Đề thi học sinh giỏi lớp 12 năm học 2015 - 2016 môn: Vật lý thời gian làm bài: 180 phút (không kể thời gian giao đề)

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT HẬU LỘC 3
(Đề thi đề xuất)
 (Đề thi có 2 trang)
ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI LỚP 12
NĂM HỌC 2015 - 2016
MÔN: VẬT LÝ
Thời gian làm bài: 180 phút (Không kể thời gian giao đề)
Họ tên thí sinh: .....
Số báo danh: Phòng thi:
Cho biết: Tốc độ ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s; π = 3,14; e = 1,6.10-19 C; g = 10 m/s2. 
2
3
2
Câu 4 ( 3 điểm).
M
O
m2
m1
k
·
Một thanh mảnh, đồng chất có khối lượng chiều dài có thể quay không ma sát quanh trục O cố định nằm ngang đi qua đầu thanh. Từ vị trí thẳng đứng, đầu còn lại của thanh được thả ra và thanh đổ xuống (Hình 2). Khi tới vị trí thấp nhất thì thanh va chạm hoàn toàn đàn hồi với một vật nhỏ (coi như chất điểm) có khối lượng nằm trên mặt bàn. Cho gia tốc trọng trường . Mômen quán tính của thanh đối với trục quay qua O là . 
 a) Xác định tốc độ góc và gia tốc góc của thanh khi thanh có vị trí nằm ngang.
 b) Xác định các thành phần lực theo phương ngang và theo phương thẳng đứng mà trục quay tác dụng lên thanh khi thanh có vị trí nằm ngang. 
 c) Xác định vận tốc của vật m1 ngay sau va chạm.
 d) Vật m1 được gắn với qua một lò xo nhẹ có độ cứng . Xác định biên độ dao động của m1 và m2 sau va chạm. Bỏ qua mọi ma sát.
2
A
R
D
L
C
B
E
f=50Hz
~
U=100V
Câu 6 (2 điểm): Mạch điện có sơ đồ như hình vẽ. 
Cuộn dây thuần cảm L. Người ta thay đổi L và C để 
công suất mạch tuân theo biểu thức: .
a)Khi thì , dòng điện trong mạch cực đại.
Tính C và R.
b)Tính độ lệch pha giữa uAE và uBD khi Imax. Tìm liên hệ giữa R, C, L để I = K. Lúc đó độ lệch pha giữa uAE và uBD bằng bao nhiêu?
Câu 7 (2 điểm)
 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng, hai khe cách nhau a = 0,5 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn D = 2 m. Nguồn S phát ra đồng thời ba ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là = 0,4 , = 0,5 , = 0,6 chiếu vào hai khe S1S2. Trên màn, ta thu được một trường giao thoa có bề rộng 20 cm. Hỏi trên màn quan sát có tổng cộng bao nhiêu vân sáng cùng màu với vân sáng chính giữa của trường giao thoa?
Câu 8 ( 2 điểm)
 Một tế bào quang điện có công thoát electron của kim loại làm catode là 3,50 eV. Người ta đặt vào hai đầu anode (A) và catode (K) một điện áp xoay chiều , sau đó dùng ánh sáng hồ quang có bước sóng chiếu vào catode. Hỏi trong 1s sau khi đã chiếu ánh sáng, khoảng thời gian không có dòng quang điện chạy trong tế bào quang điện là bao nhiêu?
(Cho điện tích, khối lượng của electron là e = -1,6.10-19C, m = 9,1.10-31kg, vận tốc ánh sáng c = 3.108 m/s, hằng số Plăng h = 6,625.10-34 J.s)
E, r
C
L
k1
k2
C
Câu 9 (2 điểm)
 Cho mạch điện như hình vẽ, E = 4V, r = 4, hai tụ điện giống nhau cùng điện dung C, cuộn dây có độ tự cảm L = 10-4 H. Ban đầu cả hai khóa k1 và k2 đều đóng, trong mạch có dòng điện không đổi. Ngắt khóa k1 để có dao động điện từ tự do trong mạch với hiệu điện thế cực đại giữa hai đầu cuộn dây đúng bằng suất điện động E của nguồn. Bỏ qua điện trở thuần của cuộn dây, dây nối và các khóa k1, k2.
 a, Xác định điện dung C của mỗi tụ điện và điện tích cực đại của mỗi tụ điện trong quá trình dao động
 b, Khi năng lượng từ trường trong cuộn dây bằng năng lượng điện trường trên bộ tụ điện, ngắt k2. Xác định hiệu điện thế cực đại giữa hai đầu cuộn dây sau đó.
ĐÁP ÁN
Câu 1: 2 điểm 
Câu 2: 3 điểm
Câu 3: 2 điểm
Câu 4: 3 điểm
a
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho vị trí thẳng đứng và nằm ngang:
. Thay ta được:.
Phương trình động lực học cho chuyển động quay quanh O:. 
Thay và ta được: .
b
Định luật II Niutơn cho chuyển động tịnh tiến của thanh: 	(*)
Chiếu (*) lên phương ngang: 
Thay w ở phần a) vào ta được: .
Chiếu (*) lên phương thẳng đứng:
P
N
Nx
Ny
O
G
Thay g ở phần a) vào ta được : .
c
Bảo toàn cơ năng cho chuyển động của M từ đầu đến ngay trước va chạm với m1: 
Bảo toàn động năng trong va chạm: 
Bảo toàn mômen động lượng: 
Từ (1) và (2) ta được: 
d
Sau va chạm, khối tâm G của hệ (m1+m2) chuyển động với vận tốc VG mà: 
.
Trong HQC gắn với khối tâm G, vì hai vật có khối lượng bằng nhau nên ta có thể xem như dao động của m1, m2 là dao động của mỗi vật gắn với một lò xo có đầu G cố định và có độ cứng là k’=2k. 
Gọi A là biên độ dao động của mỗi vật, theo định luật bảo toàn cơ năng ta có:
Câu 5: 2 điểm
Câu 6: 2 điểm
a)+ Ta có : 
 + Khi (1)
 + Vì mạch RLC nối tiếp có Imax nên cộng hưởng xảy ra (2) 
Do đó : 
 +Từ (1) và (2), được : 
 + Mặt khác : , với nên 
b)+ Giản đồ véc tơ vẽ được : 
i
O
+Từ giản đồ véc tơ suy ra : 
Với : 
+Suy ra : 
+ Ta biết : nên khi I = K, ta suy ra : 
+Lúc này có: 
+Suy ra: 
Câu 7: 2 điểm
Màu sắc của vân trung tâm được tạo thành do sự chồng chập của ba ánh sáng đơn sắc .
Vậy toạ độ những vân sáng cùng màu vân trung tâm thoả mãn
 với 
 hay 
Bội số chung nhỏ nhất của các số này là với n là số nguyên
Vậy ta có bảng sau đây
n
1
2
3
4
........
k1
15
30
45
60
..........
k2
12
24
36
48
........
k3
10
20
30
40
.........
x (mm)
24
48
72
96
.........
Giá trị cực đại của x là 
Vậy ta thấy giá trị khả dĩ lớn nhất của n bằng 4
Vậy tổng số vân cùng màu vân trung tâm là N = 1 + 2.4 = 9 vân.
Câu 8: 2 điểm
- Giá trị hiệu điện thế hãm có độ lớn:
 ..
- Như vậy khi thì không có dòng quang điện ..........................................
- Suy ra, trong 1 chu kì (T=1/2 s) thời gian dòng quang điện bằng 0 là: T/3. ............
- Phân tích t = 1s =2.T, ta có thời gian dòng quang điện bằng 0 là 
Câu 9: 2 điểm
a
- Khi k1 chưa ngắt, dòng điện không đổi qua cuộn dây có 
và năng lượng từ trường trong cuộn dây khi đó .......................
- Sau khi ngắt k1, năng lương W chính là năng lượng điện từ trong quá trình dao động của mạch
Theo bài ra: Uo = E ........
Điện tích cực đại của mỗi tụ ......................................................
b
Khi năng lượng từ trường bằng năng lượng điện trường thì 
 ..................................................................................................................................................
Sau khi ngắt k2 thì mạch dao động gồm L và một tụ C với năng lượng điện từ 
 ........................................................................................................
Hay: .....................