Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO GIA LAI ĐỀ CHÍNH THỨC KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LỚP 12 THPT, NĂM HỌC 2014 - 2015 Môn: VẬT LÝ Thời gian: 180 phút (không kể thời gian phát đề) Ngày thi: 20/01/2015 (Đề gồm trang) Câu (4 điểm) Con lắc lò xo gồm vật nặng m1  300(g) , độ cứng k  200(N/ m) đặt m2 thẳng đứng hình Khi m1 vị trí cân bằng, thả vật m2  200(g) rơi tự từ h độ cao h  3,75(cm) so với m1 để va chạm vào m1 Bỏ qua ma sát kích thước m1 vật Lấy g  10  m / s2  , va chạm mềm k Tính vận tốc hai vật sau va chạm Sau va chạm hai vật dao động điều hòa Chọn gốc thời gian lúc va chạm, gốc tọa độ O vị trí cân hai vật sau va chạm, trục Ox thẳng đứng, chiều Hình dương hướng lên Viết phương trình dao động vật Tính biên độ dao động cực đại hai vật để trình dao động m2 không rời khỏi m1 Bài (4 điểm) Có 2(g) khí Heli (coi khí lý tưởng đơn nguyên tử) thực chu trình biến đổi (1)  (2)  (3)  (4)  (1) mà đường biểu diễn hệ trục  Op;OT  hình Trong đó: (1) – (2) đoạn thẳng song song với trục OT ; (2) – (3) đoạn thẳng song song với trục Op ; p(Pa) (1) 2p0 p0 (3) (4) (3) – (4) đoạn thẳng song song với trục OT ; (4) – (1) đoạn thẳng kéo dài qua O Cho p0  2.105 (Pa) ; T0  300(K) ; He  4(g/ mol) ; R  8,31(J/ mol.K) (2) 2T0 T0 O T (K) Hình Tính thể tích nhiệt độ lượng khí trạng thái (4) Biểu diễn chu trình hệ trục  Op;OV  hệ trục  OV ;OT  (ghi rõ giá trị thông số trạng thái đồ thị số (lấy tới chữ số thập phân thứ năm)) Tính cơng mà khí thực giai đoạn biến đổi chu trình Bài (3 điểm) Cho đoạn mạch điện xoay chiều hình Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB điện áp xoay chiều uAB  U 2cos100 t (V ) A Biết R  80() , cuộn dây có r  20() , điện áp hiệu dụng hai đầu L; r R C N M B Hình đoạn mạch AN MB có giá trị UAN  300(V );UMB  60 (V ) ; uAN lệch pha với uMB góc 900 Tính điện áp hiệu dụng U hai đầu mạch AB? http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Tại thời điểm t, điện áp tức thời hai đầu tụ C 120 (V ) giảm điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch MB bao nhiêu? Bài (4 điểm) Cho hệ hai thấu kính (L1) (L2) có trục (L1 ) (L2 ) trùng nhau, cách khoảng O1O2 = l Biết (L1) thấu B kính hội tụ có tiêu cự f1  15(cm) Một vật phẳng nhỏ AB đặt vng góc với trục hai thấu kính A , trước thấu kính O1 O2 A (L1) cách (L1) khoảng AO1  d1 hình Gọi A2B2 ảnh cuối AB qua hệ hai thấu kính Hình Khi d1  20(cm) l  75(cm) A2B2 ngược chiều với vật vật Xác định tính chất tiêu cự (L2) Khi d1  20(cm) , tịnh tiến (L2) cho trục khơng đổi Xác định vị trí (L2) để A2B2 ảnh ảo cách (L2) 22,5(cm) Cố định (L1) tịnh tiến (L2) cho trục khơng đổi Tìm vị trí (L2) để A2B2 có độ phóng đại khơng phụ thuộc vào vị trí AB trước (L1) Xác định chiều độ cao A2B2 lúc Bài (3 điểm) Một dây dẫn cứng có điện trở khơng đáng kể, uốn B thành khung ABCD đặt mặt phẳng ngang Biết AB song song M A B CD cách khoảng l  40(cm) Hệ thống đặt từ trường B  0,5(T) phương vng góc với mặt phẳng khung, chiều v hướng lên hình Một dẫn MN = l điện trở R  0,4() C D N trượt khơng ma sát dọc theo hai cạnh AB, CD tiếp xúc với hai Hình cạnh Tính cơng suất học cần thiết để kéo MN trượt với vận tốc v  1,5(m/ s) dọc theo AB CD hình vẽ So sánh công suất với công suất tỏa nhiệt MN nêu nhận xét? Thanh trượt ngừng tác dụng lực kéo Tính qng đường thời gian trượt thêm từ lúc ngừng tác dụng lực đến lúc dừng lại? Biết khối lượng m  8(g) Bài (2 điểm) Cho số dụng cụ sau: - Một cuộn dây có điện trở r ; - Một nguồn điện xoay chiều có hiệu điện hiệu dụng U không đổi; - Một điện trở R biết giá trị; - Một vơn kế có điện trở lớn, dây nối có điện trở khơng đáng kể Sử dụng dụng cụ cho, trình bày phương án thí nghiệm để xác định cơng suất tiêu thụ cuộn dây trường hợp mạch kín gồm nguồn điện cuộn dây Vẽ sơ đồ thí nghiệm nêu cách tính http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 HƯỚNG DẪN CHẤM VÀ BIỂU ĐIỂM BÀI N I DUNG – LƯ C GIẢI 1/ Tính vận tốc hai vật sau va chạm ĐIỂM   1,0 Vận tốc vật m2 trước lúc va chạm m / s  0,866m / s Theo định luật bảo toàn động lượng vận tốc hai vật sau va chạm là: v0  2gh  2.10.20.102   m2   200  v   m/s  v0     200  300   m1  m2  m1g 0,3.10   0,015m  1,5cm k 200 Gọi O VTCB hệ hai vật sau va chạm  m  m2  g   0,3  0,2.10  0,025m  2,5cm l  k 200 Chọn gốc tọa độ O, gốc thời gian lúc m2 va chạm vào m1 Ta có Độ nén lò xo trước va chạm l0  m/s Phương trình dao động hệ hai vật có dạng x  A cos(t   ) x0  2,5  1,5  1(cm) ; v   Tần số góc:   0,5   2,0 2/ Viết phương trình dao động vật Bài (4,0 điểm) 0,5 k  20(rad / s) m1  m2 0,25 0,25 0,5 0,25  A  2(cm)  x  x0  A.cos  1(cm)  Khi t = :  =>   v  .A.sin  20 3cm / s   (rad ) 0,5  Vậy phương trình dao động x  2cos(20t  )(cm) 3/ Tính biên độ dao động cực đại hai vật để q trình dao động m2 khơng rời khỏi m1 0,25   1,0 - Trong trình dao động vật m2 ln chịu tác dụng hai lực + Trọng lực P2  m2g  + Phản lực N m1 tác dụng lên hướng lên 0,5 - Theo định luật II Niutơn ta có: P2  N  m2a , chiếu lên Ox ta http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 N  m2g  m2a  m2 x  N  m2g  m2 x  m2 (g   x) g 10 Điều kiện N  0; x  A  g   A   A    0,025(m)  2,5(cm)  20 Vậy Amax  2,5(cm) m2 khơng rời khỏi m1 0,5  = 1,5 Tính thể tích nhiệt độ lượng khí trạng thái Q trình (1)  (4) có đồ thị đường thẳng kéo dài qua gốc tọa độ nên trình đẳng tích Suy ra: V4 = V1 0,5 +Sử dụng phương trình C-M trạng thái (1): p1V1  m  m RT1  p1 RT1  V1  0,25 Thay số: m = 2(g);  = 4(g/mol); R = 8,31(J/mol.K); T1 = 300(K) p1 = 4.105(Pa) ta được: V1  Ta có: 2.8,31.300  3,11625.103 (m3 ) 4.4.10 0,25 p4 p1 p T   T4  T4 T1 p1 0,25 0,25 Thay số: T1 = 300(K); p1 = 4.105(Pa); p4=2.105(Pa) ta được: T4=150(K) 2/ Biểu diễn chu trình hệ Bài (4,0 điểm)  Op;OV  hệ OV ;OT  (1,5 điểm) + Quá trình (1)  (2) : đẳng áp, ta có: V2 V1   V2  2V1  6,23251.10 3 (m3 ) T2 T1 0,25 + Quá trình (2)  (3) : đẳng nhiệt, ta có: p3 V3  p2 V2  V3  2V2  12,465.103 (m3 ) 0,25 +Vẽ phía dưới: (Mỗi hình 0,5đ) V(103 m3 ) p(105 Pa) 2 3,1162 6,2325 Hình a 12,46500 V(103 m3 ) 1,0 6,23250 3,11625 12,46500 150 300 600 T (K) Hình b 3/ Tính cơng mà khí thực giai đoạn biến đổi chu trình A12  p1 (V2  V1 )  4.105 (6,2325.103  3,11625.103 )  12,465.102 ( J) http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word  = 1,0 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 A23  p2V2 ln V3  4.105.6,2325.10 3 ln2  17,28.102 ( J) V2 0,25 A34  p3 (V4  V3 )  2.105 (3,11625.103  12,465.103 )  18,6975.102 (J) 0,25 A41  q trình đẳng tích 0,25   2,0 Tìm điện áp hiệu dụng U hai đầu mạch AB Bài (3,0 điểm) R = 4r => UR = 4Ur UAN2= (UR + Ur)2 + UL2 => 25Ur2 + UL2 = 90000 (1) UMB2= Ur2 + (UL – UC)2= 10800 (2) U  UC UL U tanAN = = L ; tanMB = L ; UR  Ur 5Ur Ur uAN lệch pha với uMB góc 900 nên tanAN.tanMB =-1 U U  UC 5Ur2 25Ur4 L L = -1 => UL – UC = => (UL – UC )2 = (3) 5Ur Ur UL2 UL Thế (1) (3) vào (2) ta được: 25Ur4 Ur2 + = 10800 => Ur2 = 2700 => Ur  30 3(V) 90000  25Ur 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 UL2 = 90000 – 25Ur2 = 22500 => UL = 150(V) 0,25 Từ (3) suy ra: UC = 240(V) UC>UL 0,25 U2 = (UR + Ur)2 +(UL – UC)2 = 75600 => U  60 21(V)  275(V) 0,25 Cách Dùng giản đồ véctơ D uAN uL uL ur E O uMB  uC  uL  uR ,r C 0,5 u F uC Do R = 4r => UR = 4Ur => UR,r = 5Ur uAN lệch pha với uMB góc 900 nên OEF DCO U  UL U U 60 3 OE EF OF => = = => r = C = MBr = = UL 5Ur UAN 300 CD CO DO http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word 0,25 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 => UL = Ur 0,25 (UR + Ur)2 + UL2 = UAN2 => 25Ur2 + UL2 = 90000 25 Hay 25Ur2 + Ur = 90000 => Ur2 = 2700 => Ur  30 3(V) => UL = 150(V); UC = 240(V) => UR + Ur = 150 3(V) Do U2 = (UR + Ur)2 + (UL – UC)2 = 75600 => U = 275(V) Tính điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch MB tanMB  0,25 0,25 0,25 UL  UC      MB   (rad) uMB trễ pha so với i góc Ur 3 uC trễ pha so với i góc   uMB sớm pha so với uC góc uC  240 cos(100 t C )  120 giảm, suy ra: 100 t  C    1,0 0,25 0,25  0,25 Phương trình điện áp hai đầu đoạn mạch MB  0,25 uMB  60 6cos(100 t C  )  0(V )  = 1,5 Xác định tính chất tiêu cự (L2) Sơ đồ tạo ảnh AB  L1  / d1 ; f1 ; d A1B1  L2  d2 ; f2 ; d2/ A2B2 d f Ta có d1  20cm; d1/  1  60cm d1  f1 d f 15 f2 Do d2  l  d1/  15cm d2/  2  d2  f2 15  f2 Độ phóng đại ảnh A2B2 : k  Bài (4,0 điểm) A2B2 A2B2 A1B1 d/ d/ f2   (1)2  d1 d2 15  f2 AB A1B1 AB Vì ảnh ngược chiều vật nên k  1  f2  7,5cm Vậy (L2) thấu kính phân kì Xác định vị trí (L2) để A2B2 ảnh ảo cách (L2) 22,5(cm) Ta có d2  l  d1/  l  60 d2/  d2 f2 7,5(l  60)  d2  f2 l  60  7,5 Vì ảnh tạo thành ảnh ảo cách (L2) 22,5cm nên d2/  22,5cm  l  48,75cm Tìm vị trí (L2) để A2B2 có độ phóng đại khơng phụ thuộc vào vị trí AB trước (L1) Xác định chiều độ cao A2B2 Số phóng đại ảnh: k  A2B2 A2B2 A1B1 d/ d/   (1)2 d1 d2 AB A1B1 AB http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word 0,25 0,25 0,5 0,25 0,25   1,0 0,25 0,25 0,5   1,5 0,5 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 ld  lf  f d d1/ f d/ f2 d2  l  d1/  1 1  ;  d1  f1 d1 d1  f1 d2 d2  f2 f1 f2 Thay vào ta k  d1  l  f1  f2   f1 f2  lf1 Với Nhận xét: để k khơng phụ thuộc vào vị trí AB trước (L1) ta phải có l  f1  f2   l  f1  f2  7,5cm Lúc k  A2B2 chiều cao nửa vật AB Tính cơng suất so sánh với cơng suất tỏa nhiệt Bài (3,0 điểm) Khi MN chuyển động xuất suất điện động cảm ứng có độ lớn E  Bvl cực dương N, cực âm M E Bvl Cường độ dòng điện cảm ứng mạch có chiều từ MN, có độ lớn I   R R Khi lực từ tác dụng lên MN hướng ngược chiều với vận tốc v có độ lớn: B2 l 2v Ft  BIl  R Do chuyển động nên lực kéo tác dụng lên phải cân với lực từ Vì cơng suất học (công suất lực kéo) xác định: B2l 2v P  Fv  Ft v   0,225(W) R B2l 2v 2 Công suất tỏa nhiệt MN: Pn  I R  R Công suất công suất học để kéo Như tồn cơng học sinh chuyển hoàn toàn thành nhiệt (thanh chuyển động nên động khơng tăng), điều phù hợp với định luật bảo tồn lượng Tính quãng đường thời gian * Tính quãng đường: Sau ngừng tác dụng lực, chịu tác dụng lực từ Độ lớn trung bình F B2 l 2v lực là: F  t  2R Giả sử sau trượt thêm đoạn đường s cơng lực từ là: B2l 2v A  Fs   s 2R Động trước ngừng tác dụng lực là: Wđ  mv B2l 2v Áp dụng định lý động : Wđ  A   Wđ  A hay mv  s 2R mvR Từ s  2  0,12(m)  12(cm) Bl * Tính thời gian: m.v 2mR  22 Áp dụng phương trình: F t  p  F t  m.v  t  Bl F http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word 0,5 0,5  = 1,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25   1,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Thay số : t  0,16(s) 0,25  = 2,0 Thiết kế phương án thí nghiệm tính tốn 1) Thiết lập mạch điện, phương án tiến hành thí nghiệm - Mắc mạch điện theo sơ đồ hình vẽ R L; r L; r i i u   u   Bài (2,0 điểm) 0,5 / Hình Hình - Dùng vôn kế đo hiệu điện hiệu dụng UR hai đầu R ; Ud hai đầu cuộn dây; U hai đầu mạch - Xác định công suất cuộn dây theo R;UR ;Ud ;U 2) Lập công thức xác định công suất cuộn dây a) Đối với mạch mắc nối tiếp R với cuộn dây: U UR U Ta có I  R  Zd  d  d (1) R I UR U2  UR2  Ud2 Mặt khác U = U R  U d  U  U  U  2URUd cosd  cosd  2URUd b) Đối với mạch có cuộn dây: UU R U hay I /  Ta xác định cường độ hiệu dụng qua cuộn dây: I /  (3) Zd RU d 2 R d 0,25 0,5 (2) 0,25 Công suất cuộn dây tính: P =UI / cosd Từ (2) (3) ta có: UUR U2  UR2  Ud2 U2 P  U  U2  UR2  Ud2   RUd 2URUd 2RUd 0,5 Học sinh trình bày phương án thí nghiệm khác Nếu hợp lí cho điểm tối đa http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word ... để A 2B2 có độ phóng đại khơng phụ thuộc vào vị trí AB trước (L1) Xác định chiều độ cao A 2B2 Số phóng đại ảnh: k  A 2B2 A 2B2 A 1B1 d/ d/   (1)2 d1 d2 AB A 1B1 AB http://dethithpt.com – Website... A 2B2 : k  B i (4,0 điểm) A 2B2 A 2B2 A 1B1 d/ d/ f2   (1)2  d1 d2 15  f2 AB A 1B1 AB Vì ảnh ngược chiều vật nên k  1  f2  7,5cm Vậy (L2) thấu kính phân kì Xác định vị trí (L2) để A 2B2 ... cách tính http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 HƯỚNG DẪN CHẤM VÀ BIỂU ĐIỂM B I N I DUNG – LƯ C