Đề thi chọn học sinh giỏi môn: Vật lý - Lớp 12 thpt (thời gian: 180 phút )

Trường THPT Yên Định 2
KHUNG MA TRẬN ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI 
Môn: Vật Lý - Lớp 12 THPT
(Thời gian: 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)
Động lực học vật rắn
2 điểm
2 điểm
Dao động cơ
1 điểm
2 điểm
1 điểm
4 điểm
Sóng cơ
2 điểm
2 điểm
Dao động và sóng điện từ
1 điểm
1 điểm
2 điểm
Dòng điện xoay chiều
3 điểm
1 điểm
4 điểm
Sóng ánh sáng
2 điểm
2 điểm
Lượng tử ánh sáng
1 điểm
1 điểm
2 điểm
Phương án thực hành
1 điểm
1 điểm
2 điểm
	Ngày 12 tháng 12 năm 2015
	 Người lập
	 Nguyễn Văn Tường
LỚP CHUYÊN ĐỀ HSG	ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH
 TỈNH THANH HÓA	 
Câu 1 (2điểm). Khối trụ đặc đồng chất, khối lượng m, bán kính R. Một sợi dây chỉ không co dãn được quấn trên mặt trụ, đầu dây còn lại được nối vào một giá cố định. Mô men quán tính của trụ đối với trục quay đi qua khối tâm I = 0,5mR2. Biết hệ được thả từ trạng thái nghỉ. Khi chuyển động thì khối tâm trụ chuyển động theo phương đứng và dây không trượt trên mặt trụ. Xác định độ lớn gia tốc khối tâm trụ.
Câu 2 (2điểm). Một con lắc đơn gồm dây treo dài gắn một đầu với vật có khối lượng m. Lấy g = 10(m/s2), p2 = 10. Người ta đem con lắc đơn nói trên gắn vào trần xe ôtô, ôtô đang đi lên dốc chậm dần đều với gia tốc 5(m/s2). Biết dốc nghiêng một góc 300 so với phương ngang. Tính chu kì dao động của con lắc trong trường hợp trên.
Câu 3 (2điểm). 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 
a. Tính số điểm đứng yên trên đoạn AB.
b. Hai điểm M1 và M2 trên đoạn AB cách trung điểm H của AB những đoạn lần lượt là và Tại thời điểm t1 vận tốc của M1 có giá trị đại số là Tính giá trị đại số của vận tốc của M2 tại thời điểm t1.
Câu 4 (2 điểm). Cho mạch điện như hình vẽ 3 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. 
•
•
R
L
C
K
A
B
M
N
1. Ban đầu khoá K đóng, điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn AM và MB lần lượt là: 
a. Tính hệ số công suất của đoạn mạch.
b. Viết biểu thức điện áp tức thời hai đầu điện trở R.
2. 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.
F
m
k
A
Câu 5 (2 điểm). Vật nặng có khối lượng m nằm trên một mặt phẳng nhẵn nằm ngang, được nối với một lò xo có độ cứng k, lò xo được gắn vào bức tường đứng tại điểm A như hình 2a. Từ một thời điểm nào đó, vật nặng bắt đầu chịu tác dụng của một lực không đổi F hướng theo trục lò xo như hình vẽ. Hãy tìm quãng đường mà vật nặng đi được và thời gian vật đi hết quãng đường ấy kể từ khi bắt đầu tác dụng lực cho đến khi vật dừng lại lần thứ nhất.
Câu 6 (2 điểm). Biểu thức của cường độ dòng điện qua một mạch dao động LC là Sau 1/8 chu kỳ dao động thì năng lượng từ trường của mạch lớn hơn năng lượng điện trường bao nhiêu lần? Sau thời gian bao nhiêu chu kỳ thì năng lượng từ trường lớn gấp 3 lần năng lượng điện trường của mạch?
A
X
Y
Z
B
A
C
Câu 7 (2 điểm). Cho ®o¹n m¹ch nh­ h×nh vÏ ,c¸c hép X,Y,Z mçi hép chØ chøa mét trong c¸c linh kiÖn: ®iÖn trë, cuén d©y, hoÆc tô ®iÖn. §Æt vµo hai ®Çu A,D mét hiÖu ®iÖn thÕ xoay chiÒu uAD=32sin 2pft V. Khi f=100Hz, thÊy hiÖu ®iÖn thÕ hiÖu dông. UAB=UBC=20V;UCD=16V;UBD=12V.C«ng suÊt tiªu thô cña m¹ch P=6,4w.Khi thay ®æi tÇn sè f th× sè chØ cña ampe kÕ gi¶m ®i. BiÕt RA»0. C¸c hép X, Y, Z chøa linh kiÖn g×? T×m c¸c gi¸ trÞ c¸c phÇn tö R,L,C trong ®ã (nÕu cã)?
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.
 a. Tính công thoát của kim loại dùng làm catốt.
 b. 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). Trong thí nghiệm của Y- âng về giao thoa ánh sáng: khoảng cách giữa hai khe hẹp S1, S2 là a = 0,2mm, khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn là D = 1m. Nguồn S phát ra ánh sáng trắng có bước sóng nằm trong khoảng từ 0,38m0,76m. 
a. 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.
b. Tại vị trí trên màn cách vân trung tâm 2,7cm có những bức xạ đơn sắc nào cho vân sáng trùng nhau.
Câu 10 (2 điểm). Cho một số dụng cụ: Bộ dụng cụ điện phân, nguồn điện, cân có bộ quả cân, ampe kế, đồng hồ bấm giây, các dây nối có điện trở không đáng kể.
	Hãy thiết lập cách bố trí thí nghiệm, trình bày phương án tiến hành thí nghiệm và tìm công thức để xác định độ lớn của điện tích nguyên tố.
HƯỚNG DẪN CHẤM
Câu
Nội dung
Điểm
1
Chọn mốc thế năng trùng vị trí ban đầu. Cơ năng lúc đầu: 
Cơ năng khối trụ khi đi được quãng đường x:
	- Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng : 
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ
2
K
Q
a
O
a
Ta có 
OK = , góc(OKQ) = 600
Þ DOKQ vuông tại O.
Þ P’ = OQ = Psin(600) 
Þ g’ = 5(m/s2).
Vậy, chu kì dao động của con lắc là: 
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ
3
a
b
Hai nguồn cùng pha thì trung điểm của AB là một điểm cực đại giao thoa
Trên đoạn AB có số điểm đứng yên là: điểm 
Pt dao động của M trên đoạn AB cách trung điểm H của AB một đoạn x: 
Từ pt dao động của M trên đoạn AB ta thấy hai điểm trên đoạn AB dao động cùng pha hoặc ngược pha, nên tỷ số li độ cũng chính là tỷ số vận tốc 
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ
4
a
b
I
U1
U2
D
Khi khoá K đóng, tụ C bị nối tắt. Áp dụng định lí hàm số cosin
Suy ra uAM trễ pha so với uAB nên:
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: 
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ
5
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. Khi đó, vị trí ban đầu của vật có tọa độ là x0. Tại vị trí cân bằng, lò xo bị biến dạng một lượng x0 và: 
Tại tọa độ x bât kỳ thì độ biến dạng của lò xo là (x–x0), nên hợp lực tác dụng lên vật là: Thay biểu thức của x0 vào, ta nhận được:
Trong đó . Nghiệm của phương trình này là: 
Như vậy vật dao động điều hòa với chu kỳ . 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:
Khi t=0 thì: 
F
m
k
O
x0
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:
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ
6
Sau thời gian t kể từ thời điểm t=0 thì năng lượng từ trường của mạch bằng:
Tổng năng lượng dao động của mạch:
Nên vào thời điểm t, năng lượng điện trường của mạch là:
Vì vậy, tỷ số giữa năng lượng từ trường và năng lượng điện trường bằng:
Vào thời điểm thì: 
Như vậy sau 1/8 chu kỳ thì năng lượng từ trường bằng năng lượng điện trường.
Khi năng lượng từ trường lớn gấp 3 năng lượng điện trường thì:
Từ đó suy ra: 
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ
7
Khi f thay đổi khác 100Hz thì I giảm à f=100Hz trong mạch xayra cộng hưởng (uAD cùng pha với i)à mạch AD chứa R;L;C
 Mà UAD=32V; UAB=20V; UBD=12V hay UAD=UAB +UBDà uAD;uAB và uBD là cùng pha và cùng pha với ià Hộp X chứa R
Đoạn mạch BD chứa r;L;C có cộng hưởngà 
Mà UBC>UCD Hộp Y chứa cuộn dây có trở thuần r;L
Hộp Z chứa tụ C
UR+Ur=UAD=32Và Ur=12V
P=(UR+Ur)IàI=6,4/32=0,2A
àR=100ôm; r=60ôm
ZL=Zc=80ômà L=2/5p (H); C=10-3/16p (F)
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ
8
a
b
+ Áp dụng phương trình Anhxtanh: 
=> A = 1,768.10-19J = 1,1eV 
+ Áp dụng phương trình Anhxtanh: 
=> 
+áp dụng định lý động năng 
=> thay số 
+ Khoảng vân: i = 3mm => thay số: 
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ
9
a
b
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
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 ()
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ
10
- Mắc mạch điện theo sơ đồ thông thường một mạch kín bao gồm:
Nguồn điện 
- Ampe kế - Bình điện phân. 	
- Dùng Ampe kế xác định dòng điện I chạy qua dung dịch điện phân. 
- Dùng đồng hồ đếm thời gian để xác định thời gian Δt mà dòng điện đi qua.
- Xác định khối lượng m của chất bám vào điện cực:
Bằng cách dùng cân để đo khối lượng m1 điện cực trước khi mắc vào mạch, sau đó đo khối lượng m2 của điện cực đó sau khi cho dòng điện đi qua chất điện phân và tính được khối lượng: m = m2 - m1 	 	(1)	
- Gọi n là hóa trị của chất. Số các nguyên tử xuất hiện ở điện cực:
 	 	(2)	
- Mặt khác: Gọi NA là số Avogadro, A là khối lượng mol của chất ta có:
Số các nguyên tử đó là: 	(3)	
- Từ (2) và (3) ta tìm được: 	(4)
0,5đ
0,5đ
0,5đ
0,5đ