Đề HSG môn vật lý lớp 12 năm học 2012 2013 sở GDĐT hà tĩnh vòng 2 hệ không chuyên file word có lời giải chi tiết

Nhờ một chiếc gậy, người ta tác dụng vào quả bi-a bán kính r, khối lượng m một xung lực nằm ngang cách mặt bàn bi-a một khoảng h nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua khối tâm của bi-a..

http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất 1

SỞ GD&ĐT HÀ TĨNH KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT

NĂM HỌC 2012-2013

ĐỀ CHÍNH THỨC ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 12- THPT-Vòng 2

Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian phát đề

( Đề gồm 02 trang)

Câu 1 (3 điểm)

Nhờ một chiếc gậy, người ta tác dụng vào quả bi-a (bán

kính r, khối lượng m) một xung lực nằm ngang cách mặt

bàn bi-a một khoảng h nằm trong mặt phẳng thẳng đứng

đi qua khối tâm của bi-a Biết momen quán tính của vật

đối với trục quay qua khối tâm là: 2 2

5mr

1 Hãy thiết lập hệ thức giữa vận tốc góc  và vận tốc

0

v của khối tâm quả bi-a Biết ban đầu bi-a đứng yên

2 Hãy nghiên cứu chuyển động của quả bi-a sau khi ngừng tác dụng trong các trường hợp sau:

a) 7

5

r

h

b) 7

5

r

h

c) 7

5

r

h

Câu 2 (4 điểm)

Một mô hình động cơ hơi nước đặt nằm ngang trên

mặt sàn nhẵn Tay quay OA có chiều dài r và quay

đều với tốc độ góc , điểm B luôn chuyển động

thẳng Thanh truyền AB dài bằng tay quay Coi

khối lượng của các bộ phận chuyển động rút về

thành 2 khối lượng m1 và m2 tập trung ở A và B, khối lượng của vỏ động cơ là m3

1 Cho rằng vỏ động cơ chỉ chuyển động ngang và ban đầu pit-tông ở vị trí xa nhất về bên trái Xác

định phương trình chuyển động của vỏ động cơ

2 Nếu động cơ được bắt vít xuống nền bằng bu-lông, tìm áp lực của động cơ lên nền và lực cắt ngang

bu-lông Bỏ qua lực căng ban đầu của bu-lông

Câu 3 (4 điểm)

Cho mạch điện như hình 3: u AB 80 2 cos100t V( ), L là cuộn dây cảm thuần có độ tự cảm 0, 4H

 tụ

điện C và điện trở R đều có thể thay đổi được

1 Cho Z C Z R L, R1 75 Chứng minh rằng:

a) i sớm pha R

2



so với u AB b) Khi Z C Z L thì U đạt cực đại Tính C U Cmax

2 Giữ nguyên C điều chỉnh R, chứng tỏ công suất tiêu

thụ PkR, k là hằng số không phụ thuộc vào R

3 Giữ RR1 Tìm C để u AB cùng pha với i

Câu 4 (4 điểm)

http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất 2

Một hạt tích điện bay vào một môi trường có lực cản tỉ lệ với độ lớn vận tốc hạt Đến khi dừng lại hạt

đã đi quãng đường L = 10cm (tính từ lúc đi vào môi trường) Nếu trong môi trường đó có đặt một từ trường đều vuông góc với vận tốc hạt thì với vận tốc ban đầu như trước hạt, sẽ dừng lại sau khi đi được đoạn đường l1 6cm Nếu cảm ứng từ giảm đi 2 lần thì hạt đi được quãng đường l bằng bao 2

nhiêu trước khi dừng lại?

Câu 5 (5 điểm)

Trong một xi-lanh cao, cách nhiệt đặt thẳng đứng, ở dưới pit-tông mảnh và nặng có một lượng khí lý tưởng đơn nguyên tử Ở bên trên pit-tông tại độ cao nào đó, người ta giữ vật nặng có khối lượng bằng khối lượng pit-tông Sau đó, người ta thả nhẹ vật nặng và nó rơi xuống pit-tông Sau va chạm tuyệt đối không đàn hồi của vật và pit-tông một thời gian, hệ chuyển về trạng thái cân bằng, tại đó pit-tông có cùng độ cao như lúc ban đầu Hỏi độ cao ban đầu của vật tính từ đáy xi-lanh bằng bao nhiêu lần độ cao của pit-tông? Biết bên trên pit-tông không có khí Bỏ qua mọi ma sát và trao đổi nhiệt

http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất 3

SỞ GD&ĐT HÀ TĨNH KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT

NĂM HỌC 2012-2013 HƯỚNG DẪN GIẢI ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 12- THPT

Câu 1 1 Định lý biến thiên động lượng và momen động lượng:

    P P 0 F t

   L0 L 0 OH F t .

Chiếu các phương trình vectơ trên lên trục:

Ox: mv0  F t

Oy: 2 2  

5mr  h r F t 

Từ đó: 2  

0

2

5mr  h r v

0 2

5

2

h r

v r

2 Ta có:

2

; 5



Trên trục Oy:

2

2 5

mr d

r mg dt

Nhiều trường hợp được xét tùy theo vận tốc trượt u của bi-a:

5

h r





a) Nếu 7

5

r

h khi đó u  0 F ms0 quả bi-a lúc đầu trượt với gia tốc hướng theo trục x, sau đó lăn không trượt vì  tăng

5

r

h  u quả bi-a lăn trượt

r

h   u F  F  mg lúc đầu quả bi-a trượt với gia tốc âm sau đó lăn không trượt

Câu 2 1 Xét tại thời điểm t góc quay của vật

BOA  t (hình 2a) Các bộ phận có khối

lượng m m có vận tốc lần lượt là 1, 2 v1 và v2

trong hệ quy chiếu gắn với vỏ Vỏ có vận tốc

3

v đối với sàn

Theo phương ngang hệ không chịu tác dụng của

ngoại lực nên bảo toàn động lượng:

m v3 3m v2( 2v3)m v1 1sintv 0

2 2 1 1

3

sin

m v m v t

v

m m m





  

  (1) với v1r,

http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất 4

2

cos

2d r t 2 sin



Thay (2) vào (1) ta có:  2 1

3

2m m rsin t v

m m m





 

  (3) Lấy nguyên hàm của (3):  2 1

2m m rcos t

m m m





Chọn x0 tại t0 ta có  2 1

2m m r C

m m m





  Vậy  2 1

m m r t

x

m m m





2 Xét cả hệ chỉ có v1 có thành phần vận tốc theo phương thẳng đứng: v y v1cos t  rcost,

Do đó áp lực của hệ đè lên sàn theo phương thẳng đứng là    1 

dt

N  m m m gm r t

Động lượng của hệ theo phương ngang khi vò được giữ đứng yên là

pm v2 2m v1 1sintm12m2r.sint

Do đó lực cắt ngang bulong là:   2

1 2 2 cos

dp

Câu 3 1 a) Xét đoạn mạch MB ta thấy i cùng pha với R u MB, i trễ pha L

2



so với u MB nên ta có giản đồ véc tơ bên

Chọn I làm trục chuẩn ta có u chậm pha C

2



so i AB, u MB sớm pha 1 so với i AB ta có:

AM

Ta có U AM I Z U C, MB I R R I Z L L và . ( )

C

I I

U  I Z  I  lại có

2

AM

U  I     

Mặt khác góc hợp bởi giữa U MB và U C là 2 1 1

2



    

  nên U MB vuông góc với U AB vậy i B

sớm pha hơn u AB góc

2



b) Chứng minh U C U Cmax.0

Xét

 1  2

C

ONP

 vì sin 2 L

c ns

I o

Vuông góc với U AB nên U Cmax

2



8 17

L L

Z



http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất 5

Vậy max 80.17 170

8

C

2 PI R R2 với MB

R

U I R

 Lại có tan L , tan 1 MB

MB R

Vì MB 1 nên L MB

R

I U

I  U

Vậy

2 4

L

U

Z

 

  

 

3 Để u AB và i cùng pha thì

sin C C sin

Mà sin cos 2 1 sin2 2 15

17

L C

L

R Z





Câu 4 Giả sử hạt mang điện tích dương và tại thời điểm t vận

tốc hạt là v

Theo bài hạt bay vào từ trường theo hướng vuông góc với từ0

trường nên trong từ trường hạt chịu tác dụng của các lực:

Lực cản: F C  kv ; Lực Loren: F qvxB

Từ hình vẽ ta có:     2 2 2

ma  kv  qvB

2

dt

2 2 2

k q B vdt mdv

    (vì v giảm dần) k2q B ds2 2  mdv

0

2 2 2 0

s

v

m v

k q B ds m dv s

k q B



Khi

2 2

2

k

2 2

0

B B s l

k q B

 Khi

2 2

2 2

0

4 :

k q B



Từ trên suy ra:

4

k q B k k q B

1

1

2

8,3 3

Ll



Câu 5 Khối lượng của vật là m1, của pit-tông là m m2( 1m2 m)00

Vận tốc của vật ngay sau khi va chạm được xác định từ các phương

trình:

2

1 2 1

2

v

m gh m (1)

http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi – tài liệu file word mới nhất 6

m v1 m1m v2 1 (2)

Định luật bảo toàn năng lượng của hệ sau va chạm và khi có cân

bằng mới:

v nRT  m m  m m h  nRT  m m h (3) hh1

Lại có p S1 m g1 (4); nRT1 p Sh1 1 (5)

p S2 m1m2g (6); nRT2  p Sh2 (7)0

Từ các phương trình trên thay vào phương tình (3) giải ra: h2 3h1

Vậy độ cao của vật bằng 4 lần độ cao của pít-tông