Đề thi chọn HSG lớp 12 THPT môn: Vật lý (dành cho học sinh THPT)

<span class='text_page_counter'>(1)</span>Së GD & §T VÜnh Phóc §Ò CHÝNH THøC. Kú thi chän hsg líp 12 thpt n¨m häc 2008 - 2009 §Ò thi m«n: VËt lý (Dµnh cho häc sinh THPT) Thời gian: 180 phút, không kể thời gian giao đề.. C©u 1: a) Mét ®o¹n d©y dÉn ®­îc uèn thµnh khung ABCD n»m trong mÆt ph¼ng ngang, AB song song với CD và cách nhau một khoảng l=0,5m. Hệ thống được đặt B M A B trong một từ trường đều có cảm ứng từ B=0,5T hướng vuông góc với mÆt ph¼ng cña khung (H×nh 1). Thanh d©y dÉn MN cã ®iÖn trë R=0,5  v D có thể trượt không ma sát dọc theo hai cạnh AB và CD. Tính công suất C cơ học cần thiết để kéo thanh MN trượt đều với vận tốc v = 2m/s dọc N Hình 1 theo c¸c thanh AB vµ CD. So s¸nh c«ng suÊt nµy víi c«ng suÊt táa nhiÖt trªn thanh MN. E1,r1 N b) Cho mạch điện như hình vẽ 2. Trong đó E1=10 V; r1 = 0 ; M A1 Q R R E2=5V; r2 = 2,4; các điện trở có giá trị R=6, bỏ qua điện trở các E2,r2 A2 dây nối. §iện trở RA của các ampe kế bằng nhau. Biết số chỉ ampe P R Hình 2 kế A2 là 0,5A, xác định số chỉ của ampe kế A1. Câu 2: Tại hai điểm A, B trên mặt nước có hai nguồn sóng dao động cùng tần số 50Hz, cùng phương và có độ lệch pha bằng  rad. Tại điểm M trên mặt nước cách A, B các khoảng 28cm và 22cm sóng có biên độ cực tiểu. Giữa M và đường trung trực của AB có 3 dãy cực tiểu khác. Cho AB = 8 cm. a) Tính số điểm dao động với biên độ cực tiểu, cực đại trên đoạn AB. b) Gọi C và D là hai điểm trên mặt nước sao cho ABCD là hình vuông, tính số điểm dao động với biên độ cực tiểu trên đoạn CD. Câu 3: Vật nặng có khối lượng m =500g nằm trên một mặt phẳng ngang nhẵn, được nối với một lò xo có độ cứng k =100N/m, lò xo được gắn vào bức tường đứng tại điểm A. Tại một thời điểm nào đó, vật nặng bắt đầu chịu tác dụng của một lực không đổi F = 4N hướng theo trục lò xo (Hình 3a). a) Chứng minh rằng m dao động điều hòa. Tìm quãng đường vật m đi k A được và thời gian vật đi hết quãng đường đó kể từ khi bắt đầu tác dụng lực F m cho đến khi vật dừng lại lần thứ nhất. b) Lò xo không gắn vào điểm A mà được nối với một vật khối lượng Hình 3a M=2kg (H×nh 3b), hÖ sè ma s¸t gi÷a M vµ mÆt ngang lµ  = 0,1. H·y x¸c k F M m 2 định độ lớn của lực F để sau đó m dao động điều hòa. Lấy g=10m/s . Câu 4: a) Một máy bay bay ở độ cao 100m, gây ra ở mặt đất ngay Hình 3b phía dưới tiếng ồn có mức cường độ âm là L=130 dB. Nếu muốn giảm tiếng ồn xuống mức chịu đựng được là Lo=100 dB thì máy bay phải bay ở độ cao bao nhiêu? Coi sóng âm là sóng cầu, bỏ qua sự hấp thụ âm của môi trường.. π.x π cos(20π.t+ )(cm) , trong 4 2 đó u là li độ tại thời điểm t của một phần tử M trên dây mà vị trí cân bằng của nó có toạ độ x so với gốc toạ độ O (x đo bằng cm, t đo bằng s). Tính vận tốc truyền sóng trên dây và xác định vị trí của những điểm trên dây có biên độ là 1cm. Câu 5: Cho các dụng cụ: một ăcquy chưa biết suất điện động và điện trở trong của nó, một ampe kế, một điện trở R0 đã biết giá trị, một điện trở Rx chưa biết giá trị, các dây dẫn. Bỏ qua điện trở của ampe kế và của dây dẫn. Trình bày một phương án thí nghiệm để xác định giá trị của Rx.. b) Sóng dừng trên một sợi dây được mô tả bởi phương trình: u=2sin. ------------hÕt-----------Hä vµ tªn thÝ sinh:............................................................Sè b¸o danh:............................................. Lop12.net.

<span class='text_page_counter'>(2)</span> Së GD & §T VÜnh Phóc. Kú thi chän hsg líp 12 thpt n¨m häc 2008 - 2009 Hướng dẫn chấm môn: Vật lý (Dµnh cho häc sinh THPT) §¸p ¸n cã 3 trang. C©u 1. Lêi gi¶i. §iÓm 2,50. a) - Khi thanh MN chuyển động thì dòng điện cảm ứng trên thanh xuất hiện theo chiều E Bvl . MN. Cường độ dòng điện cảm ứng này bằng: I   R R - Lực từ tác dụng lên thanh MN sẽ hướng ngược chiều với vận tốc v và có độ lớn: B 2l 2 v Ft  BIl  . R - Do thanh chuyển động đều nên lực kéo tác dụng lên thanh phải cân bằng với lực từ. B 2l 2 v 2 . Vì vậy công suất cơ học (công của lực kéo) được xác định: P  Fv  Ft v  R - Thay các giá trị đã cho nhận được: P  0,5W . B 2l 2 v 2 . R - Công suất này đúng bằng công suất cơ học để kéo thanh.. 0,25 0,25. 0,25. - Công suất tỏa nhiệt trên thanh MN: Pn  I 2 R . 0,25. I1. Giả sử chiều dòng điện trong các đoạn mạch như hình vẽ: Ta có: UPN=(RA+R).IA2=0,5RA+3 UMP=(R+r2).I2 - E2 =8,4I2-5 I2=IA2+IR=0,5+. VÏ N h×nh Q (0,25). E1,r1. b) Mạch tương đương như hình vẽ: M. IA1 I2. A1. R. E2,r2. IA2 R. 0,5 RA  3 RA  1 6 12. P. IR. R. A2. => UMN=UMP+UPN =1,2RA+6,4 (1) UMN=E1=10V. (2) Từ (1) và (2) => RA=3Ω => IA1=UMN/RA=10/3 A => A1 chỉ 3,33A. 2. 0,25 0,25. 0,5 0,25 2,00. a) Theo đề bài tại M dao động có biên độ cực tiểu ứng với k = 4 nên: d d   2 1  1,5(cm) k Trung điểm của AB dao động với biên độ cực tiểu, hai cực tiểu liên tiếp cách nhau nửa bước sóng là: 0,75cm  8  n   10  0, 75   Vậy số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn AB là 10, số điểm dao động với biên độ cực tiểu trên đoạn AB là 11 b) Vị trí dao động cực tiểu luôn thỏa mãn: d2- d1= k  (1) V× ®iÓm ®ang xÐt trªn CD nªn: d 2  d 1  AB 2  1 (2). . . Tõ (1) vµ (2) ta cã: k  2, 21  k  0; 1; 2 Vậy có 5 điểm dao động với biên độ cực tiểu trên đoạn CD. Lop12.net. 0,50 0,25 0,25 0,25 0,50 0,25.

<span class='text_page_counter'>(3)</span> 3. 2,50 a) Chọn trục tọa độ hướng dọc theo trục lò xo, gốc tọa độ trùng vào vị trí cân bằng của vật sau khi đã có lực F tác dụng như hình 1. - Vị trí ban đầu của vật có tọa độ là x0. Tại vị trí cân k F m bằng, lò xo bị biến dạng một lượng x0 và: F F  kx0  x0   . (1) x0 O k Hình 1 - Tại tọa độ x bât kỳ thì độ biến dạng của lò xo là (x–x0), nên hợp lực tác dụng lên vật là:  k ( x  x0 )  F  ma. (2) F  Từ (1) và (2) ta có:  k  x    F  ma   kx  ma  x" 2 x  0. k  Trong đó   k m . Nghiệm của phương trình này là: x  A cos(t   ). m =0,44s k - Thời gian kể từ khi tác dụng lực F lên vật đến khi vật dừng lại lần thứ nhất (tại ly độ cực đại phía bên phải) rõ ràng là bằng 1/2 chu kỳ dao động, vật thời gian đó là: T m t   . 2 k v F - Dùng công thức A2= x02 + ( 0 ) 2 => biên độ dao động : A= = 4cm  k - Vậy vật dao động với biên độ F/k, thời gian từ khi vật chịu tác dụng của lực F đến khi vật dừng lại lần thứ nhất là T/2 và nó đi được quãng đường bằng 2 lần biên độ dao động. Do đó, quãng đường vật đi được trong thời gian này là: = 8cm F b) Theo câu a) thì biên độ dao động là A  . k - Để sau khi tác dụng lực, vật m dao động điều hòa thì trong quá trình chuyển động của m, M phải nằm yên. - Lực đàn hồi tác dụng lên M đạt độ lớn cực đại khi độ biến dạng của lò xo đạt cực đại khi đó vật m xa M nhất (khi đó lò xo giãn nhiều nhất và bằng: x0  A  2 A ).. => vật dao động điều hòa với chu kỳ T  2. - Để vật M không bị trượt thì lực đàn hồi cực đại không được vượt quá độ lớn của ma F sát nghỉ cực đại: k .2 A  Mg  k .2.  Mg. k  Mg - Từ đó suy ra điều kiện của độ lớn lực F: F  => F  1N 2 4 a) Tỷ số các cường độ âm là: ph¸t ra th× I  . ( I  10 Io. L  Lo ) 10.  103 . NÕu P lµ c«ng suÊt ©m do m¸y bay. 0,25 0,25. 0,25. 0,5 0,25. 0,25. 0,25. 0,5 2,00 0,25. P P ; Io  (r, ro là khoảng cách từ máy bay đến mặt đất) 2 4r 4ro2. 0,5. r I  ( o ) 2  10 3  ro  r 10 3  3160m Io r. b) Biên độ dao động của M là: AM  2 sin. x. x 4. .. x.  k  x  4k (cm), k  0,1,2... 4 4 - V× kho¶ng c¸ch gi÷a 2 nót liªn tiÕp lµ /2 nªn:. - T¹i c¸c nót: AM  0  sin xk 1  xk  4(k  1)  4k . . 2. 0.    8cm. 0,250. 0,25. Lop12.net.

<span class='text_page_counter'>(4)</span> - Mµ: f .  20   10 Hz  v  f  80(cm / s ) 2 2. 0,25. *) Toạ độ của những điểm trên dây có AM=1cm thoả mãn phương trình: x x 1 2 2 sin  1  sin    x    4k (kZ) 4 4 2 3 5. 0,25 0,25 1,00. - Gọi E, r lần lượt là suất điện động và điện trở trong của nguồn điện. - Lần thứ nhất, mắc mạch điện nối tiếp gồm ăcquy, ampe kế và điện trở R0. E - Dòng điện chạy qua mạch là I1 : I1 = (1) R0 + r - Lần thứ hai, thay điện trở Rx vào vị trí R0 ở mạch điện trên. Dòng điện qua mạch E I2 = trong trường hợp này là : (2) Rx + r - Để xác định 3 đại lượng E, r, Rx ta cần ít nhất ba phương trình. Do đó cần phải có thêm một phương trình nữa. Lần thứ ba, ta mắc R0 và Rx nối tiếp vào mạch điện trên E rồi đo cường độ dòng điện I3 trong mạch : I3 = (3) R0 + Rx + r - Giải hệ 3 phương trình (1), (2) và (3) ta có : R x =. I 2 (I3 - I1 ) R0 . I1 (I3 - I 2 ). (Hoặc mắc R song song với Rx , đo dòng I4: I4=. (1), (2), (4) ta có: Rx=. I1 ( I 4  I 2 ) R0 ) I 2 ( I 4  I1 ). Lop12.net. E (4) Giải hệ R0 .Rx r R0  Rx. 0,25. 0,25. 0,25. 0,25.

<span class='text_page_counter'>(5)</span>