Đề ôn thi môn Vật lý Lớp 12 - Kỳ thi chọn học sinh giỏi THPT cấp Tỉnh - Năm học 2017-2018 - Sở GD&DDT Hưng Yên (Có đáp án)

Nội dung text: Đề ôn thi môn Vật lý Lớp 12 - Kỳ thi chọn học sinh giỏi THPT cấp Tỉnh - Năm học 2017-2018 - Sở GD&DDT Hưng Yên (Có đáp án)

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THPT CẤP TỈNH HƯNG YÊN NĂM HỌC 2017 - 2018 Môn thi: VẬT LÝ ĐỀ CHÍNH THỨC Thời gian làm bài:180 phút, không kể thời gian phát đề (Đề gồm 02 trang) Câu 1 (4 điểm) Cho mạch điện như hình vẽ bên. Các nguồn có suất điện động V E = 2E = 2V và điện trở trong r = 2r = 1Ω . Các điện trở 1 2 1 2 E1; r1 E2; r2 R = 6 Ω ; R = R = 3Ω . Tụ điện C có điện dung C = 0,5 μF . 1 2 3 P Vôn kế V có điện trở rất lớn, ampe kế có điện trở không đáng Q C kể. Tính số chỉ của ampe kế, vôn kế và điện tích của tụ điện M A B trong hai trường hợp: K A 1. K mở. R1 2. K đóng. N R2 R3 Câu 2 (4 điểm) Cho cơ hệ như hình vẽ bên. Trong đó lò xo nhẹ, đàn hồi có độ cứng k = 60 N/m; vật treo nhỏ có khối lượng m = 300 g. Sợi dây nhẹ, nối giữa vật và lò xo có chiều dài là l = 22,5 cm . Bỏ qua lực cản của không khí và lấy g = 10 m/s2. 1. Từ vị trí cân bằng di chuyển vật theo phương thẳng đứng đến vị trí lò xo bị dãn 7 cm rồi truyền cho vật vận tốc 20 6 cm/s theo phương thẳng đứng hướng về vị trí cân bằng. Biết sau đó vật dao động điều hòa. Chọn trục Ox thẳng đứng, chiều dương hướng xuống, gốc tọa độ O tại vị trí cân bằng của vật và mốc thời gian là lúc vật bắt đầu dao động. Viết phương trình dao động của vật. 2. Tính biên độ dao động lớn nhất của vật để sợi dây luôn căng. 3. Di chuyển vật theo phương thẳng đứng đến vị trí lò xo bị dãn 9 cm rồi truyền cho vật vận tốc theo phương thẳng đứng, hướng xuống và có độ lớn v = 1603 cm/s. Tính tốc độ của vật khi vật bắt đầu tiếp xúc vào lò xo. Câu 3 (4 điểm) 1 Cho mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R , cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = (H) và tụ π điện có điện dung C mắc nối tiếp. Biết điện áp xoay chiều đặt vào hai đầu đoạn mạch có biểu π thức u = 90cos ωt + (V) với ω thay đổi được và t tính bằng s. 6 π 1. Điều chỉnh ω = ω1 thì cường độ dòng điện qua mạch là i = 2cos 240πt - (A) . Tính R 12 và C . 2. Cho tần số góc  thay đổi đến khi trong mạch có cộng hưởng điện xảy ra. Viết biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai bản tụ điện lúc đó.
2. 3. Khi điều chỉnh tần số góc ta thấy với ω = ω2 và ω = 4ω2 thì công suất của mạch bằng nhau và bằng 80% công suất cực đại. Hãy tính hệ số công suất của mạch khi ω= 3ω2. Câu 4 (4 điểm) Trên bề mặt chất lỏng có hai nguồn phát sóng kết hợp A, B cách nhau 20 cm dao động với các phương trình: uA = 2cos(20πt)(mm), uB = 2cos(20πt +π)(mm). Tốc độ truyền sóng trên bề mặt chất lỏng v = 0,6 m/s. Coi biên độ sóng không đổi. 1. Viết phương trình sóng tổng hợp tại điểm M trên bề mặt chất lỏng cách A, B là MA= 9cm, MB = 12cm. 2. M1, M2 là hai điểm trên đoạn AB cách A lần lượt là 12 cm và 14 cm. Xác định độ lệch pha dao động của M1 và M2. 3. Xét hai điểm C và D trên bề mặt chất lỏng sao cho ABCD là hình chữ nhật và AD = 15cm . Gọi I là trung điểm của đoạn CD. Xác định điểm N trên CD gần I nhất dao động cực đại. Câu 5 (4 điểm) Đặt một vật phẳng nhỏ AB trước một thấu kính, vuông góc với trục chính của thấu kính. Trên màn vuông góc với trục chính, ở phía sau thấu kính, thu được một ảnh rõ nét lớn hơn vật, cao 4 cm. Giữ vật cố định, dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính 5 cm về phía màn thì phải dịch chuyển màn dọc theo trục chính 35 cm mới lại thu được ảnh rõ nét, cao 2 cm. 1. Tính tiêu cự của thấu kính và độ cao của vật AB. 2. Vật AB, thấu kính và màn đang ở vị trí có ảnh cao 2 cm. Giữ vật và màn cố định. Hỏi phải dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính về phía màn một đoạn bằng bao nhiêu để lại có ảnh rõ nét trên màn? HẾT Thí sinh không được sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. Họ và tên thí sinh: ; Số báo danh: Chữ ký giám thị : .
3. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM THI CHỌN HSG TỈNH THPT HƯNG YÊN NĂM HỌC 2017 – 2018 Môn thi: VẬT LÝ ĐỀ CHÍNH THỨC Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian phát đề Câu 1 Nội dung Điểm (4 điểm) a. Khi k mở: 0,25 + Suất điện động của bộ nguồn: 0,25 Eb= E1+ E2 = 2+1= 3V 1. + Điện trở trong của bộ nguồn : rb = r1 + r2= 1+ 0,5= 1,5  + Dòng điện không qua R1 (vì có tụ C) nên mạch ngoài gồm R2 nt R3: 0,25 RAB= R2+ R3 = 3+ 3= 6 Eb 3 +Cường độ dòng điện mạch chính (số chỉ ampe kế): I = = = 0,4 A 0,25 R rb 6 1,5 + Số chỉ của vôn kế: UQP+ E1= I.r1 UQP= I.r1- E1= 0,4.1- 2= -1,6 V 0,25 * Vậy vôn kế chỉ UPQ= 1,6 V 0,25 + Điện tích tụ điện : Q = C.UAM 0,25 -6 -6 + Mà UAM = UAN= I.R2 =0,4.3= 1,2V Q = 0,5.10 .1,2 = 0,6. 10 C 0,25 a. Khi k đóng: 0,25 + Mạch gồm R2 nt (R1 // R3) + R1 // R3 R13 = 2  2. + R2 nt R13 RAB = 2 + 3 = 5  0,25 E 3 6 + Cường độ dòng điện mạch chính: I = b = A 0,46A R rb 5 1,5 13 + Hiệu điện thế 2 đầu R2: U2 = UAN = I.R2 =0,46.3= 1,38 V 0,25 + Hiệu điện thế 2 đầu AB: UAB = I.RAB =0,46.5= 2,3 V 0,25 + Hiệu điện thế 2 đầu R3: UNB = UAB - UAN = 2,3 – 1,38 = 0,92 V 0,25 + Cường độ dòng điện qua R3 (số chỉ ampe kế) I3 = IA=UNB/R3= 0,31A + Số chỉ vôn kế: UQP= I.r1- E1= 0,46.1- 2= -1,54 V 0,25 * Vậy vôn kế chỉ UPQ= 1,54 V
4. + Điện tích tụ điện : Q = C.UAM 0,25 -6 -6 Mà UAM = UAB= I.RAB =0,46.5= 2,3 V Q = 0,5.10 .2,3 = 1,15. 10 C 0,25 Câu 2 Nội dung Điểm (4 điểm) mg 0,25 + Tại VTCB: lò xo bị dãn : l = = 5cm 0 k + Phương trình dao động của vật có dạng: x=Acos(t ) (cm;s) k 0,25 với  = = 102 (rad/s) m 1. 0,25 xo Acos 2cm A 4cm + Tại thời điểm t = 0 / 3 vo Asin 20 6 m / s 0,5 + Phương trình dao động của vật: x = 4cos(102 t+ ) (cm;s) 3 + Để sợi dây luôn căng thì lò xo phải luôn dãn. 0,25 2. + Trong quá trình vật dao động vậy biên độ lớn nhất của vật là: Amax=5cm 0,5 + Khi lò xo dãn 9cm vật có li độ: x=4cm 0,5 + Từ lúc lò xo dãn 9cm đến lúc lò xo dài tự nhiên, vật dao động điều hòa biên độ: 0,5 3. 2 2 v A = x = 20cm > Amax  2 + Khi lò xo dài tự nhiên lần đầu: x = -5cm; vật có tốc độ 0,5 2 2 2 2 v1 =  A x = 102 .20 5 = 5030 cm/s. + Trên quãng đường s = l = 22,5cm tiếp theo vật chuyển động chậm dần đều với gia tốc a=g. 0,5 + Vậy khi vật bắt đầu tiếp xúc với đầu dưới của lò xo thì vật có tốc độ là: 2 v2 = v1 2gl = 1003 cm/s Câu 3 Nội dung Điểm (4 điểm) 1 0,25 + Z = 240π = 60 L1 4 0,25 + u/i = UR = U.cos = 45 V R = 45  1. 4 u/i 1 10 2 + Lại có: Z - Z = R Z = Z –R = 15  C = = (F) L1 C1 C1 L1 0,5 1ZC1 36 1 0,5 + Để mạch có cộng hưởng: o = = 60π rad/s và ZC=ZL=o.L= 60() LC U 45 2 0,5 + I = 2 (A); U = I.Z = 602 (V) max R 45 C Co 2. + Khi có cộng hưởng uC trễ pha hơn u góc nên ta có biểu thức: 2
5. u 120cos(60 t ) (V) c 3 0,5 + Khi  = 2 : Đặt ZL= 1; ZC = x 0,25 + Khi  =4 2 : Đặt ZL= 4; ZC = x/4 0,25 + Vì công suất mạch bằng nhau trong hai trường hợp nên ta có: 0,25 3. 4 x – 1 = 4 - x = 4 x U 2 R U 2 0,25 + Lại có P = 0,8Pmax nên = 0,8 Z 2 R R R 2 = = R = 6 0,25 Z R2 (1 4)2 5 6 18 0,25 + Vậy khi  = 3 : cos = = 2 2 2 4 349 6 3 3 Câu 4 Nội dung Điểm (4 điểm) + Phương trình sóng tại M do A và B truyền đến: 1. 2 d 2 d u a cos(t 1 );u a cos(t 2 ). 0,25 1M  2M  v + Bước sóng:  0,06m 6cm. 0,25 f + Phương trình sóng tại M: uM u1M u2M 2a.cos (d1 d2 ) cos t (d1 d2 )  2  2 0,25 uM 4cos(20 t 3 )(mm). 0,25 ' ' 0,25 + M1 cách A và B: d1 = 12cm và d2 = 8cm; M2 cách A và B: d1 = 14cm và d1 = 6cm. + Phương trình sóng tại M1 : 0,25 2 d u 2cos(20 t 1 ) 1M1  2 5 uM 4cos( )cos(20 t ) (mm). 2 d 1 3 2 6 u 2cos(20 t 2 ) 2M1  2. 5 Hay: u 2 3.cos(20 t ) (mm). M1 6 0,25 + Phương trình sóng tại M2 : 0,25
6. 2 d' u 2cos(20 t 1 ) 1M2  4 5 (mm). uM 4cos( )cos(20 t ) 2 d' 2 3 2 6 u 2cos(20 t 2 ) 2M2  0,25 5 Hay: u 2 3.cos(20 t ) (mm). M2 6 + Vậy M 1 và M2 dao động cùng biên độ, ngược pha nhau. Hay độ lệch pha dao 0,25 động của M1 và M2 là: (rad). + Điểm N gần I nhất dao động cực đại thỏa mãn: D I N C d1- d2 =  /2 = 3 (cm). (1) 0,25 Từ hình vẽ ta có: 3. AB d2 AD2 DN2 AD2 ( x)2 1 2 A O B 0,25 AB d2 BC2 CN2 AD2 ( x)2 2 2 AB AB d2 d2 ( x)2 ( x)2 2.AB.x 40.x (2) 1 2 2 2 0,25 40 0,25 + Từ (1) và (2): d d x (3) 1 2 3 40  .x 20 3 20 3 + Từ (1) và (3): d 3 2 .x d2 ( .x )2 (4) 1 2 3 2 1 3 2 0,25 AB + Mặt khác: d2 AD2 DN2 AD2 ( x)2 152 (10 x)2 (5) 1 2 391 + So sánh (4) và (5), ta có: x2 322,75 x 2,73(cm). 9 0,25 + Kết luận: Có 2 điểm gần I nhất dao động cực đại (đối xứng nhau qua I). Câu 5 Nội dung Điểm (4 điểm) 1 1 1 0,25 + Khi có ảnh A1B1 ta có: (1) f d d' 1 1 1 1 1 + Khi có ảnh A2B2 ta có : (2) f d ' 0,25 2 d2 + Do thấu kính ra xa vật : d2 = d1 + 5 (3) + Nếu dịch màn ra xa vật mà có ảnh trên màn thì d2’ = d1’+30, không thỏa mãn (1) 0,25 1. và (2). Vậy phải dịch chuyển màn lại gần vật d2’= d1’- 40 + Mặt khác A1B1= 2 A2B2 nên k1 = 2k2 0,25
7. d' f + Thay vào công thức k = - = d f d 0,25 + Với d1 = f +5, d2 = f +10 kết hợp với (1) và (2) ta có : 0,25 (f +10)f (f + 5)f = - 40 10 5 0,25 f = - 20 cm (loại) và f = 20 cm + d1 = f +5 = 25 cm k1 = -4 AB = 1 cm 0,25 + Theo trên, khi có d2 = 30 cm thì d2’= 60 cm 0,25 + Khoảng cách từ AB đến màn khi có ảnh A2B2 là : L0 = d2 + d2’= 90 cm 0,25 2 0,25 d2 - L0 d2 + L0f = 0 2 Với L0 = 90cm , f = 20cm 0,25 2 0,25 + Phương trình có 2 nghiệm : d2 - 90d2 + 1800 = 0 d21 = 30cm (đó là vị trí của thấu kính trong trường hợp câu a) 0,25 d = 60cm (đó là vị trí thứ 2 của thấu kính cũng có ảnh trên màn) 22 0,25 Vậy để lại có ảnh rõ nét trên màn, phải dịch thấu kính về phía màn 30 cm 0,25 Hết Chú ý: Học sinh làm cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa.