Đề 2 thi chọn học sinh giỏi văn hoá cấp tỉnh môn thi: Vật lí - Lớp 12 phổ thông năm học: 2015-2016 thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian giao đề)

SỞ GD & ĐT THANH HÓA
Trường THPT Thường Xuân 3
KHUNG MA TRẬN ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ KHỐI 12
NĂM HỌC 2015 – 2016
Thời gian làm bài: 180 phút
Tên chủ đề
(nội dung, chương)
Nhận biết
(cấp độ 1)
Thông hiểu
(cấp độ 2)
Vận dụng
Cộng
Cấp độ thấp
(cấp độ 3)
Cấp độ cao
(cấp độ 4)
1. Cơ học vật rắn
Số câu: 1
Số điểm:2 
Tỉ lệ: 20 %
Câu 1 
2 điểm
1 câu
2 điểm= 20%
2. Dao động cơ
Số câu: 2
Số điểm: 4
Tỉ lệ: 40%
Câu 2
2điểm
Câu 2
2điểm
2 câu
4 điểm= 40%
3. Sóng cơ
Số câu: 1
Số điểm: 2
Tỉ lệ: 20%
Câu 3
2điểm
1 câu
2 điểm= 20%
4. Dòng điện xoay chiều
Số câu: 2
Số điểm: 4
 Tỉ lệ: 40%
Câu 4
2điểm
Câu 5
2điểm
1 câu
4 điểm= 40%
5. Dao động điện từ trong mạch LC và sóng điện từ.
Số câu: 1
Số điểm: 2
 Tỉ lệ: 20%
Câu 6
2điểm
1 câu
2 điểm= 20%
6. Sóng ánh sáng
Số câu: 1
Số điểm: 2
 Tỉ lệ: 20%
Câu 7
2điểm
1 câu
2 điểm= 20%
7. Lượng tử ánh sáng
Số câu: 1
Số điểm: 2
 Tỉ lệ: 20%
Câu 8
2điểm
1 câu
2 điểm= 20%
8. Phương án thực hành
Số câu: 1
Số điểm: 2 
 Tỉ lệ: 20%
Câu 9
2điểm
1 câu
2 điểm= 20%
Tổng số điểm 
Tỉ lệ %
4,0 điểm
20 %
12,0 điểm
60 %
4,0 điểm
20 %
20 điểm
100 %
SỞ GD & ĐT THANH HÓA
Trường THPT Thường Xuân 3
(Đề gồm 02 trang)
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI VĂN HOÁ CẤP TỈNH
MÔN THI: VẬT LÍ - LỚP 12 PHỔ THÔNG
NĂM HỌC: 2015-2016
 Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian giao đề)
Số báo danh
Hình 1
Câu 1 (2,0 điểm): 
 Một ròng rọc hình trụ khối lượng M=3kg, bán kính R=40cm được dùng để kéo nước trong một cái giếng (hình vẽ 1). Một chiếc xô khối lượng m=2kg, được buộc vào một sợi dây quấn quanh ròng rọc. Nếu xô được thả từ miệng giếng thì sau 3s nó chạm vào nước. Bỏ qua ma sát ở trục quay và momen quán tính của tay quay. Lấy g = 9,8 m/s2. Tính: 
Lực căng T và gia tốc của xô, biết dây không trượt trên ròng rọc.
Độ sâu tính từ miệng giếng đến mặt nước.
m
Hình 2
k
Q
Câu 2 (4,0 điểm): 
 Cho con lắc lò xo như hình 2. Vật nặng khối lượng m=100g, lò xo nhẹ có độ cứng k = 40N/m lồng vào trục thẳng đứng, đầu dưới của lò xo gắn chặt với giá đỡ tại điểm Q. Bỏ qua mọi ma sát. Lấy g=10m/s2. Đưa vật đến vị trí lò xo bị nén một đoạn 4,5cm rồi thả nhẹ. Chọn trục tọa độ Ox theo phương thẳng đứng, gốc O ở vị trí cân bằng, chiều dương hướng lên và gốc thời gian (t = 0) lúc thả vật.
m
Hình 3
k
M
Chứng minh vật dao động điều hòa và viết phương trình dao động của vật.
Viết biểu thức lực đàn hồi của lò xo tác dụng lên giá đỡ theo thời gian.
Cho đầu dưới của lò xo gắn cố định vào vật có khối lượng M = m được đặt trên bàn nằm ngang như hình 3. Đưa vật m đến vị trí lò xo không biến dạng rồi truyền cho nó vận tốc ban đầu có độ lớn=120cm/s hướng thẳng đứng xuống dưới. Chứng tỏ rằng đến một thời điểm vật M bắt đầu bị nhấc lên khỏi mặt bàn? Tính tốc độ của m ở thời điểm đó?
Câu 3 (2,0 điểm): 
Trên mặt nước có hai nguồn phát sóng kết hợp là nguồn điểm A và B dao động theo phương trình: . Coi biên độ sóng không đổi. Người ta đo được khoảng cách giữa 2 điểm đứng yên liên tiếp trên đoạn AB là Khoảng cách giữa hai nguồn A, B là 
Tính số điểm đứng yên trên đoạn AB.
Tính số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn AB cùng pha với nguồn
•
•
R
L
C
K
A
B
M
N
Hình 4
Câu 4 (2 điểm). Cho mạch điện như hình vẽ 4 gồm điện trở R, tụ điện C và cuộn cảm có điện trở thuần mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều Bỏ qua điện trở của dây nối và của khoá K. 
a) Ban đầu khoá K đóng, điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn AM và MB lần lượt là: Tính hệ số công suất của đoạn mạch. Viết biểu thức của điện áp tức thời hai đầu điện trở R.
b) Điện dung của tụ điện Khoá K mở thì điện áp hiệu dụng giữa hai điểm M, B là Tính giá trị của điện trở R và độ tự cảm L.
Câu 5 (2 điểm). 
A
B
Ÿ
Hình 5
M
X
Y
 Cho đoạn mạch nối tiếp như hình vẽ 5. Trong mỗi hộp X, Y chứa một linh kiện thuộc loại điện trở, cuộn cảm hoặc tụ điện. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều . Lúc tần số , thì  ; . Giữ điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch và giá trị các linh kiện không đổi, tăng f lên quá 50(Hz) thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch giảm. Hỏi X, Y chứa linh kiện gì ? Xác định giá trị của các linh kiện đó. 
C1
C2
A
B
L
M
Hình 6
Câu 6 (2 điểm). 
Cho mạch dao động lí tưởng như hình vẽ 6. Các tụ điện có điện dung Cuộn thuần cảm có độ tự cảm Bỏ qua điện trở dây nối. Trong mạch có dao động điện từ tự do với cường độ dòng điện cực đại trong mạch là 
Tính tần số biến thiên năng lượng từ trường của mạch.
Tính điện áp cực đại giữa hai điểm A, M và M, B.
Lúc điện áp giữa hai bản tụ điện C1 là 6V thì độ lớn của cường độ dòng điện trong mạch bằng bao nhiêu?
Câu 7 (2 điểm). 
Trong thí nghiệm của Y- âng về giao thoa ánh sáng: khoảng cách giữa hai khe hẹp S1, S2 là a = 0,2 mm, khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn là D = 1 m.
Nguồn S phát ra ánh sáng đơn sắc, biết khoảng cách giữa 10 vân sáng liên tiếp là 2,7 cm. Tính bước sóng ánh sáng đơn sắc do nguồn S phát ra.
Nguồn S phát ra ánh sáng trắng có bước sóng nằm trong khoảng từ 0,380,76. 
Xác định vị trí gần vân trung tâm nhất mà tại đó những bức xạ đơn sắc của ánh sáng trắng cho vân sáng trùng nhau.
Tại vị trí trên màn cách vân trung tâm 2,7 cm có những bức xạ đơn sắc nào cho vân sáng trùng nhau.
Câu 8 (2 điểm). 
 Chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng l1 = 0,4mm vào catôt của một tế bào quang điện. Khi đặt vào anôt và catôt của tế bào quang điện này một hiệu điện thế UAK = -2V thì dòng quang điện bắt đầu triệt tiêu. Cho hằng số Plăng h = 6,625.10-34Js, tốc độ ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s, khối lượng electron me = 9,1.10-31kg, độ lớn điện tích của electron e = 1,6.10-19C.
Tính công thoát của kim loại dùng làm catốt.
Nếu thay bức xạ l1 bằng bức xạ l2 = 0,2mm, đồng thời giữ nguyên hiệu điện thế giữa anôt và catôt trên thì tốc độ lớn nhất của electron quang điện khi tới anôt có giá trị bằng bao nhiêu?
Câu 9 (2 điểm). 
 Nêu một phương án thực nghiệm xác định điện trở trong của một nguồn điện một chiều. Dụng cụ gồm: một nguồn điện một chiều chưa biết suất điện động và điện trở trong, một ampe kế có điện trở không đáng kể, một điện trở R0 đã biết giá trị, một biến trở con chạy Rb có điện trở toàn phần lớn hơn R0, hai công tắc điện K1 và K2, một số dây dẫn đủ dùng. Các công tắc điện và dây dẫn có điện trở không đáng kể. 
Chú ý: Không được mắc ampe kế trực tiếp vào nguồn.
.. Hết 
Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm
ĐÁP ÁN ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ KHỐI 12
Năm học: 2015 - 2016
Câu
Nội dung
Điểm
 1
(2,0 điểm)
a) Đối với xô:
 mg – T = ma (1)
Đối với ròng rọc:
 (2)
Dây không trượt nên ròng rọc có:
 (3)
Từ (1), (2) và (3) ta tính được: a = 0,56 m/s2, T = 8,4 N
b) 
0,25
0,5
0,25
0,5
0,5
 2
(4,0 điểm)
a) Ở VTCB lò xo nén một đoạn 
Vật ở vị trí có tọa độ x. Theo định luật II Niu tơn: 
.
Vậy vật dao động điều hòa có: .
Phương trình dao động có dạng: 
Tại t=0 thì: 
Vậy phương trình dao động là: .
b) Lực đàn hồi tác dụng lên vật m:
 Fđh = mg + ma =.
Lực đàn hồi do lò xo tác dụng lên giá Q: 
 .
c) Biên độ dao động của m là: .
Lực đàn hồi do lò xo tác dụng lên M: .
Để M đứng yên thì áp lực của nó tác dụng lên bàn thoã mãn điều kiện: với t.
 .
Vì nên đến một thời điểm M sẽ bắt đầu bị nhấc lên khỏi bàn. Thời điểm M bắt đầu bị nhấc lên khỏi mặt bàn thì lò xo phải giãn một đoạn , khi đó lực đàn hồi và trọng lực tác dụng lên nó cân bằng nhau nên:
 Lúc này vật m có toạ độ x=5cm.
Tốc độ của vật m khi đó là: .
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5
0,5
0,25
0,25
0,5
0,25
0,5
0,25
 3
(2,0 điểm)
+ Khoảng cách giữa hai điểm đứng yên liên tiếp trên đoạn AB là: 
a) Tính số điểm cực đại trên đoạn AB 
+ Khoảng cách giữa hai điểm đứng yên liên tiếp trên đoạn AB là
 , khoảng cách 
Trên đoạn AB có số điểm đứng yên là: điểm
b) Tính số điểm dao động với biên độ cực đại cùng pha với nguồn
 trên đoạn
+ Theo trên pt dao động của một điểm trên đoạn AB có biên độ 
cực đại : 
+ Các điểm dao động với biên độ cực trên đoạn AB cùng pha với nguồn thoả mãn
 Vậy trên đoạn AB có 4 điểm dao động với biên độ cực đại cùng pha với nguồn.
0,25
0,25
0,5
0,5
0,5
 4
(2,0 điểm)
a) Tính hệ số công suất và viết biểu thức của điện áp hai đầu R
+ Khi khoá K đóng, tụ C bị nối tắt
I
U1
U2
UAB
+ Giản đồ véc tơ : 
- Áp dụng định lí hàm số cosin: hệ số công suất của 
đoạn mạch:
- Suy ra uAM trễ pha so với uAB nên:
b)
+ Dung kháng của tụ điện: 
+ Từ giản đồ véc tơ, ta còn có: 
,
 suy ra: 
+ Khi khoá K mở, mạch có thêm tụ điện, lúc này điện áp hiệu
 dụng giữa hai điểm M, B:
 ,
 thay R=2r; ZL=3r vào ta được:
Từ đó suy ra: 
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
 5
(2,0 điểm)
* Khi tần số : ta thấy chứng tỏ UAB vuông pha với UMB nên đoạn AB không thể chứa :
+ R và C, vì khi đó UAM vuông pha UMB.
+ R và cuộn thuần cảm L, vì khi đó UAM vuông pha UMB.
+ cuộn thuần cảm L và tụ điện C, vì khi đó UAM ngược pha UMB.
+ cuộn cảm có điện trở thuần và điện trở thuần R, vì khi đó góc lệch pha giữa UAB và UMB là góc nhọn. 
 Do đó, đoạn AB có thể chứa cuộn cảm có điện trở thuần r, độ tự cảm L và tụ điện C.
* Khả năng 1: hộp X chứa tụ điện, Y chứa cuộn cảm(r,L).
Khi , ta thấy
dễ thấy khi tăng tần số lên quá 50Hz thì ZL tăng ZC giảm, đến lúc ZL= ZC thì dòng điện hiệu dụng mới đạt cực đại, nghĩa là tăng tần số lên quá 50Hz thì I tăng, trái với giả thiết.
Do đó, khả năng này bị loại. 
* Khả năng 2 : hộp X chứa cuộn cảm(r,L) và hộp Y chứa tụ C.
+ Khi , ta có hệ:
+ Dễ thấy lúc thì xảy ra cộng hưởng, Imax= U/R nên nếu tăng f lên quá 50Hz thì I giảm thoả mãn với giả thiết.
Vậy: hộp X chứa cuộn cảm có và hộp Y chứa tụ 
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5
0,25
 6
(2,0 điểm)
a) Tính tần số biến thiên của năng lượng từ trường 
+ Tần số dao động riêng của mạch: 
+ Tần số biến thiên của năng lượng từ trường là:
b) Tính điện áp cực đại hai đầu mỗi tụ điện
+ Điện áp cực đại hai đầu bộ tụ điện: 
+ Điện áp uAM và uMB cùng pha nhau, nên điện áp cực đại giữa hai 
bản của mỗi tụ điện là:
c) Tính cường độ dòng điện
+ Lúc điện áp hai đầu tụ C1 là u1= 6V, thì điện áp giữa hai đầu tụ 
C2 là u2:
+ Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5
 7
(2,0 điểm)
1. Khoảng vân: i = 3mm => thay số: 
2. 
a) Vị trí gần vân trung tâm nhất mà tại đó những bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng trùng nhau là vân đỏ bậc 1 trùng vân tím bậc 2:
+ thay số: x = 3,8mm
b) Những bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng tại 
x = 2,7cm thoả mãn: 
+ Ta có: ; 
k nguyên => k = 8,9..14
Vậy có 7 bức xạ cho vân sáng tại vị trí x = 2,7 cm.
+ Từ đó ta tính được bước sóng các bức xạ:
0,675 ; 0,60 ; 0,54; 0,491; 0,45; 0,415; 0,386 ()
0,5
0,5
0,25
0,5
0,25
 8
(2,0 điểm)
a) Áp dụng phương trình Anhxtanh: 
=> A = 1,768.10-19J = 1,1eV
b) Áp dụng phương trình Anhxtanh: 
=> 
+áp dụng định lý động năng 
=> thay số 
0,5
0,5
0,5
0,5
 9
(2,0 điểm)
E
Bố trí mạch điện như hình vẽ (hoặc mô tả đúng cách mắc).
- Bước 1: Chỉ đóng K1: số chỉ ampe kế là I1.
 Ta có: E = I1(r + R0) (1) 
- Bước 2: Chỉ đóng K2 và dịch chuyển con chạy để ampe kế chỉ I1. Khi đó phần biến trở tham gia vào mạch điện có giá trị bằng R0. 
- Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy của biến trở ở bước 2 rồi đóng cả K1 và K2, số chỉ ampe kế làI2.
 Ta có: E = I2(r + R0/2) (2) 
Giải hệ phương trình (1) và (2) ta tìm được: .
0,25
0,5
0,5
0,5
 0,25
Ghi chú: 
 1. Phần nào thí sinh làm bài theo cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa phần đó.
 2. Không viết công thức mà viết trực tiếp bằng số các đại lượng, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.
 3. Ghi công thức đúng mà:
3.1. Thay số đúng nhưng tính toán sai thì cho nửa số điểm của câu.
3.3. Thay số từ kết quả sai của ý trước dẫn đến sai thì cho nửa số điểm của ý đó.
 4. Nếu sai hoặc thiếu đơn vị 3 lần trở lên thì trừ 0,5 điểm.
 5. Điểm toàn bài làm tròn đến 0,25 điểm.