Đề thi HSG môn Vật lý 12 có đáp án năm học 2019-2020 Sở GD&ĐT tỉnh Đaklak

Cho các dụng cụ sau: Một nguồn điện xoay chiều ổn định có điện áp hiệu dụng và tần số không đổi, một nguồn điện một chiều, một vôn kế một chiều, một ampe kế một chiều, một vôn kế nhiệt,[r]

SỞ GD&ĐT ĐAKLAK KỲ THI CHỌN HSG LỚP 12 THPT

NĂM HỌC 2019 -2020

Thời gian: 180 phút, không kể thời gian giao đề

(Đề thi có 02 trang)

Ngày thi: 25/9/2019

Câu 1 (4,0 điểm)

Thanh dẫn điện (chứa các điện tích tự do) có khối lượng m,

chiều dài l, được treo trong không khí nhờ hai lò xo giống nhau có

độ cứng k Thanh được đặt trong từ trường có cảm ứng tư B vuông

góc với mặt phẳng chứa vật dẫn và các lò xo như hình vẽ (H 1)

Người ta kéo thanh khỏi vị trí cân bằng trong mặt phẳng thẳng đứng

rồi buông nó ra Nối các đầu dây phía trên của hai lò xo vào hai cực

của một tụ điện có điện dung C Bỏ qua điện trở của thanh, dây nối

và các lò xo Hãy chứng minh thanh dao động điều hòa

Câu 2 (5,0 điểm)

Dùng một cái bơm xe đạp có thể tích trong của xi lanh thân bơm là V1 = 580 cm3 để bơm không khí vào một cái săm xe đạp có dung tích coi như không đổi và bằng V2 = 5800 cm3 Áp suất ban đầu của không khí có sẵn trong săm và bơm bằng áp suất khí quyển p0 = 105 N/m2 Cho rằng quá trình bơm là chậm, nhiệt

độ không khí không thay đổi

1 Lập biểu thức tính áp suất khí trong săm sau n lần bơm trong hai trường hợp:

a Nếu thể tích của vòi bơm là nhỏ, có thể bỏ qua được so với thể tích của thân bơm

b Nếu thể tích của vòi bơm là V3 = 11,6 cm3

2 So sánh áp suất khí trong săm trong hai trường hợp ở câu 1

3 Các dữ kiện được cho như ở câu 1b và nếu bơm, vòi bơm và săm xe đạp có độ bền rất lớn thì áp suất lớn nhất có thể đạt được trong săm xe đạp là bao nhiêu?

Câu 3 (4,0 điểm)

C

B



H 1

Cho mạch điện gồm điện trở thuần, cuộn cảm và

tụ điện mắc nối tiếp như trên hình vẽ (H 2), các giá trị

của R, r và L không đổi, tụ điện có điện dung thay đổi

được, vôn kế nhiệt có điện trở rất lớn Đặt vào hai đầu

mạch một điện áp xoay chiều uAB = U0cosωt(V), với U0

và ω không đổi Điều chỉnh điện dung của tụ điện đến

giá trị C = C0 sao cho khi đó dung kháng của tụ điện có giá trị bằng tổng trở của mạch Tiếp tục điều chỉnh điện dung của tụ điện thì thấy khi C = C1 số chỉ của vôn kế đạt giá trị cực đại Hãy tìm hệ thức liên hệ giữa

C0 và C1

Câu 4 (5,0 điểm)

Một điểm sáng S được đặt trên trục chính của một thấu kính hội tụ L và cách thấu kính 30 cm Thấu kính có tiêu cự f = 25 cm

1 Xác định vị trí, tính chất của ảnh S’ của S qua thấu kính

2 Đặt tại vị trí ảnh S’ của S (đã xác định ở câu 1) một gương lõm có tiêu cự fg = 42 cm cùng trục chính với thấu kính L, mặt phản xạ quay về phía S Thay thấu kính L bằng thấu kính L1 đặt cùng trục chính với gương Khi dịch chuyển L1 trong khoảng S và gương sao cho trục chính của L1 và gương luôn trùng nhau thì thấy có ba vị trí của L1 mà chùm sáng từ S sau khi qua thấu kính, gương và thấu kính lần thứ hai lại trở về S

a Xác định tiêu cự của thấu kính L1

b Tìm ba vị trí của thấu kính L1

Câu 5 (2,0 điểm)

Cho các dụng cụ sau: Một nguồn điện xoay chiều ổn định có điện áp hiệu dụng và tần số không đổi, một nguồn điện một chiều, một vôn kế một chiều, một ampe kế một chiều, một vôn kế nhiệt, một ampe kế nhiệt, một khóa K và các dây dẫn Bỏ qua điện trở của các ampe kế, các vôn kế có điện trở rất lớn Hãy thiết lập công thức, nêu cách bố trí thí nghiệm và nêu phương án tiến hành thí nghiệm để xác định độ tự cảm của một cuộn dây có điện trở

……… HẾT………

• Thí sinh không được sử dụng tài liệu

• Giám thị không giải thích gì thêm

Họ và tên thí sinh……….Số báo danh………

C

R L,r

ĐÁP ÁN CHẤM THI

Câu 1 (4,0 điểm)

Chọn trục Ox theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống, gọi O là vị trí cân bằng của thanh

Khi thanh dẫn điện chuyển động cắt các đường cảm ứng từ thì thanh dẫn điện trở thành nguồn điện có suất điện động

Suất điện động này tích điện cho tụ điện:

Vận tốc v của thanh dẫn điện biến thiên, tạo ra dòng điện chạy qua thanh dẫn:

q

t



 , với a là gia tốc của thanh

Dòng điện trong thanh dẫn điện bị từ trường tác dụng một lực:

2 2

dt

Khi thanh ở vị trí cân bằng lực tác dụng lên thanh là:

0 2

Khi thanh dẫn điện có li độ x thì lực tác dụng vào nó là:

2 2 0

F  kx B Camx   kx B Cx

 2 2  '' ''

2 2

2 2

k



'' 2

   với 2k2 2

Vậy thanh dao động điều hòa với tần số 

C

0

B



Hình 5

Câu 2 (5,0 điểm)

1 Lập biểu thức tính áp suất khí trong săm sau n lần bơm trong hai trường hợp: (3,75đ)

a Khi thể tích vòi bơm là nhỏ

- Sau lần bơm thứ nhất, áp suất không khí trong săm là p1 Quá trình là đẳng nhiệt nên:

p1V2 = p0(V1 + V2)

hay: 1

2

1 V

V

sau lần bơm thứ hai, áp suất không khí trong săm là p2, tương tự ta có:

p2V2 = p0(2V1 + V2)

hay: 1

2

1 2V

V

suy ra sau n lần bơm, áp suất khí trong săm là:

1

0

2

1

n

V

V

Áp dụng số: 6 0 1 580 0 1

n

p  p  n  p   

b Khi thể tích của vòi bơm là V 3 = 11,6 cm 3

- Sau lần bơm thứ nhất, áp suất không khí trong săm bây giờ là p1’:

Ta có: p1’(V2 + V3) = p0(V1 + V2 + V3)

Suy ra: ' 1

2 3



Gọi p2’ là áp suất không khí trong săm sau lần bơm thứ hai Khi bắt đầu bơm lần thứ hai thì lượng khí trong săm có thể tích V2 và áp suất là p1’; lượng khí trong thân bơm và vòi bơm có áp suất p0 và thể tích là

V1 + V3 Cuối quá trình bơm lần thứ hai thì lương khí trong săm và vòi bơm có cùng áp suất là p2’ còn thể tích là V2 + V3 Theo định luật Bôi Ma –ri -ốt, ta có:

p2’(V2 + V3) = p1’V2 + p0(V1 + V3)

thay biểu thức của p1’ ở trên vào:

'   1   1 2

Biến đổi, ta có:

Sau lần bơm thứ ba, áp suất khí trong bình là p3’:

p3’(V2 + V3) = p2’V2 + p0(V1 + V2)

Suy ra công thức tương tự như đối với p2’:

2

          

1

0

n n



           

Đại lượng trong dấu ngoặc là một cấp số nhân, có dạng:

1 1 1

1

n

q

 

   

Hay:

2 1

2 3

1

1

n

V

  

   

Thay vào biểu thức của pn’, ta có:

n

Hay: ' 0 1 50 1 0,998 n 0(51 50.0,998 )n

n

2 So sánh p n với p n’: (0,25đ)

Từ câu 1, ta thấy ngay: pn’ < pn

3 Áp suất lớn nhất có thể đạt được trong săm xe đạp: (1,0đ)

Áp suất lớn nhất có thể đạt được khi số lần bơm là rất lớn n → ∞; từ công thức tính pn’ suy ra:

  1

3

V

Câu 3 (4,0 điểm)

Liên hệ giữa C 0 và C 1

Theo giả thiết ta có:

  2 2

Z R r  Z LZ C = Z

Hay:   2 2 2

R r  Z Z Z Khi C thay đổi (tức thay đổi ZC) thì UC sẽ đạt được trị số cực đại, nếu ZC thỏa mãn diều kiện:

 2 2

Z Z  R r Z

Tức ta có:  2 2

1

Biến đổi hệ thức điều kiện:

Z Z  R r Z Z Z  Z Z Z  R r Z  Z Z Z

Suy ra: 2   2 2 2 2

Z Z  Z Z Z  R r  Z Z Z Z

Từ đó: Z Z C1 L2Z Z L C0  0 Z C1 2Z C0  0

1

2

C

Câu 4 (5,0 điểm)

H 2 V

C

R L,r

1 Xác định vị trí, tính chất của ảnh S’ của S qua thấu kính: (1,0đ)

Sơ đồ tạo ảnh: SLS'

Ta có: ' 30.25 150

30 25

df

d f

Vậy: Ảnh S’ của S là ảnh thật trên trục chính, cách thấu kính 150 cm

2 Khi đặt thêm gương cầu lóm và thay thấu kính L bởi thấu kính L 1: (4,0đ)

a Tính tiêu cự của thấu kính L 1 :

Sơ đồ tạo ảnh: 1 1

Để S3 trùng với S thì S2 phải trùng với S1, tức là ảnh của S1 cho bởi gương (tức là S2) lại

trùng với S1 Từ sự tạo ảnh qua gương cầu lõm, ta thấy ảnh qua gương trùng với vật khi hoặc là vật nằm tại tâm C của gương (tức là S1 phải nằm tại tâm C của gương), hoặc là vật nằm tại đỉnh của gương (tức là S1

Vậy thấu kính phải cho ảnh thật của S nằm tại tâm C của gương, hoặc nằm tại đỉnh của gương (tại S’)

Để vật thật tạo ảnh thật qua thấu kính, ta phải có tiêu cự không lớn hơn một phần tư khoảng cách vật ảnh

(vật màn):

'

1 1 4

d d

- Khi ảnh S1 nằm tại tâm C của gương, ta có:

d1 + d1’ = 150 + 30 – 2.42 = 96 cm

suy ra: 96 24

4

- Khi ảnh S1 nằm tại đỉnh gương thì: d1 + d1’ = 150 + 30 = 180 cm

Suy ra: 180 45

4

Vậy ta chọn: f 24cm

Khi f < 24 cm: ta có 4 vị trí của L1( hai vị trí ảnh nằm tại tâm gương và 2 vị trí ảnh nằm tại đỉnh gương) cho ảnh trùng với vật

Theo giả thiết có ba vị trí của L1, do đó hai trong bốn vị trí đã trùng nhau

Vậy có thể chọn f = 24 cm

b Ba vị trí của thấu kính L 1 :

- Khi ảnh S1 nằm tại tâm gương, d1 + d1’ = 96 cm => d1 = d1’ = 48 cm

- Khi S1 nằm tại đỉnh gương (trùng với ảnh S’): d1 + d1’ = 180 cm

'

180 4320 180 4320 0

f  d d d  d        

Phương trình cho nghiệm:

2 1

90 61, 482 1

d

a

d1 = 151,482 cm; d1 = 28,518 cm

Câu 5 (2,0 điểm)

Thiết lập công thức:

Ta có: Z L

L



 với

2 2

2 2 L = d

L d

Z r





(1)

xc mc

xc mc

L





Bố trí thí nghiệm như hình vẽ

L;r

A

V

Hình 6b

K

Hình 6a

L;r

xc

A

xc

V

K

- Mắc nối tiếp ampe kế điện động vào cuộn dây

- Mắc song song vôn kế điện động vào cuộn dây

- Mắc toàn bộ hệ thống trên vào nguồn điện xoay chiều

- Đóng khóa K ghi lại chỉ số cường độ dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều trên ampe kế và vôn kế Tiến hành lần lượt đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế ít nhất ba lần, sau đó lấy giá trị trung bình của ba lần đo và thay vào biểu thức (1)

- Mắc nối tiếp ampe kế một chiều vào cuộn dây

- Mắc song song vôn kế một chiều vào cuộn dây

- Mắc toàn bộ hệ thống trên vào nguồn điện một chiều

- Đóng khóa K ghi lại chỉ số cường độ dòng điện và hiệu điện thế xoay chiều trên ampe kế và vôn kế Tiến hành lần lượt đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế ít nhất ba lần, sau đó lấy giá trị trung bình của ba lần đo và thay vào biểu thức (1)

Website HOC247 cung cấp một môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thông minh, nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ năng sư phạm đến từ các trường Đại học và các trường chuyên

danh tiếng

I Luyện Thi Online

- Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ các Trường ĐH và THPT danh tiếng xây dựng các khóa luyện thi THPTQG các môn: Toán, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học và Sinh Học

- Luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán : Ôn thi HSG lớp 9 và luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán các trường

PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An và các trường Chuyên khác cùng TS.Trần Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo và Thầy Nguyễn Đức Tấn

II Khoá Học Nâng Cao và HSG

- Toán Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Toán Nâng Cao, Toán Chuyên dành cho các em HS THCS lớp 6,

7, 8, 9 yêu thích môn Toán phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập ở trường và đạt điểm tốt ở các kỳ thi HSG

- Bồi dưỡng HSG Toán: Bồi dưỡng 5 phân môn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học và Tổ Hợp dành cho

học sinh các khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam

Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn cùng đôi HLV đạt thành

tích cao HSG Quốc Gia

- HOC247 NET: Website hoc miễn phí các bài học theo chương trình SGK từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các môn

học với nội dung bài giảng chi tiết, sửa bài tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú và cộng đồng hỏi đáp sôi động nhất

- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp các Video bài giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa bài tập, sửa đề thi miễn phí

từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học và Tiếng Anh

Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai

Học mọi lúc, mọi nơi, mọi thiết bi – Tiết kiệm 90%

Học Toán Online cùng Chuyên Gia

HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video bài giảng miễn phí