Đề HSG môn Vật lý lớp 12 năm học 2010-2011 - Sở GD_ĐT Ninh Bình -Vòng 1 - Hệ Không Chuyên - File word có lời giải chi tiết

SỞ GD&ĐT NINH BÌNH KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT NĂM HỌC 2010-2011 ĐỀ CHÍNH THỨC ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 12- THPT-Vòng 1 Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian phát đề ( Đề gồm 02 trang) Câu 1(5 điểm): Cho cơ hệ như hình vẽ. Vật M có khối lượng m=200g, được treo bằng một sợi dây buộc vào trục ròng rọc R2 . Lò xo nhẹ có độ cứng k = 45N/m, một đầu gắn vào trục ròng r ọc R2 , còn đầu kia gắn vào sợi dây vắt qua R1 , R2 đầu còn lại của dây buộc vào điểm B. Bỏ qua ma sát ở các ròng rọc, coi dây không dãn. Kéo vật M xuống dưới vị trí cân bằng một đo ạn 5cm r ồi th ả nhẹ. Chứng minh vật M dao động điều hòa và viết phương trình dao động nó. Ch ọn tr ục Ox thẳng đứng hướng xuống, gốc tọa độ O ở VTCB của M. Xét hai trường hợp: 1. Bỏ qua khối lượng các ròng rọc. 2. Bỏ qua khối lượng ròng rọc R1 ; ròng rọc R2 có dạng hình trụ đặc khối lượng m=200g, bán kính R. Dây không trượt trên các ròng rọc. Câu 2: (6,0 điểm): Tại hai điểm A và B trên mặt chất lỏng có hai nguồn phát sóng cơ đ ồng b ộ cách nhau AB = 8cm, dao động với tần số f = 20Hz và pha ban đầu bằng 0.Một điểm M trên mặt nước, cách A một khoảng 25cm và cách B một khoảng 20,5cm, dao động với biên độ cực đại. Giữa M và đường trung trực AB có hai vân giao thoa cực đại. Coi biên độ sóng truyền đi không giảm. 1. Xác định tốc độ truyền sóng và tìm điểm dao động cực đại, số điểm dao động cực tiểu trên đoạn AB ( không kể A và B). http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất 2. Gọi O là trung điểm của AB; N và P là hai điểm nằm trên trung tr ực c ủa AB v ề cùng m ột phía so với O thỏa mãn ON=2cm; OP=5cm. Xác định các điểm trên đoạn NP dao động cùng pha với O. 3. Điểm Q cách A khoảng L thỏa mãn AQ ^ AB a) Tính giá trị cực đại của L để điểm Q dao động với biên độ cực đại. b) Xác định L để Q đứng yên không dao động. Câu 3 (4,0 điểm): Cho mạch điện như hình vẽ: E1 =8V ; r1 =0,5W; E2 =2V ; r2 =0,5W; R1 =1W; R2 =R3 =3W. Điện trở của ampe kế, khóa điện K và dây nối không đáng kể. Biết rằng số chỉ của ampe kế 9 khi đóng khóa K bằng số chỉ của nó khi ngắt khóa K. 5 1. Tìm R4 2. Xác định chiều và cường độ dòng điện qua K khi K đóng. Câu 4 (3,0 điểm): Điểm sáng A nằm trên trục chính của một thấu kính hội tụ mỏng tiêu cự f= 36cm, phía bên kia thấu kính đặt một màn (M) vuông góc với trục chính, cách A đoạn L. Gi ữ A và (M) c ố định, xê dịch thấu kính dọc theo trục chính trong khoảng từ A đến màn (M), ta không thu được ảnh rõ nét của A trên màn mà chỉ thu được các vết sáng hình tròn. Khi thấu kính cách màn một đoạn l =40cm ta thu được trên màn vết sáng hình tròn có kích thước nhỏ nhất. Tìm L. Câu 5 ( 2,0 điểm): Một khối gỗ không ngấm nước có dạng hình chóp tứ giác đều, nổi trên mặt nước ( đỉnh ở phía trên mặt nước). Phần nổi có chiều cao là h = 10m. Biết khối lượng riêng của g ỗ và n ước lần lượt là 900kg.m3 và 1000kg / m3 . Xác định chu kì dao động bé của khối gỗ theo phương thẳng đứng. Lấy g =10m / s 2 SỞ GD&ĐT NINH BÌNH KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất NĂM HỌC 2010-1011 HƯỚNG DẪN GIẢI ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 12- THPT Câu 1. 1. Bỏ qua khối lượng của ròng rọc và dây nối: T= F ur uu r Tại VTCB của vật M ta có: P +3F0 =0 (1) Từ (1) suy ra: mg =3kl0 (2) ur ur r Tại vị trí vật M có tọa độ x bất kì ta có: P +3F =ma (3) Chiếu (3) lên trục tọa độ Ox ta có: mg - 3k (l0 +3 x) =ma =mx '' 9k 2 Từ (2) và (4) ta có: x ''+ x =U Û x ''+w x =U m (5) (4) æ 2 9k ö çw = ÷ mø è Phương trình (5) có nghiệm: x =Acos(wt +j ) trong đó A, w, j là những hằng số. Vậỵ vật M dao động điều hòa. Chọn gốc thời gian là lúc thả vật. w = 9k =45(rad / s) m ì Acosj =5(cm) ® A =5cm và j =0 Tại thời điểm t =0 : í î - wA sin j Vậy phương trình dao động là x =5cos 45t (cm). 2. Tại vị trí cân bằng: 2m =3k l (1) http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất Tại li độ x của M: mg - T3 =ma (2) T3 +mg - 2T1 - T2 =ma (3) T1 =k (l +3 x) (4) (T2 - T1 ) R =I .g; I =0,5mR 2 ; g = a R (5) Thay (2), (4), (5) vào (3): 2m - 2k (l +3x) - k (l +3x ) - ma =ma 2 Kết hợp (1) ® - 9kx =2,5mx '' ® x ''+w2 x =0 với w = 18k rad / s phương trình dao động: x =5cos 28,5t (cm) 9m Câu 2. 1, Điều kiện để tại M dao động cực đại: d 2 - d1 =k .l ® k l =25 - 20,5 =4,5(cm) Vì giữa M và đường trung trực của AB có 2 vân giao thoa cực đại. Tại M là vân dao thoa c ực đại thứ 3 nên k=3. Từ đó ® l =1,5(cm) Mà: v =l . f =20.1,5 =30(cm / s ) Điều kiện để tại M’ trên AB có dao động cực đại: d 2 - d1 =k .l (với d1 +d 2 =AB nên: d1 = k =0; ±1; ±2; ±3;... ) 1 ( k l +AB ) 2 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất 0 0 ® k <4,8 ® k =0; 2;3; 4. Từ đó ta có 5 giá trị của L là: + Với k = 0 thì L = 42,29cm + Với k = 1 thì L = 13,10cm + Với k = 2 thì L = 6,66cm + Với k = 3 thì L = 3,47cm + Với k = 4 thì L = 1,37cm Câu 3. Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn Eb =E1 - E2 =8 - 2 =6(V ) rb - r1 +r2 =0,5 +0,5 =1(W) a) Xét khi K mở: Điện trở tương đương của mạch ngoài: R13 =R1 +R3 =1 +3 =4W R24 =R2 +R4 =3 +R4 RAB = R13 .R24 4(3 +R4 ) = R13 +R24 7 +R4 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất Cường độ dòng điện mạch chính phát ra từ cực dương của nguồn E1 I= EB 6 42 +6R4 42 +6 R4 = = = RAB +rb 4(3 +R4 ) +1 12 +4 R4 +7 +R4 5R4 +19 7 +R4 Hiệu điện thế giữa hai điểm A, B: U AB =I .RAB = Số chỉ Ampe kế khi K mở: I Am = 42 +6 R4 4(3 +R4 ) 72 +24 R4 . = 5 R4 +19 7 +R4 5 R4 +19 U AB 72 +24 R4 24 = = (1) R2 +R4 (5 R4 +19)(3 +R4 ) 5R4 +19 Xét trường hợp khi K đóng: Điện trở tương đường của mạch ngoài R12 = R .R R1.R2 3 3R4 = (W); R34 = 3 4 = R1 +R2 4 R3 +R4 3 +R4 3 3R 9 +3R4 +12 R4 9 +15 R4 RABd =R12 +R34 = + 4 = = 4 3 +R4 12 +4 R4 12 +4 R4 Cường độ dòng điện mạch chính: Id = Eb 6(12 +4 R4 ) 6 = = RABd +rb 9 +15 R4 +1 21 +19R4 12 +4 R4 U CB =U 4 =I d .R34 = 6(12 +4 R4 ) 3R4 72 R4 . = 21 +19 R4 3 +R4 21 +19 R4 U 72 I Ad = CB = R4 21 +19 R4 (2) 9 72 9 24 I Ad = .I Am Û = . 5 21 +19 R4 5 5 R4 +19 Theo đề bài ta có: Û 1800 R4 +6840 =4536 +4104 R4 Û 2304 R4 =2304 Þ R4 =1(W) b) Cường độ dòng điện qua K khi K đóng. Ta có: http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất U 72 72 I Ad = CB = = =1,8( A) R4 21 +19 R4 21 +19.1 Id = 6(12 +4 R4 ) 6(12 +4.1) = =2, 4( A) 21 +19 R4 21 +19.1 3 U 2 =I d .R12 =2, 4. =1,8(V ) 4 U 1,8 I 2 = 2 = =0, 6( A) R2 3 Þ Cường độ dòng điện qua k khi k đóng: I K =I Am - I 2 =1,8 - 0, 6 =1, 2( A) và có chiều từ C đến D. Câu 4. Ta có: r d +d '- L = R d' d. f d+ -L r d- f Û = d. f R d- f r d 2 - Ld +Lf d L L Û = = - + R fd f f d æd L ö Vì R không đổi, để r nhỏ nhất thì ç + ÷nhỏ nhất, èf d ø Điều kiện này xảy ra khi: d L = f d é L =100cm 2 Thay d =L - l ® ( L - 40) =36 L « ê ëL =16cm