
49
E, r

0,25

+ Ta có

3.x

3 x

A
(9  x).6 (9  x).6



(9  x)  6
15  x

RAM 

RMB

RAB 
1
5

3x
(9  x).6


3 x
15  x

x

9-x
M

R1

R2
0,25

Theo bài khi C tại M thì PAB = 18 W. Khi C di chuyển thì P luôn
giảm, chứng tỏ Pmax = 18W
E 2 .R AB
E2
0,25
+ Ta có P 
=>
P

khi R AB  r
max
2
4r
 R AB  r 
E2
+ r
 4, 5 ()
4Pmax
+ Với R AB  r 
Nhận xét:

2

B

4,5 

0,25
3x  9  x  .6

=> x = 3 ()
x3 9x 6

x Rx

=> Mạch cầu cân bằng
R1
6

0,25
0,5

 I A  0( A)
Gọi E, r là suất điện động và điện trở trong của nguồn, ta có:
+ Lắp sơ đồ mạch điện

6

1

Trang 6 - />

+ Mạch 1: UV 1  U1  E  r.

U1
R1

+ Mạch 2: (U1/  U 2/ )  E  r.

U1/
R1

(1)
0,25

(2)

U1.U 2/
Từ (1) và (2) ta được E 
U1  U1/

0,25

- Bước 1: Mắc mạch điện 1, đóng khóa k, đọc số chỉ U1.
- Bước 2: Mắc mạch điện 2, đóng khóa k, đọc số chỉ U’1, U’2.
- Lặp lại các bước trên với các lần đo khác nhau.
- Bảng số liệu:
Lần đo
U1
U’1
U’2
E
1
2
3
…..
* Cách tính

2

+ Giá trị trung bình: E 

0,25

E1  E2  ....  En
n

+ Sai số

E1  E1  E
E2  E2  E
...........

En  En  E
E1  E2  ....  En
n
Vậy E  E  E

 E 

0,25

Ghi chú: Học sinh làm theo cách khác cho kết quả đúng, vẫn cho điểm tối đa.

Trang 7 - />