Đề thi học sinh giỏi lớp 12 thpt đề thi môn: Vật lý thời gian: 180 phút, không kể thời gian giao đề

SỞ GD&ĐT THANH HOÁ
¾¾¾¾¾¾
ĐỀ CHÍNH THỨC
ĐỀ THI HSG LỚP 12 THPT 
ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 
Thời gian: 180 phút, không kể thời gian giao đề. 
Câu 1:(2,5 điểm) Một thanh AB đồng chất tiết diện đều, khối lượng m chiều dài l.
 Đặt thanh trên mặt phẳng ngang, ban đầu thanh nằm yên và dễ dàng 
quay quanh trục quay cố định đi qua trọng tâm G và vuông góc với mặt
 phẳng nằm ngang. Một hòn bi khối lượng m chuyển động vận tốc 
(theo phương nằm ngang và có hướng vuông góc với thanh AB) đập vào 
đầu A của thanh. Va chạm là hoàn toàn đàn hồi. Biết hệ số ma sát giữa 
thanh và mặt phẳng nằm ngang là . 
Tìm góc quay cực đại của thanh sau va chạm.
Câu 2 (3 điểm).
M
m
k
h
Một con lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng , lò xo nhẹ có độ cứng . Khi M đang ở vị trí cân bằng thì thả vật rơi từ độ cao so với M (Hình 1). Coi va chạm giữa m và M là hoàn toàn mềm. Sau va chạm, hệ M và m bắt đầu dao động điều hòa. Lấy . 
 a) Tính vận tốc của m ngay trước va chạm và vận tốc của hai vật ngay sau va chạm.
 b) Viết phương trình dao động của hệ (M+m). Chọn gốc thời gian là lúc va chạm, trục tọa độ Ox thẳng đứng hướng lên, gốc O là vị trí cân bằng của hệ sau va chạm.
 c) Tính biên độ dao động cực đại của hệ vật để trong quá trình dao động vật m không rời khỏi M.
Câu 3(2,5 điểm).
Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn kết hợp S1, S2 cách nhau 8cm dao động cùng pha với tần số . Điểm M trên mặt nước cách S1, S2 lần lượt những khoảng dao động với biên độ cực đại, giữa M và đường trung trực của AB có hai dãy cực đại khác.
 a) Tính tốc độ truyền sóng trên mặt nước.
 b) A là một điểm trên mặt nước sao cho tam giác AS1S2 vuông tại S1, . Tính số điểm dao động cực đại, cực tiểu trên đoạn AS2. 
 c) N là một điểm thuộc đường trung trực của đoạn thẳng S1S2 dao động ngược pha với hai nguồn. Tìm khoảng cách nhỏ nhất từ N đến đoạn thẳng S1S2.
(E, r)
L1
L2
C
R
K1
K2
Câu 4 (2,5 điểm). 	Cho mạch điện gồm: một điện trở thuần R, một tụ điện C, hai cuộn cảm thuần có độ tự cảm L1 = 2L, L2 = L và các khóa K1, K2 được mắc vào một nguồn điện không đổi (có suất điện động E, điện trở trong r = 0) như hình 4. Ban đầu K1 đóng, K2 ngắt. Sau khi dòng điện trong mạch ổn định, người ta đóng K2, đồng thời ngắt K1. Tính điện áp cực đại giữa hai bản tụ.
Câu 5 (2,5điểm). 
•
•
R
L
C
K
A
B
M
N
Hình 3
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. 
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 của 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.
Câu 6 (2,5 điểm)
Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, thực hiện đồng thời với hai bức xạ đơn sắc có bước sóng và , các khoảng vân tương ứng thu được trên màn quan sát là i1 = 0,48(mm) và i2. Hai điểm điểm A, B trên màn quan sát cách nhau 34,56(mm) và AB vuông góc với các vân giao thoa. Biết A và B là hai vị trí mà cả hai hệ vân đều cho vân sáng tại đó. Trên đoạn AB quan sát được 109 vân sáng trong đó có 19 vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm. Tìm i2.
 Câu 7. (2,5 điểm)
 Chiếu lần lượt hai bức xạ có bước sóng l1 = 0,555mm và l2 = 377nm vào một tấm kim loại có giới hạn quang điện l0 thì thấy vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron có độ lớn gấp đôi nhau.
 a. Tìm giới hạn quang điện l0 của kim loại đó.
 b. Chỉ chiếu bức xạ có bước sóng l1, tách từ chùm electron bắn ra một electron có vận tốc lớn nhất rồi cho nó bay từ A đến B trong điện trường đều mà hiệu điện thế UAB = -3V. Tìm vận tốc của electron khi đến B.
 Câu 7. (2 điểm)
Hãy trình bày một ý tưởng đo vận tốc nòng súng đại bác bằng phương pháp va chạm.
Khung ma trận đề
 Cấp độ
Tên chủ đề
(Nội dung, chương...)
Nhận biết
Thông hiểu
Vận dụng
Cộng
Cấp độ thấp
Cấp độ cao
Động lực học vật rắn
*
Số câu
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu :1
Số điểm: 2,5
Số câu: 1
điểm=12,5.%
Dao động cơ
*
*
Số câu
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu: 2/3
 Số điểm: 2
Số câu: 1/3
Số điểm:1
Số câu:1
điểm=15%
Giao thoa sóng
*
*
Số câu
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu: 2/3
 Số điểm: 1,5
Số câu: 1/3
Số điểm: 1
Số câu:1
điểm=12,5%
Sóng điện từ
*
Số câu
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu:1
Số điểm: 2,5
Số câu:1
điểm= 12,5.%
Điện xoay chiều mạch RLC không phân nhánh
*
*
Số câu
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu: 1/2
Số điểm:1,5
Số câu: 1/2
 Số điểm: 1
Số câu:1
điểm=12,5.%
Sóng ánh sáng
*
Số câu
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu: 1
Số điểm:2,5
Số câu:1
điểm=12,5.%
Lượng tử
*
*
Số câu
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu: 1/2
Số điểm:1,5
Số câu: 1/2
 Số điểm: 1
Số câu:1
điểm=12,5.%
Phương án thực hành
*
Số câu
Số điểm Tỉ lệ %
Số câu: 1
Số điểm: 2
Số câu:1
điểm = 10%
Tổng số câu
Tổng số điểm
Tỉ lệ %
Số câu:10/3
Số điểm: 9
42,5%
Số câu: 14/3
Số điểm:11
57,5%
Số câu: 8
Số điểm: 20
SỞ GD&ĐT THANH HOÁ
-----------------
ĐỀ HSG LỚP 12 THPT NĂM HỌC 
HƯỚNG DẪN CHẤM VÀ THANG ĐIỂM
MÔN: VẬT LÝ
Câu
Ý
Lời giải
Điểm
1
+ Sau khi vừa va chạm vật có vận tốc v, thanh có vận tốc góc .
+ Bảo toàn mô men động lượng: 
 mv0 = mv + 
 v0 = v + (1)
+ Bảo toàn năng lượng: mv02 = + mv2
 v02 = + v2 (2)
Từ (1) và (2) (3)
Áp dụng định lý động năng: - IG = Ams
3
(2đ)
a
Vận tốc của m ngay trước va chạm: 
Do va chạm hoàn toàn không đàn hồi nên sau va chạm hai vật có cùng vận tốc V
0,25
0,25
b
Tần số dao động của hệ:. Khi có thêm m thì lò xo bị nén thêm một đoạn:. Vậy VTCB mới của hệ nằm dưới VTCB ban đầu một đoạn 1cm
Tính A: (cm)
Tại t=0 ta có:
Vậy: 
0,25
0,25
0,25
0,5
c
Phản lực của M lên m là N thỏa mãn:
®
Để m không rời khỏi M thì Vậy 
0,25
0,5
3
(2đ)
a
Tại M sóng có biên độ cực đại nên: d1 – d2 = kl 
Giữa M và trung trực của AB có hai dãy cực đại khác ® k=3 
Từ đó , vận tốc truyền sóng: v = lf = 30 cm/s 
0,25
0,25
b
* Số điểm dao động cực đại trên đoạn AS2 là:
® Có 8 điểm dao động cực đại. 
* Số điểm dao động cực tiểu trên đoạn AS2 là:
® Có 8 điểm dao động cực tiểu. 
0,5
0,5
c
Giả sử , phương trình sóng tại N: 
Độ lệch pha giữa sóng tại N và tại nguồn: 
Để dao động tại N ngược pha với dao động tại nguồn thì 
Do d /2 /2 Þ k 2,16. Để dmin thì k=3.
Þdmin=
0,25
0,25
4
(2,5đ)
a
+K1 đóng, K2 ngắt, dòng điện ổn định qua L1: 
+ K1 ngắt, K2 đóng: Vì 2 cuộn dây mắc song song
u L1 = u L2 = uAB 
==> - 2L (i1 – I0) = Li2 
 2L (I0 – i1) =Li2 (1)	 
Ta có (2) 
IC = i1 – i2 UCmax IC = 0 i1 = i2 = i (3) 
Từ (2) và (3) 	 
Từ (1) 	 
0,5
1,0
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Tính hệ số công suất và viết biểu thức của điện áp hai đầu R (2,5điểm)
+ Khi khoá K đóng, tụ C bị nối tắt
+ Giản đồ véc tơ : 
- Áp dụng định lí hàm số cosin: hệ số công suất của 
I
U1
U2
UAB
đoạn mạch:
..
- Suy ra uAM trễ pha so với uAB nên:
Tính R; L (2,5điểm) 
+ 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
1,5
0,5
0,5
0,5
1,0
0,5
5
(2đ)
+ Số vân sáng của bức xạ trong vùng AB: 
+ Số vân sáng của bức xạ trong vùng AB: 
+ Số vân trùng của 2 hệ vân: N = N1 + N2 - Số vạch sáng quan sát được
Hay 19 
6
(1,5đ)
a
a. Tính l0
· (1)
 (Vì < ) (2)
· Từ (1) và (2): 
· Thay số 
0,5
0,5
0,5
b
0,25
0,25
7
Bµi 6 (2,0 ®iÓm):
+ §Æt toµn bé sóng vµ bÖ lªn mét ®­êng ray n»m ngang. Gäi a lµ gãc nghiªng cña nßng sóng so víi ph­¬ng n»m ngang, S lµ qu·ng ®­êng giËt lïi cña sóng, k lµ hÖ sè ma s¸t, V lµ vËn tèc giËt lïi, u0 lµ vËn tèc ®Çu nßng cña ®¹n, M lµ khèi l­îng sóng vµ bÖ, m lµ khèi l­îng cña ®¹n. Thùc hiÖn b¾n sóng ë chÕ ®é kh«ng giËt.
+ §Þnh luËt BT§L theo ph­¬ng ngang: 0 = MV – mu0cosa Þ u0 = MV/mcosa (1,0®)
+ §Þnh lÝ ®éng n¨ng: MV2/2 = FmsS = kMgS (0,5®)
+ KÕt hîp 
 BiÓu thøc nµy cho phÐp thùc nghiÖm vµ ®o ®¹c ®Ó x¸c ®Þnh vËn tèc ®Çu nßng u0 cña ®¹n. (0,5®)
----------------------HẾT-----------------------
Câu 2: Một thanh AB đồng chất tiết diện đều, khối lượng m chiều dài l.
 Đặt thanh trên mặt phẳng ngang, ban đầu thanh nằm yên và dễ dàng 
quay quanh trục quay cố định đi qua trọng tâm G và vuông góc với mặt
 phẳng nằm ngang. Một hòn bi khối lượng m chuyển động vận tốc 
(theo phương nằm ngang và có hướng vuông góc với thanh AB) đập vào 
đầu A của thanh. Va chạm là hoàn toàn đàn hồi. Biết hệ số ma sát giữa 
thanh và mặt phẳng nằm ngang là . Tìm góc quay cực đại của thanh sau 
va chạm (Hình 2a).
HD+ Sau khi vừa va chạm vật có vận tốc v, thanh có vận tốc góc .
+ Bảo toàn mô men động lượng: 
 mv0 = mv + 
 v0 = v + (1)
+ Bảo toàn năng lượng: mv02 = + mv2
 v02 = + v2 (2)
Từ (1) và (2) (3)
Áp dụng định lý động năng: - IG = Ams