CHỌN HSG TỈNH THỪA THIÊN HUẾ (LỚP 12 PT 08-09) + ĐÁP ÁN

Bài 1: 4 điểm Một hình trụ đặc bán kính R, khối lượng m1 = 20 kg có thể quay không ma sát quanh một trục cố định nằm ngang trùng với trục của hình trụ.. Bài 2: 3 điểm Một quả nặng nhỏ kh

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH THỪA THIÊN HUẾ KHỐI 12 THPT - NĂM HỌC 2008 - 2009

ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn : VẬT LÝ

Thời gian làm bài : 180 phút

Bài 1: (4 điểm)

Một hình trụ đặc bán kính R, khối lượng m1 = 20 kg có thể quay không ma

sát quanh một trục cố định nằm ngang trùng với trục của hình trụ Trên hình

trụ có quấn một sợi dây không giãn, khối lượng không đáng kể Đầu tự do của

dây có buộc một vật nặng m2 = 4 kg, như hình vẽ Tìm gia tốc của vật nặng và

lực căng của dây Biết moment quán tính của hình trụ đối với trục quay là

2

1

m R

I =

2 ; lấy g = 10 m/s2

Bài 2: (3 điểm)

Một quả nặng nhỏ khối lượng m, nằm trên mặt nằm ngang, được gắn với

một lò xo nhẹ có độ cứng k Đầu tự do của lò xo bắt đầu được nâng lên thẳng

đứng với vận tốc vr không đổi như hình vẽ Xác định độ giãn cực đại của lò xo

Bài 3: (3 điểm)

Một vòng dây tròn tâm O bán kính R, mang điện tích Q>0 được phân bố đều trên vòng dây

a, Xác định cường độ điện trường do điện tích trên dây gây ra tại điểm A trên trục xx’ (xx’ đi qua tâm O và vuông góc với mặt phẳng vòng dây) cách O một đoạn OA = x

b, Tại tâm O, đặt một điện tích điểm –q Ta kích thích để điện tích –q lệch khỏi O một đoạn nhỏ dọc theo trục xx’ Chứng tỏ điện tích –q dao động điều hòa và tìm chu kì của dao động đó Bỏ qua tác dụng của trọng lực và ma sát với môi trường

Bài 4: (3 điểm)

Một mạch dao động LC được nối với một bộ pin E có điện trở trong r

= 1Ω qua khoá K như hình vẽ Ban đầu K đóng Khi dòng điện đã ổn

định, người ta mở khoá K và trong mạch có dao động điện từ với tần số f

= 1MHz Biết rằng hiệu điện thế cực đại giữa hai bản tụ gấp n = 10 lần

suất điện động E của bộ pin Hãy tính L và C của mạch dao động

Bài 5: (3,5 điểm)

Cho đoạn mạch RLC không phân nhánh, cuộn dây L thuần cảm, điện trở của ampe kế rất nhỏ Đặt một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng UAB = 150 V không đổi vào hai đầu đoạn mạch, thì thấy hệ số công suất của đoạn mạch AN bằng 0,6

và hệ số công suất của đoạn mạch AB bằng 0,8

a,Tính các điện áp hiệu dụng UR, UL và UC, biết

đoạn mạch có tính dung kháng

b, Khi tần số dòng điện bằng 100 Hz thì thấy điện áp hai đầu đoạn mạch AB lệch pha π/2 so với điện áp giữa hai đầu đoạn NB và số chỉ của ampe kế là 2,5A Tính các giá trị của R, L, C

Bài 6: (3,5 điểm)

Cho hệ hai thấu kính L1 và L2 đặt đồng trục cách nhau l = 30 cm, có tiêu cự lần lượt là

f1 = 6 cm và f2 = - 3 cm Một vật sáng AB = 1 cm đặt vuông góc với trục chính, cách thấu kính L1 một khoảng d1, cho ảnh A’B’ tạo bởi hệ

a, Cho d1 = 15 cm Xác định vị trí, tính chất, và chiều cao của ảnh A’B’

b, Xác định d1 để khi hoán vị hai thấu kính, vị trí của ảnh A’B’ không đổi

- Hết -

O 1

2

m

m

v

A

L

K

C r

HƯỚNG DẪN CHẤM THI CHỌN HỌC SINH GIỎI

VẬT LÍ 12 PHỔ THÔNG - NĂM HỌC 2008 - 2009

1

(4đ)

- Do tác dụng của trọng lực P2 = m2g, hệ chuyển động :

hình trụ quay và vật nặng tịnh tiến đi xuống

- Gọi a là gia tốc dài của vật nặng, γ là gia tốc góc của hình trụ

Ta có:a = Rγ

- Áp dụng định luật II Newton cho vật nặng: m2g – T = m2a (1)

(với T là lực căng dây tác dụng lên vật nặng)

- Phương trình chuyển động quay của hình trụ : M = Iγ, với M = T’R = TR

(với T’ là lực căng của dây tác dụng lên hình trụ, T’ = T)

m R1 2

I =

2 , γ = a

R (2)

- Từ (1) và (2) ta có : a = 2

2m g 2m + m ; 2,86 (m/s2)

và T = m2(g – a) ; 286 (N)

0,5 0,5 0,5 0,75 1,0 0,75

2

(3đ)

- Lò xo bắt đầu nâng vật lên khi kx0 = mg (1), với x0 là

độ giãn của lò xo tại thời điểm vật bắt đầu rời mặt nằm

ngang

- Trong HQC chuyển động lên trên với vận tốc vr, tại

thời điểm vật bắt đầu rời mặt nằm ngang, vật chuyển

động xuống dưới với vận tốc vr

Gọi xM là độ giãn cực đại của lò xo Thế năng của vật

khi vừa rời khỏi mặt ngang là mg(xM - x0) Theo định

luật bảo toàn cơ năng:

2

M 0

mv + mg(x -x ) + =

- Từ (1) và (2) ta có: 2 2 2 2

kx - 2mgx - mv + k = 0 (*)

- Do xM > x0 nên nghiệm của phương trình (*) là đơn trị : M

x = + v

k k

Chú ý : HS có thể giải theo cách khác:

- Kể từ khi rời mặt ngang, vật dao động điều hoà quanh O (vị trí của vật ở

thời điểm này) Phương trình dao động: x = A.cos(ωt + ϕ), với ω = k

m

- Khi t = 0 → x = Acosϕ = 0

v = - Aωsinϕ

Ta có : A = −ωsinv ϕ = v mk

- Độ giãn cực đại của lò xo là : xM = x0 + A = mg + v m

0,5

1,0

0,5 1,0

-3

(3đ)

a- Chia dây thành những phần tử nhỏ có chiều dài dl mang điện tich dq Xét từng

0,25

v

x M

A

x 0

- Cường độ điện trường do dq gây ra tại A là: 1 2 2

k

= +

Thành phần cường độ điện trường dE1x dọc theo trục xx’:

dE = dE cosα =

R + x R + x = 2kx dq2 3/2 = kλ x dl2 2 3/2

(R + x ) (R + x ) ; với λ=Q/(2πR)

- Cường độ điện trường do vòng dây gây ra tại A là:

2 2 3/2

k x λ

(R + x )

k Q x (R + x )

-b- Khi điện tích –q ở vị trí O thì lực điện tác dụng lên nó bằng 0 Khi –q ở vị trí

M với OM = x, lực điện tác dụng lên –q: 2 2 3/2

-qkQx F= - qE = = mx

(R + x ) ′′

⇒ x + kQqx2 2 3/2 = 0

m(R + x )

′′

- Vì x<<R nên: 2 2 3 3

R (R + x ) ≈ ⇒

3

kQq

x + x = 0 mR

′′ (*) Đặt: 2

3

kQq

ω = mR

Chứng tỏ -q dao động điều hòa quanh vtcb O Với chu kỳ

3

mR

T = 2π

kQq

0,5

0,5

-0,5

0,5 0,5

4

(3đ)

- Khi dòng điện đã ổn định, cường độ dòng điện qua cuộn cảm là 0

E

I =

r Khi khoá K mở, trong mạch bắt đầu có dao động điện từ Năng lượng từ trường ở

cuộn cảm khi đó cũng là năng lượng điện từ toàn phần của mạch:

2 2

0 0

W = =

 

 ÷

 

- Trong quá trình dao động khi tụ điện đã tích điện đến hiệu điện thế cực đại

U0 thì dòng điện triệt tiêu, khi đó năng lượng điện từ của mạch cũng là năng

lượng điện trường của tụ:

2 0 0

CU

W =

2 ; do đó

2 2

0

E

CU = L

r

 

 ÷

 

- Theo bài ra: U0 = nE → 2 E 2

C(nE) = L

r

 

 ÷

  → L = Cn

2r2 (1)

- Tần số dao động của mạch : f = = 1 1

T 2π LC → LC = 12 2

4π f (2)

- Từ (1) và (2) ta có : C = 1

2πnrf = 15,9 (nF) ; L = nr

2πf = 1,59 (μH)

0,5

0,5 0,5 0,5 1,0

5

(3,5

đ)

a Tính U R , U L và U C

- Ta có: cos ϕAB = R

AB

U

U ⇒ UR = UAB.cos ϕAB = 120 (V)

- Lại có: cos ϕAN = R 2 R 2

+ ⇒ UL = 160 (V)

U =U +(U −U )

Thay số và giải phương trình ta có: UC = 250 (V) hoặc UC = 70 (V)

- Vì đoạn mạch có tính dung kháng, ZC > ZL ⇒ UC > UL, vậy UC = 250 (V)

-b Tính R, L, C.

* Dòng điện i lệch pha π/2 so với uc = uNB

0,5 0,5 0,5 0,5

- Theo giả thiết uAB lệch pha π/2 so với uNB

⇒ uAB cùng pha với i: trong mạch xảy ra cộng hưởng, khi đó:

+ Điện trở thuần: R = ZABmin = UAB

60

I = (Ω)

+ ZL = ZC → LC = 12 1024

4

−

=

- Mặt khác, theo câu 1, ta có:

cos ϕAB = AB

1 AB

U

Z

Từ đó: ZL1 = L

1

U 80

I = (Ω) ; L ω1 = 80 (2)

và ZC1 = C

1

U 125

I = (Ω) ;

1

1 125

C=

- Nhân (2) và (3) vế theo vế, ta có: L 4

10

- Giải (1) và (4) ta có: L = 1

2π (H) và C =

4

10 2

−

π (F).

0,25

0,25 0,25

0,25 0,25 0,25

6

(3,5

đ)

a, Ta có : 1

1 1

6d

d =

d -6

2

1

24d - 180

d =

2

1

60 - 8d

d = 3d - 22

- Khi d1 = 15 cm → d’2 = - 2,6 cm < 0 : A’B’ là ảnh ảo cách L2 một khoảng

2,6 cm

- Độ phóng đại: 1 2 2

k = = -

′

< 0 : ảnh A’B’ ngược chiều với AB, có độ lớn là A’B’ = 2/23 (cm)

-b, Khi hoán vị hai thấu kính: 1 2 1

d f -3d

d d = =

d - f d + 3

′

1

33d + 90

d = l - d =

d + 3

2

d f 2(11d + 30)

d = =

d - f 3d + 8

- Từ (1) và (2) ta có : 1

1

60 - 8d 3d - 22 = 1

1

2(11d + 30) 3d + 8 → 2

3d - 14d - 60 = 0 (*)

- Phương trình (*) có 01 nghiệm dương duy nhất là d1 = 7,37

Vây phải đặt vật AB cách thấu kính gần nó nhất một khoảng 7,37 cm.

0,5 0,5 0,5 0,5

-0,5 0,5 0,5