Đề thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh môn thi: Vật lý lớp 12 thpt thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề)

Khung ma trận đề thi
 Cấp độ
Tên chủ đề
(Nội dung, chương...)
Nhận biết
Thông hiểu
Vận dụng
Cộng
Cấp độ thấp
Cấp độ cao
Chủ đề 1
Động lực học vật rắn
Chuẩn KT, KN cần kiểm tra (Ch)
(Ch)
(Ch)
(Ch)
Số câu 01
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0
Số điểm
Số câu 01
Số điểm 2
Số câu 0
Số điểm
Số câu 01
2 điểm=10%
Chủ đề 2
Con lắc lò xo
(Ch)
(Ch)
(Ch)
(Ch)
Số câu 01
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0,5
Số điểm 2
Số câu 0,5
Số điểm 2
Số câu 01
4 điểm=20%
Chủ đề 3
Sóng cơ
(Ch)
(Ch)
(Ch)
(Ch)
Số câu 01
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0
Số điểm
Số câu 01
Số điểm
Số câu 0
Số điểm
Số câu 01
2 điểm=10%
Chủ đề 4
Dao động và sóng điện từ
(Ch)
(Ch)
(Ch)
(Ch)
Số câu 01
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0,5
Số điểm 1
Số câu 0,5
Số điểm 1
Số câu 0
Số điểm
Số câu 01
2 điểm=10%
Chủ đề 5
Đoạn mạch RLC nối tiếp
(Ch)
(Ch)
(Ch)
(Ch)
Số câu 01
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0,5
Số điểm 2
Số câu 0,5
Số điểm 2
Số câu 01
4 điểm=20%
Chủ đề 6
Sóng ánh sáng
(Ch)
(Ch)
(Ch)
(Ch)
Số câu 01
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0,5
Số điểm 1
Số câu 0
Số điểm 
Số câu 0,5
Số điểm 1
Số câu 01
2 điểm=10%
Chủ đề 7
Lượng tử ánh sáng
(Ch)
(Ch)
(Ch)
(Ch)
Số câu 01
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu 0,5
Số điểm 1
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0,5
Số điểm 1
Số câu 01
2 điểm=10%
Chủ đề 8
Phương án thực hành
(Ch)
(Ch)
(Ch)
(Ch)
Số câu 01
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu 0
Số điểm
Số câu 01
Số điểm 2
Số câu 0
Số điểm
Số câu 0
Số điểm
Số câu 01
2 điểm=10%
SỞ GD & ĐT THANH HOÁ
-------********-------
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH
Môn thi: VẬT LÝ
Lớp 12 THPT 
Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề)
Đề này có 08 câu, gồm 02 trang
Hình 1
A
C
m
a
Câu 1: (2,0 điểm)
Cho cơ hệ như hình 1. Ròng rọc cố định C và con lăn A là đĩa tròn đồng chất có cùng khối lượng M = 600g và bán kính R. Sợi dây một đầu quấn quanh con lăn A rồi vắt qua ròng rọc C, đầu còn lại nối với một vật có khối lượng m = 100g. Thả cho con lăn lăn không trượt trên mặt phẳng nghiêng cố định. Góc giữa mặt phẳng nghiêng so với mặt ngang a = 30o. Biết rằng dây không dãn, không khối lượng, không trượt trên ròng rọc và con lăn. Lấy g = 10m/s2.
Tính gia tốc của vật m. 
Tính lực căng của sợi dây.
K1
K2
mM
M
Hình 2
Câu 2 (4,0 điểm)	
Cho cơ hệ như hình 2: 
Hai lò xo nhẹ có độ cứng lần lượt là K1 = 60N/m;
K2 = 40N/m; M = 100g; m = 300g. Bỏ qua ma sát
giữa M với sàn, lấy g = 2 = 10(m/s2). Tại vị trí cân bằng của hệ hai lò xo không biến dạng. Đưa hai vật lệch khỏi vị trí cân bằng một đoạn 4cm rồi thả nhẹ, người ta thấy hai vật không trượt đối với nhau.
1. Chứng minh hệ dao động điều hoà, tính chu kì dao động và vận tốc cực đại của hệ.
2. Hệ số ma sát nghỉ giữa m và M phải thoả mãn điều kiện nào để hệ hai vật dao động điều hoà? 
3. Khi lò xo K2 bị nén 2cm thì người ta giữ cố định điểm chính giữa của lò xo K2, hệ vẫn dao động điều hoà. Tính biên độ dao động của hệ sau đó.
Câu 3 (2,0 điểm)
1. Trên mặt chất lỏng, tại hai điểm A và B () đặt hai nguồn sóng dao động theo phương thẳng đứng với phương trình dao động lần lượt là: và . Biết tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là 40cm/s và biên độ sóng không thay đổi trong quá trình sóng truyền.
	 Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn AB.
Hình 3
r
S1
S2
2. Trên mặt nước trong một chậu rất rộng có hai nguồn phát sóng nước đồng bộ S1, S2 (cùng phương, cùng tần số, cùng biên độ và pha ban đầu) dao động điều hòa với tần số f = 50Hz, khoảng cách giữa hai nguồn S1S2 = 2d. Người ta đặt một đĩa nhựa tròn bán kính r = 1,2cm (r < d) lên đáy nằm ngang của chậu sao cho S2 nằm trên trục đi qua tâm và vuông góc với mặt đĩa; bề dày đĩa nhỏ hơn chiều cao nước trong chậu (h ình 3). Tốc độ truyền sóng chỗ nước sâu là v1 = 0,4m/s. Chỗ nước nông hơn (có đĩa), tốc độ truyền sóng là v2 tùy thuộc bề dày của đĩa (v2 < v1). Biết trung trực của S1S2 là một vân cực tiểu giao thoa. Tìm giá trị lớn nhất của v2.
A
B
R
C
M
Hình 4
N
L
Câu 4 (4,0 điểm)
Cho mạch điện gồm điện trở thuần R, cuộn dây thuần 
cảm L và tụ điện C mắc như hình 4. Đặt vào hai đầu AB một 
điện áp xoay chiều có biểu thức: uAB = Ucoswt (V), tần số 
góc w thay đổi được. 
1. Khi w = w1 thì điện áp giữa hai đầu các đoạn mạch AN và MB vuông pha với nhau. Khi đó UAN = 50V, UMB = 100V và mạch tiêu thụ công suất P = 50W. 
Tính R, ZL, ZC.
 2. Thay đổi tần số góc w đến giá trị w = w2 = 100prad/s thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây đạt giá trị cực đại. Tính L, C và w1.
C1
C2
•
A
B
L
M
Hình 5
K
Câu 5 (2,0 điểm) 
	Cho mạch dao động lí tưởng như hình 5 . Các tụ điện có điện dung Cuộn thuần cảm có độ tự cảm 
Bỏ qua điện trở khoá K và dây nối.
1. Ban đầu khoá K đóng, trong mạch có dao động điện từ tự do với cường độ dòng điện cực đại trong mạch là 
a) Tính tần số biến thiên năng lượng từ trường của mạch.
b) Tính điện áp cực đại giữa hai điểm A, M và M, B.
c) Lúc điện áp giữa hai bản tụ điện C1 là 6V thì độ lớn của cường độ dòng điện trong mạch bằng bao nhiêu?
2. Ban đầu khoá K ngắt, tụ điện C1 được tích điện đến điện áp 10V, còn tụ điện C2 chưa tích điện. Sau đó đóng khoá K. Tính cường độ dòng điện cực đại trong mạch.
Câu 6 (2,0 điểm)
 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y–âng, dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng l = 0,5 (mm), hai khe hẹp S1, S2 cách nhau a = 2 (mm), khoảng cách từ màn (E2) chứa hai khe tới màn hứng ảnh (E3) là D = 2 (m). Hai khe được chiếu sáng từ một khe hẹp S trên màn (E1) nằm cách màn (E2) một khoảng D’ = 50 (cm). Khe S nằm trên đường trung trực của S1, S2, các khe S // S1 // S2, các màn (E1), (E2), (E3) song song với nhau và cùng vuông góc với trung trực của S1, S2.
Xác định khoảng vân i, vị trí vân sáng bậc 4.
Tạo một khe S’ trên màn (E1), S’//S và cách khe S một khoảng y. Tìm ymin để khi đồng thời chiếu vào hai khe S, S’ ánh sáng có l’ = 0,4 (mm) thì trên màn (E3) không quan sát được hệ vân giao thoa.
Câu 7 (2,0 điểm)
 Chiếu vào một quả cầu kim loại có giới hạn quang điện l0 = 0,5 (mm) đang được đặt cô lập về điện bởi một bức xạ điện từ có bước sóng l = 0,25 (mm). Hãy lập luận và xác định điện thế cực đại của quả cầu. Cho h = 6,625.10 – 34 (Js), = 1,6.10 – 19 (C), me = 9,1.10 – 31 (kg).
Câu 8 (2,0 điểm)
 Cho:
	- Hai điện trở thuần R1, R2 (không rõ trị số)
	- Một biến trở R
	- Một tụ xoay C (đọc được trị số)
	- Một ampe kế xoay chiều A
	- Một cuộn dây
	- Các dây nối 
 - Một nguồn điện xoay chiều 3 pha (biết tần số).
 Hãy trình bày một phương án thí nghiệm (trong đó có sử dụng cả ba pha) để xác định hệ số tự cảm L của cuộn dây. Vẽ sơ đồ thí nghiệm và tìm biểu thức tính L.
----------------------------------HÕT-------------------------------------
Giám thị coi thi không giải thích gì thêm !
SỞ GD & ĐT THANH HOÁ
-------********-------
HƯỚNG DẪN CHẤM
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH
Môn thi: VẬT LÝ
Lớp 12 THPT 
Câu
Nội dung
Điểm
Câu 1
2,0 điểm
1. Tính gia tốc của vật m:
T1
A
C
m
a
PM
T2
T2
P
T1
(+)
K
Fmsn
- Vẽ hình, chọn chiều dương của hệ.
Gọi O2, O1 là tâm của đĩa A, ròng rọc C
- Vận tốc trên dây AB: vA/K = vB/O1 = vC = v
(vì O1 đứng yên, K đứng yên tức thời)
 Suy ra: w2.2R = w1.R = vC 
2g2R = g1R = aC = a (1)
- Xét vật m:
 T1 – mg = ma (2)
- Xét ròng rọc :
 (T2 – T1)R = (3)
- Xét con lăn (coi K là tâm quay tức thời)
 MgRsina - T2 2R = (4)
- Giải hệ phương trình trên ta được : a = 
+ Thay số , tính đúng, đơn vị đúng: a = 0,8 m/s2 > 0 nên con lăn lăn xuống chân mặt phẳng nghiêng, vật m đi lên.
2. Tính lực căng của dây:
- Từ (2) tìm được T1 = ma + mg = = 1,08 N
- Từ (3) tìm T2 = T1 + = T1 + a 
 T2 = + = 1,32 N
0,5 
0,5
0,5
0,5
Câu 2
4,0 điểm
1). + Chon trục Ox trùng quỹ đạo, O ≡ VTCB.
+ Tại VTCB: hai lò xo không biến dạng, nên 
+ Tại vị trí vật có li độ x:
 Lực tác dụng lên vật gồm: 
 Theo định luật 2 Niu Tơn: (1)
 (theo gt hai vật không trượt trên nhau) 
 Chiếu (1) lên Ox: 
 Đặt , chứng tỏ vật dao động điều hoà với tần số góc 
+ Chu kì dao động của hệ: 
+ Biên độ dao động của hệ: A= x0 = 4cm ( vì v0 = 0)
+ Vận tốc cực đại của hệ: 
0,25
0,25
0,5
0,25
 0,25
0,25
0,25
2). + Lực tác dụng lên M: phản lực Q của sàn; áp lực mà m đè lên M là N12 = mg; lực ma sát nghỉ giữa m và M là 
+ Theo định luật 2 Niu Tơn: (2)
Chiếu (2) lên Ox: với 
+ Để hệ dao động điều hoà thì hai vật không trượt trên nhau, nên ma sát giữa hai vật là ma sát nghỉ, cần điều kiện: với 
chỉ cần 
0,25
0,25
0,25
0,25
3). Khi lò xo K2 bị nén 2cm, người ta giữ chặt điểm chính giữa của lò xo K2 thì:
+ Độ cứng của phần lò xo K2 nối với vật m là 2K2 = 80(N/m) 
+ Tại VTCB mới của hệ: hai lò xo giãn các đoạn tương ứng là thoả mãn:
+ Như vậy, lúc bắt đầu giữ chặt điểm chính giữa của lò xo K2 thì hai vật có li độ và vận tốc: 
0,25
0,25
0,5
Câu 3
2,0 điểm
1. + Xét điểm M trên AB: 
+ 
+ Để M dao động với biên độ cực đại:
+ M trên AB: 
 Có 10 điểm dao động với biên độ cực đại trên AB.
0,25
0,25
0,25
0,25
2. Giả sử phương trình dao động của hai nguồn có dạng:
u1 = u2 = Acos2πft
Gọi M là trung điểm S1S2.
Phương trình sóng do S1 truyền đến M: 
u1M = A1cos2πf(t - ) 
Phương trình sóng do S2 truyền đến M: 
u2M = A2cos2πf(t - )
v2 < v1 → u1M sớm pha hơn u2M
→ Độ lệch pha Δφ = 2πf(t - ) - 2πf(t - )
→ Δφ = 2πf(
Tại M là vân cực tiểu → Δφ = (2k + 1)π với k = 0, 1, 2,.
 = thay số v2 = 
v2 lớn nhất ↔ k nhỏ nhất = 0
v2Max = 0,3m/s.
0,25
0,25
0,25
0,25
Câu 4
4,0 điểm
I
UL
UAN
UR
UC
UMB
1. Khi , tính R, ZL, ZC 
- (1)
- Mặt khác 
 (2)
- Từ (1) và (2) ta có: 
- Ta lại có 
- Tìm 
2. Tính L, C và w1 
- 
Trong đó: 
- Vì U = h/s
 (3)
- Mặt khác theo phần (1) ta có: (4)
- Từ (3) và (4) 
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Câu 5
2,0 điểm
1.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: 
1.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:
1.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:
 . 
 2.
Tính cường độ dòng điện cực đại và viết biểu thức điện tích
+ Theo định luật bảo toàn điện tích: (1) 
+ Theo định luật bảo toàn năng lượng: (2)
+ Rút q2 từ (1) thay vào (2) ta được pt: , thay số:
 (3)+ Điều kiện tồn tại nghiệm của pt (3): , suy ra cường độ dòng điện cực đại trong mạch là I0=0,02A 
0,5
0,5
0,25
0,25
0,5
Câu 6
2,0 điểm
a. Xác định khoảng vân, vị trí vân sáng bậc 4:
+ Khoảng vân i = mm
+ Vị trí vân sáng bậc 4 là xS4 = 4i = 2 mm
b. Tìm ymin để không quan sát được hệ vân gia thoa:
+ Khi chiếu đồng thời vào hai khe S và S’ ta thu được được hai hệ vân với khoảng vân như nhau, vị trí vân sáng trung tâm khác nhau
+ Với khe S, vân trung tâm tại O
+ Khe S’ vân trung tâm nằm tại O’ 
+ Chứng minh O’, I, S’ thẳng hàng nhau.
Khi nguồn sáng nằm tại S, vân trung tâm tại O. Hiệu quang trình tới điểm M bất kỳ:
 = SS2M – SS1M = (SS2 – SS1) + ( d2 – d1 ) = 
với d1, d2 là khoảng cách từ từ S1, S2 đến M trên màn
Khi nguồn sáng nằm tại S’. Hiệu quang trình tới M:
’ = S’S2M – S’S1M = (S’S2 + S2M) – ( S’S1 + S1M)
 = (S’S2 – S’S1) + ( S2M – S1M) = ( r2 – r1) + ( d2 – d1). 
Với r2 = S’S2 , r1 = S’S1.
- Bằng phương pháp tương tự tính ra: r2 – r1 = 
- Ta có ’ = + = + 
- Khi chiếu sáng khe S’ để thu được vân sáng trung tâm ta có ’= 0 
Khi đó x là khoảng cách từ vân trung tâm (O) khi chiếu sáng vào khe S đến vân trung tâm (O’) khi chiếu sáng vào khe S’ 
 = - ó = - “ - ” thể hiện sự di chuyển ngược chiều của hệ vân so với chiều di chuyển của nguồn sáng.
+ Khi chiếu sáng đồng thời hai khe S và S’ để trên màn không quan sát được hệ thống vân giao thoa khi vân sáng của hệ thống vân của nguồn S trùng với vân tối trong hệ thống vân của nguồn S’.
+ x = OO’ = ( k + ½)i’ 
 y = 
+ Để ymin thỏa mãn điều kiện bài toán ứng với k = 0
 ymin = = 0,05mm.
0,5
0,5
0,25
0,25
0,25
0,25
Câu 7
2,5 điểm
 + Khi chiếu sáng vào quả cầu cô lập về điện, ánh sáng bứt e khỏi quả cầu làm cho quả cầu nhiễm điện dương.
+ Khi mới chiếu ánh sáng, số e bị bứt khỏi quả cầu là nhỏ nên điện tích dương của quả cầu nhỏ không có khả năng kéo lại các e có động năng lớn.
+ Sau một thời gian chiếu ánh sáng, số e bị bứt khỏi quả cầu lớn lúc này, điện tích dương trên quả cầu lớn sinh ra lực điện trường lớn đủ mạnh để kéo được các e có động năng ban đầu cực đại quay trở lại quả cầu, khi đó, nếu trong một giây có bao nhiêu e bị bứt khỏi quả cầu thì sẽ có bấy nhiêu e bị kéo quay trở lại quả cầu, quả cầu không bị mất thêm e nên điện tích quả cầu không tăng và đạt giá trị cực đại ứng với điên trường cực đại Vmax :
 Vmax = (1)
Công thức Anhxtanh: (2)
Từ (1) và (2) =2,48 V.
1,0
0,25
0,25
0,5
Câu 8
2,0 điểm
U01
U02
U03
I01
I02
I012
I03
j
j3
 Phương án xác định hệ số tự cảm L
 Dùng dòng điện 3 pha mắc sao như Hình 6.
 Ampe kế mắc trong dây trung hoà.
Điều chỉnh đồng thời tụ xoay và biến trở cho đến khi ampe kế chỉ số 0. Khi đó:
Ta có (1), C1 là điện dung của tụ xoay.
Đổi chỗ hai pha (1) và (2) rồi điều chỉnh tụ xoay cho đến khi ampe kế lại chỉ số 0. 
Khi đó (2), C2 là điện dung của tụ xoay.
Do j3' = - j3 nên (ZL-ZC2) = - (ZL-ZC1)
0,5 đ
0,5 đ
0,5 đ
0,5 đ
---------------------------------HẾT---------------------------------
Chú ý: Học sinh làm cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.