Kỳ thi học sinh giỏi cấp tỉnh năm học 2015 - 2016 môn: Vật lí thời gian làm bài: 180 phút ( không tính thời gian giao đề )

SỞ GD&ĐT THANH HÓA
KỲ THI HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2015 - 2016
Môn: Vật Lí
Thời gian làm bài: 180 phút ( không tính thời gian giao đề )
I. MA TRẬN ĐỀ THI:
Nội dung
Số lượng câu hỏi
Điểm số
Động lực học vật rắn
01
1điểm
Dao động cơ 
02
2điểm
Sóng cơ 
02
2điểm
Dòng điện xoay chiều
01
1điểm
Dao động và sóng điện từ
01
1điểm
Sóng ánh sáng
01
1điểm
Lượng tử ánh sáng
01
1điểm
Tổng số :
10 câu
10điểm
II. ĐỀ BÀI:
Câu 1: (1điểm) Một thanh AB đồng chất khối lượng m được giữ nghiêng một góc α trên mặt sàn nằm ngang bằng một sợi dây nằm ngang BC nối đầu B của thanh với một bức tường đứng thẳng, đầu A của thanh tựa lên mặt sàn như hình vẽ 1. Hệ số ma sát giữa thanh và mặt sàn bằng 0,5.Tìm giá trị của α để thanh có thể cân bằng.
Câu 2: (1điểm) Một con lắc lò xo treo thẳng đứng đang dao động tự do, biết khoảng thời gian mỗi lần diễn ra lò xo bị nén và véctơ vận tốc, gia tốc cùng chiều trong mỗi chu kì đều bằng 0,1( s ); lấy g=10 m/s2. Xác định vận tốc cực đại của vật trong quá trình dao động.
Câu 3: (1điểm) Một lò xo được treo thẳng đứng có khối lượng không đáng kể, đầu dưới treo vật khối lượng m = 100g, lò xo có độ cứng k = 1(N/cm). Đưa vật ra khỏi vị trí cân bằng theo phương thẳng đứng tới vị trí lò xo dãn 6cm rồi cung cấp vận tốc 40cm/s hướng lên.Chọn gốc thời gian là lúc truyền vận tốc cho vật, gốc tọa độ là vị trí cân bằng , chiều dương hướng xuống. Lấy g = 10(m/s2) ; .Tính:
a. Quãng đường vật đi được trong 2,05s từ lúc vật dao động; tốc độ trung bình trong thời gian đó
b.Lực kéo và lực nén cực đại tác dụng lên giá treo .
Câu 4: (1điểm) Giao thoa sóng nước với hai nguồn giống hệt nhau A, B cách nhau 20cm có tần số 50Hz. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 1,5m/s. Trên mặt nước xét đường tròn tâm A, bán kính AB. Điểm trên đường tròn dao động với biên độ cực đại cách đường thẳng qua A, B một đoạn gần nhất là bao nhiêu ? 
Câu 5: (1điểm) Trên một sợi dây căng ngang đang có sóng dừng. Xét 3 điểm A, B, C với B là trung điểm của đoạn AC. Biết điểm bụng A cách điểm nút C gần nhất 20 cm. Khoảng thời gian ngắn nhất là giữa hai lần liên tiếp để điểm A có li độ bằng biên độ dao động của điểm B là 0,1 s ; tính tốc độ truyền sóng trên dây .
Câu 6: (1điểm)Cho mạch dao động như hình vẽ 2. bộ tụ điện gồm 2 tụ C giống nhau được cấp năng lượng W0 = 10-6J từ nguồn điện một chiều có suất điện động E = 4V. Chuyển K từ (1) sang (2). Cứ sau những khoảng thời gian như nhau 10-6s thì năng lượng điện trường trong tụ điện và năng lượng từ trường trong cuộn cảm bằng nhau.Lấy 
Xác định cường độ dòng điện cực đại trong cuộn dây.
Đóng kK1 vào lúc cường độ dòng điện cuộn dây đạt cực đại. Tính lại hiệu điện thế cực đại trên cuộn dây.
Câu 7: (1điểm) Cho mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 2/p (H), tụ điện có điện dung C = 1000/(8p) F , và điện trở có R biến thiên . Hiệu điện thế hai đầu mạch u = 240cos(100pt) (v). 
a.Xác định R để công suất của mạch bằng 144 w 
b.Tìm R để công suất tiêu thụ có giá trị cực đại , tính giá trị cực đại đó
Câu 8: (1điểm) Trong thí nghiệm I- âng về giao thoa ánh sáng , hai khe được chiếu đồng thời 3 bức xạ đơn sắc có bước sóng lần lượt : λ1 = 0,4μm , 
λ2 = 0,5μm , λ3 = 0,6μm . Trên màn quan sát ta hứng được hệ vân giao thoa , trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất cùng màu với vân sáng trung tâm ta quan sát được bao nhiêu vân sáng ?
Câu 9:(1điểm) Chiếu lần lượt 2 bức xạ có bước sóng = 0,3mm và tần số 
f2= 1,6.1015 Hz vào cùng một tấm kim loại thì thấy các quang electron bật ra có vận tốc ban đầu cực đại hơn kém nhau 2 lần. Tìm công thoát electron của kim loại đó.
Câu 10: (1điểm)
Chức năng của đồng hồ đa năng hiện số là gì? Trong chương trình vật lý lớp 11, nó được sử dụng trong những thí nghiệm thực hành nào? 
α
A
B
D
C
Hình 1
E
C1
C2
K1
k
(1)
L
(2)
Hình 2
III. ĐÁP ÁN – THANG ĐIỂM:
Câu
Hướng dẫn đáp án
Thang điểm
Câu 1: (1điểm)
Câu 2: (1điểm)
Câu 3: (1điểm) 
Câu 4: (1điểm) 
Câu 5: (1điểm) 
Câu 6: (1điểm) 
Câu 7: (1điểm) 
Câu 8: (1điểm) 
Câu 9: (1điểm) 
Câu 10: (1điểm) 
*Các lực tác dụng lên thanh AB là :
+trọng lực P (Đặt lên trung điểm của thanh AB).
+ lực ma sát Fms và phản lực N vuông góc với mặt sàn tại A.
+ lực căng T của sợi dây BC.
α
A
B
D
C
T
N
P
Fms
 - Áp dụng điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn cho thanh AB:
 (1)
 và tổng đại số các momen đối với trục quay đi qua A bằng không:
(
Hay: 	 T.AB.sinα - Pcosα = 0 
 (2)
- Chiếu (1) lên phương nằm ngang và phương thẳng đứng :
 Fms – T = 0 (3) 
 và - P + N = 0 (4)
- Từ điều kiện cân bằng của thanh ta có lực ma sát Fms phải là lực ma sát nghỉ, do đó ta có: Fms N 
 Từ (3) và (4) ta có: 
Chọn trục tọa độ thẳng đứng, chiều từ trên xuống, gốc tọa độ ở vị trí cân bằng của vật
+Lò xo chỉ bị nén khi vật chuyển động giữa hai vị trí -A và - tức là thời gian nén của lò xo trong một chu kì Dt < 
+ Véctơ vận tốc và gia tốc cùng chiều trong một chu kì khi vật đi từ -A về 0 hoặc từ A về 0 tức là khoảng thời gian mỗi lần diễn ra lò xo bị nén và véctơ vận tốc, gia tốc cùng chiều trong mỗi chu kì là :
	 => T= 0,4( s ) =>=5 (rad/s)
Và khi đó lò xo không biến dạng tại vị trí x0=
 => 
Do đó: 
a. Độ dãn lò xo lúc vật ở VTCB : Dl0 = =1cm
w = => T=0,2s
Khi lò xo dãn 6 cm vật có li độ x1 =4cm ; v1=-40 cm/s
Biên độ dao động: 
 Ta có : =2,05s=10T+T/4
*Trong 10T vật đi quãng đường S1=40A=320 cm
*Trong T/4 vật đi quãng đường S2
+ tại t1=0 : x1=4cm, v1 
+tại t2=t1+ T/4 : x2=-4cm ; v2<0 
=> S2= 4+4cm
*Quãng đường vật đi trong 2,05s
 S=S1+S2= 324+4cm 331cm.
Tốc độ trung bình trong 2,05s
Vtb=S/=161,43 cm/s.
b. Lực kéo cực đại khi lò xo bị dãn lớn nhất
Lực nén cực đại khi lò xo bị nén lớn nhất
A
B
M
H
+Bước sóng 
+Gọi M là điểm trên đường tròn dao động với biên độ cực đại cách đường thẳng qua A, B một đoạn gần nhất => M phải thuộc cực đại bậc cao nhất trong AB và gần B nhất.
 => M thuộc cực đại bậc 6
AM-BM=6=>BM=2cm
MH2=AM2-(AB-BH)2 =BM2-BH2
=> BH=0,1cm => MH1,997cm
+Chọn gốc tọa độ tại nút C
Ta có: AC=2CB=
+Gọi biên độ sóng tại bụng sóng là A
Theo đề ra uA=AB => 
+Khoảng thời gian ngắn nhất là giữa hai lần liên tiếp để điểm A có li độ bằng biên độ dao động của điểm B là: 
T/4= 0,1 s => T=0,4s
+Tốc độ truyền sóng trên dây : 
Năng lượng điện trường trong tụ điện và năng lượng từ trường trong cuộn cảm bằng nhau sau những khoảng thời gian T/4 hay 
Do C1 nt C2 và C1 = C2 nên C1 = C2 = 2Cb = 0,25.10-6F
a) Từ công thức năng lượng
b) Khi đóng k1, năng lượng trên các tụ điện bằng không, tụ C1 bị loại khỏi hệ dao động nhưng năng lượng không bị C1 mang theo, tức là năng lượng điện từ không đổi và bằng W0.
 Ta có: = 200W , = 80W 
Mặt khác P = I2R = 
 a. 
=> R = 40 W hoặc 360W 
Kết luận : Với R = 40 W hoặc 360W công suất tiêu thụ trên mạch bằng 144w
b. từ (1) Pmax khi và chỉ khi mẫu số cực tiểu. Áp dụng bất đẳng thức cosi cho mẫu số của (1) ta có Pmax khi R =120W và Pmax = 240w
Khi 3 vân sáng của 3 bức xạ trùng nhau ta có: 
 K1λ1 = K2λ2 = K3λ3 
 => 4K1 = 5K2 = 6K3 
vị trí trùng nhau đầu tiên của 3 bức xạ gần vân trung tâm nhất ứng với vân sáng bậc 15 của λ1 , bậc 12 của λ2 và bậc 10 của λ3
trong khoảng đó có 2 vị trí trùng nhau của 2 bức xạ λ1 và λ2 1 vị trí trùng nhau của 2 bức xạ λ2 và λ3 ; 4 vị trí trùng nhau của 2 bức xạ λ1 và λ3 
=>trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất cùng màu với vân sáng trung tâm ta quan sát được 
 N= (14+11+9) -2-1-4= 27 vân sáng
Theo hệ thức Anhxtanh ta có 
f1 = = 1015 Hz <f2 nên v2=2v1 
=> và 
 =>A = = 5,3.10-19 J.
* Chức năng của đồng hồ hiện số là dùng để do các đại lượng: U, I, R
* Trong chương trình vật lí lớp 11, nó được dùng trong các thí nghiệm thực hành:
 + Đo suất điện động và điện trở trong của nguồn điện.
 + Khảo sát đặc tính đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của tranzito.
 + Xác định thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất.
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
0,25 điểm
Sầm Sơn, ngày 12/12/2015
 Giáo viên ra đề
 Lê Thế Phương