Kì thi chọn học sinh giỏi tỉnh năm học 2015-2016 môn thi: Vật lí thời gian làm bài 180 phút (không kể thời gian phát đề)

Sở GD và DDT Thanh Hóa	KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH
Trường THCS và THPT Thống Nhất	 Năm học 2015-2016
	 Môn thi: Vật lí
	 Thời gian làm bài 180 phút (Không kể thời gian phát đề)
MA TRẬN ĐỀ KIỂM TRA HỌC SINH GIỎI TỈNH THANH HÓA
tt
Nội dung
Mức độ nhận thức
Nhận biết
Thông hiểu
Vận dụng thấp
Vận dụng cao
1
Động lực học vật rắn
Câu 7 (2đ)
2
Dao động cơ
Câu 1 a,b (1,5đ)
Câu 2 a(1đ)
Câu 1 c (0,5đ)
Câu 2 b (1đ)
Câu 10 (2đ)
3
Sóng cơ
Câu 3 (2đ)
4
Dao động và sóng điện từ
Câu 4 (2đ)
5
Dòng điện xoay chiều
Câu 5 (2đ)
Câu 8 (2đ)
6
Sóng ánh sáng
Câu 6 a (1đ)
Câu 6 b(1đ)
7
Lượng tử ánh sáng
Câu 9 (2đ)
Tổng điểm
Chiếm tỷ lệ
0
0%
0
0%
11,5đ
57,5%
8,5đ
42,5%
Sở GD và DDT Thanh Hóa	KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH
Trường THCS và THPT Thống Nhất	 Năm học 2015-2016
	 Môn thi: Vật lí
	 Thời gian làm bài 180 phút (Không kể thời gian phát đề)
 Đề này gồm 2 trang có tổng 10 câu
M
Hình 1
m
k
h
Câu 1 (2 điểm).
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 2 (2 điểm) 
Một con lắc đơn gồm dây treo dài gắn một đầu với vật có khối lượng m. Lấy g = 10(m/s2), p2 = 10.
a) Treo con lắc đơn trên vào một giá cố định trong trường trọng lực. Người ta kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng để dây treo lệch góc 0,02rad về bên phải, rồi truyền cho vật một vận tốc 4p(cm/s) về bên trái cho vật dao động điều hòa. Chọn hệ quy chiếu có gốc ở vị trí cân bằng, chiều dương hướng sang trái, chọn thời điểm ban đầu là lúc vật qua vị trí cân bằng lần đầu. Viết phương trình li độ góc của vật.
b) 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 (2 )
 Mức cường độ âm do nguồn S gây ra tại một điểm M là L; Cho nguồn S tiến lại gần M một khoảng D thì mức cường độ âm tăng thêm được 7dB.
a) Tính khoảng cách R từ S tới M biết D = 62m.
b
k
E
C1
C2
L
K
k
a
k
Hình 2
b) Biết mức cường độ âm tại M là 73dB, Hãy tính công suất của nguồn.
Câu 4. (2,0 điểm)
Cho mạch điện có sơ đồ như Hình 2 : Hai tụ C1 và C2 có cùng điện dung C; cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L; nguồn có suất điện động E, bỏ qua điện trở thuần của nguồn, dây nối, khoá K. Ban đầu khoá K ở chốt a, sau đó đóng sang chốt b. Hãy viết biểu thức của điện tích trên các bản tụ C1, C2 phụ thuộc vào thời gian khi đóng K sang chốt b. Chọn gốc thời gian lúc K đóng vào chốt b.
Câu 5. (2,0 điểm)
K
M
N
C0
A
D
R0
X
Hình 3
Cho mạch điện như Hình 3: A là ampekế nhiệt, điện trở R0 = 100W, X là hộp kín chứa 2 trong 3 phần tử (R, L, C) mắc nối tiếp. 
Đặt vào hai đầu M, N của mạch điện một điện áp xoay chiều có biểu thức :
uMN = 200cos2pft (V), tần số f thay đổi được. Bỏ qua điện trở ampekế, khoá K và dây nối.
 	a) Với f = 50Hz thì khi đóng K, ampekế chỉ 1A. Tính điện dung C0 của tụ điện.
 	b) Ngắt K, thay đổi tần số thì thấy khi f = 50Hz, ampekế chỉ giá trị cực đại và điện áp tức thời giữa hai đầu X lệch pha p/2 so với điện áp giữa 2 điểm M và D. Hỏi hộp X chứa những phần tử nào? Tính các giá trị của chúng.
Câu 6. (2,0 điểm) 
Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Y-âng, hai khe cách nhau a = 0,5mm, khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn D = 2m. Nguồn S phát ra đồng thời ba ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là = 0,4μm, = 0,5μm, = 0,6μm chiếu vào hai khe S1S2. Trên màn, ta thu được một trường giao thoa có bề rộng 20cm. 
a) Hỏi trên màn quan sát có tổng cộng bao nhiêu vân sáng cùng màu với vân sáng chính giữa của trường giao thoa?
b) Trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất cùng màu với màu vân trung tâm còn có bao nhiêu vân sáng nữa?
Câu 7. (2,0 điểm) 
Một thanh thẳng, đồng chất, tiết diện nhỏ, dài và có khối lượng M=3(kg). Thanh có thể quay trên mặt phẳng nằm ngang, quanh một trục cố định thẳng đứng đi qua trọng tâm của nó. Thanh đang đứng yên thì một viên đạn nhỏ có khối lượng m = 6(g) bay trong mặt phẳng nằm ngang chứa thanh và có phương vuông góc với thanh rồi cắm vào một đầu của thanh. Tốc độ góc của thanh ngay sau va chạm là 5(rad/s). Cho momen quán tính của thanh đối với trục quay trên là . Tính tốc độ của đạn ngay trước khi cắm vào thanh.
Câu 8. (2,0 điểm) 
Trên đoạn mạch xoay chiều không phân nhánh có bốn điểm theo đúng thứ tự A, M, N và B. Giữa hai điểm A và M chỉ có điện trở thuần, giữa hai điểm M và N chỉ có cuộn dây, giữa 2 điểm N và B chỉ có tụ điện. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp 175 V – 50 Hz thì điện áp hiệu dụng trên đoạn AM là 25 (V), trên đoạn MN là 25 (V) và trên đoạn NB là 175 (V). Tính hệ số công suất của toàn mạch ?
Câu 9. (2,0 điểm) 
Hai bản kim loại phẳng M, N đặt đối diện, song song cách nhau 4cm trong chân không. Cho công thoát của kim loại M là A = 2,5eV. Chiếu đến điểm O trên bản kim loại M một bức xạ có bước sóng= 0,3m. Cho các hằng số.
a) Tính vận tốc ban đầu cực đại của các quang êlectron bứt ra từ bản M.
b) Đặt giữa M và N một hiệu điện thế không đổi UMN = 4,55 V. Hỏi các quang êlectron có thể đến cách bản N một đoạn gần nhất là bao nhiêu.
Câu 10. (2,0 điểm)
Cho các dụng cụ sau:
Một đoạn dây mảnh đủ dài;
Một quả nặng 50g;
Thước đo chiều dài (độ chia tới mm);
Thước đo góc;
Đồng hồ bấm giây (độ chia tới 1/100 giây);
Giá thí nghiệm.
Yêu cầu: 
Trình bày cơ sở lí thuyết đo gia tốc rơi tự do tại nơi làm thí nghiệm.
Xây dựng phương án thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do.
Nêu các nguyên nhân sai số có thể mắc phải trong khi làm thí nghiệm.
Sở GD và DDT Thanh Hóa	KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH
Trường THCS và THPT Thống Nhất	 Năm học 2015-2016
	 Môn thi: Vật lí
ĐÁP ÁN HƯỚNG DẪN CHẤM
Câu
Ý
Lời giải
Điểm
Câu 1
2 điểm
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
0,25
c
Phản lực của M lên m là N thỏa mãn:
®
Để m không rời khỏi M thì Vậy 
0,25
0,25
Câu 2
2 điểm
a
Phương trình dao động của con lắc đơn theo li độ dài là: s = S0cos(wt + j).
+) = p (rad/s).
+) = 2(cm/s) Þ a0 = 0,02(rad)
+) Lúc t = 0 thì rad
Þ s = 2cos(pt - p/2) (cm).
Phương trình dao động theo li độ góc là: a = 0,02cos(pt - p/2) (rad).
0,25
0,25
0,25
0,25
b
Ta có 
K
Q
a
O
a
Xét DOKQ với OK = , góc(OKQ) = 600
Þ DOKQ vuông tại O.
Þ P’ = OQ = Psin(600) Þ g’ = 5(m/s2).
(Có thể áp dụng định lí hàm số cosin để tính P’)
Vậy, chu kì dao động của con lắc là: 
0,25
0,5
0,25
Câu 3
2 điểm
a
Gọi I là cường độ âm tại M, I’ là cường độ âm tại điểm gần hơn
Ta có: 
 I’= Do đó
với 
0,25
0,25
0,25
b
Ta có: L=10lg Với I0=10-12; L=73 nên 
Và P= 
0,5
0,25
0,5
Câu 4
2 điểm
Khi K đóng vào chốt a tụ C1 được tích điện đến điện tích 
q0 = CE và bản dương của tụ được nối với K.
- Khi đóng K vào chốt b, tụ C1 phóng điện vào trong mạch C2L, trong mạch có dòng điện . Dòng điện chạy qua cuộn dây, làm cho trong cuộn dây xuất hiện suất điện động tự cảm . Xét thời điểm tụ C1 đang phóng điện và suất điện động tự cảm đóng vai trò suất phản điện. Bỏ qua điện trở thuần của cuộn dây và dây nối.
 ec = u1 + u2
Tại nút b: q1- q2 = q0 q2 = q1- q0 thay vào phương trình trên ta được: 
- Phương trình này có nghiệm : 
0.25
0.25
0.5
0.5
0.5
Câu 5
2 điểm
1) a. Khi đóng K mạch điện thành : Ampeke chỉ 1A 
 ® I = 1A; ZND= W
 ® R20 + Z2C0 = 2002 Þ ZC0 = 100 (W) ® C0 = (F)
b) Khi K ngắt:
 trễ pha so với i một góc jMD . 
tgjMD= ® jMD = - 
Vậy jDN sớm pha 30 so với i ® X chứa RB và ZL
tgjDN= 
*CĐDĐ trong mạch cực đại nên khi đó xảy ra cộng hưởng :
ZL = ZC0 Û wL = Û w2LC0 = 1
 Þ L = (H)
 R = W
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
Câu 6
2 điểm
a
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.
0.25
0.25
0.25
0.25
b
Khoảng vân của các bức xạ tương ứng :
- Từ bảng trên ta thấy trong khoảng giữa hai vân gần nhau nhất cùng mầu vân trung tâm có: 14 vân sáng của bức xạ 1; 11 vân sáng của bức xạ 2; 9 vân sáng của bức xạ 3.
- Gọi n12 là số vân sáng của bức xạ 1 trùng số vân sáng của bức xạ 2 trong khoảng giữa hai vân gần nhau nhất cùng màu vân trung tâm : 
với các giá trị của k1, k2 thoả mãn 
 k1= 5, 10; k2 = 4, 8 n12 = 2 (vân)
- Gọi n13 là số vân sáng của bức xạ 1 trùng số vân sáng của bức xạ 3 trong khoảng giữa hai vân gần nhau nhất cùng màu vân trung tâm : 
với k1 các giá trị của k1, k2 thoả mãn
 k1 = 3, 6, 9, 12 : k3 = 2, 4, 6, 8 n13 = 4 vân
- Gọi n23 là số vân sáng của bức xạ 2 trùng số vân sáng của bức xạ 3 trong khoảng giữa hai vân gần nhau nhất cùng màu vân trung tâm : 
 với k2 < 12 các giá trị của k2, k3 thoả mãn 
 k2 = 6; k3 = 5 n23 = 1 (vân)
 số vân sáng trong khoảng giữa hai vân gần nhau nhất cùng màu vân trung tâm là N = 27 (vân).
0.25
0.25
0.25
0.25
Câu 7
2 điểm
+ Momen động lượng của hệ ngay trước va chạm: 
 (1)
+ Momen động lượng của hệ ngay sau va chạm:
+ Áp dụng định luật bảo toàn momen động lượng: L1 = L2
0,75
0,75
0,5
Câu 8
2 điểm
Vẽ mạch điện và vẽ giản đồ véc-tơ.
 1
0,5
0,25
 0,25
Câu 9
2 điểm
a
Vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron là 
 m/s
1.0
Câu 10
2 điểm
b
Chỉ xét các electron bay theo phương vuông góc của bản với vận tốc ban đầu cực đại
Gọi S là quãng đường đi được xa bản M nhất của các electron nói trên, áp dụng định lí động năng tính được 
Vậy các electron này đến bản N gần nhất cách N 1 đoạn là 
0,25
0,5
0,25
a
α
Cở sở lý thuyết :
* Tại li độ góc α nhỏ :
- Định luật II Niutơn: 
đặt 
 Ta có phương trình : 
 con lắc dao động điều hoà với chu kỳ: 
0.25
0.25
b
Chọn dây có chiều dài ℓ1 = 40cm. Mắc quả nặng vào đầu tự do của sợi dây treo trên giá đỡ để tạo thành con lắc đơn.
- Kéo quả nặng lệch khỏi phương thẳng đứng một góc nhỏ (50) rồi thả nhẹ.
-Đo thời gian con lắc thực hiện n dao động toàn phần (). Thực hiện lại phép đo trên với các giá trị khác nhau của α và ghi kết quả vào bảng :
m = 50g, ℓ1 = 40cm
α
t
T
g
α1 
t1 = ...
T1 = ...
g1 = ...
α2 
t2 = ...
T2 = ...
g2 = ...
α3 
t3 = ...
T3 = ...
g3 = ...
.
..
- Lặp lại các phép đo trên với sợi dây có chiều dài ℓ2 = 50cm, 
ℓ3 = 60cm rồi ghi vào bảng.
 Từ đó tính được g trung bình
0.25
0.5
0.25
c
Sai số có thể mắc phải trong khi đo :
- Sai số đo trực tiếp: đo góc, đo chiều dài, đo thời gian
- Sai số khi làm thí nghiệm con lắc dao động không phải trong mặt phẳng thẳng đứng.
- Do lực cản không khí, gió
- Sai số do dụng cụ đo.
0.5
Lưu ý: Học sinh làm cách khác đúng vẫn đạt điểm tối đa