Kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh Vật lí Lớp 12 - Năm học 2021-2022 - Sở GD&ĐT Lạng Sơn (Có hướng dẫn chấm)

Nội dung text: Kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh Vật lí Lớp 12 - Năm học 2021-2022 - Sở GD&ĐT Lạng Sơn (Có hướng dẫn chấm)

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LẠNG SƠN LỚP 12 NĂM HỌC 2021 - 2022 Môn thi: Vật lý lớp 12 THPT ĐỀ THI CHÍNH THỨC Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) (Đề thi gồm 02 trang, 05 câu) Câu 1 (5,0 điểm). Một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính L cho 1 một ảnh thật cao gấp 3 lần vật và cách vật 160cm. a) Tính tiêu cự f1 của thấu kính L1 và xác định vị trí ban đầu của vật AB. b) Đặt thêm thấu kính L2 có tiêu cự f2 10 cm sau thấu kính L1, đồng trục và cách thấu kính L1 một khoảng . Xác định để ảnh cuối cùng tạo bởi hệ thấu kính là ảnh thật. Câu 2 (5,0 điểm). Cho mạch điện như hình R C L vẽ. R là biến trở, tụ điện có điện dung 10 3 A M N B CF và cuộn dây thuần cảm có độ tự 5 1 cảm LH . Đặt vào hai đầu đoạn mạch AB một điện áp xoay chiều có biểu thức u 200 2 cos(100 t ) V . AB 3 1. Điều chỉnh R  50 . a) Viết biểu thức cường độ dòng điện trong mạch. b) Tính điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch MB. 2. Khi thay đổi giá trị của biến trở R để công suất tiêu thụ của mạch điện là 320W. Tính điện trở của biến trở khi đó. Câu 3 (4,0 điểm). Một lò xo nhẹ, có độ cứng k, đầu trên được giữ cố định, đầu dưới treo vật m. Ở vị trí cân bằng lò xo dãn 2,5cm. Kéo vật rời khỏi vị trí cân bằng theo phương thẳng đứng hướng xuống dưới một đoạn bằng 5cm rồi thả nhẹ cho vật dao động điều hòa. Chọn trục Ox theo phương thẳng đứng hướng xuống dưới, gốc O tại vị trí cân bằng, gốc thời gian là lúc thả vật. Bỏ qua mọi ma sát. Lấy g=10m/s2. a) Viết phương trình dao động của vật. b) Tính quãng đường vật đi được kể từ khi bắt đầu dao động đến khi vật đi qua vị trí vật có động năng bằng một nửa cơ năng của con lắc lần thứ 2021. c) Trong một chu kì, tính khoảng thời gian mà vận tốc và gia tốc của vật đồng thời thỏa mãn v 50cm / s; a 10m / s2 . Câu 4 (3,0 điểm). Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước có hai nguồn kết hợp A và B cách nhau 10cm, dao động theo phương thẳng đứng với phương trình uA = uB = 5cos(20πt) mm. Biết khoảng cách giữa hai điểm liên tiếp trên đoạn thẳng AB dao động với biên độ cực đại là 0,75cm. Coi biên độ sóng không đổi trong quá trình sóng truyền đi. 1
2. a) Tính tốc độ truyền sóng trên mặt nước. b) Hai đường thẳng 1 và 2 trên mặt nước, đều vuông góc với AB và nằm về một phía so với đường trung trực của AB sao cho trên có 7 điểm đứng yên và trên 2 có 3 điểm dao động với biên độ cực đại. Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng và 2. c) Trên mặt nước kẻ đường thẳng song song với AB và cách AB một khoảng bằng 3,5cm. N là điểm dao động với biên độ cực đại trên ; I là giao điểm của với đường trung trực của AB. Giữa N và I có một điểm dao động cực đại. Xác định khoảng cách từ N đến I. Câu 5 (3,0 điểm). 1. Mạch chọn sóng của một máy thu vô tuyến gồm cuộn dây có độ tự cảm L = 5mH và tụ điện có điện dung C. Tần số dao động riêng của mạch là 2MHz. Biết tốc độ truyền sóng điện từ trong không khí là c 3.108 m / s, lấy 2 10. a) Tính điện dung của tụ điện. b) Tính bước sóng của sóng điện từ mà mạch thu được. -6 2. Cho ba mạch dao động LC lí tưởng có cùng điện tích cực đại Q0 = 6.10 C, và có tần số dao động lần lượt là f1, f2 và f3. Biết rằng tại mọi thời điểm, điện tích và dòng điện q 2.q 1,5.q của các mạch dao động liên hệ với nhau bằng biểu thức 12 3 . Tại thời điểm t, i1 i 2 i 3 -6 -6 điện tích trên các tụ của các mạch dao động lần lượt là q1 = 2.10 C, q2 = 3.10 C và q3. Tính điện tích q3 khi đó. Hết Họ và tên thí sinh: Số báo danh: Chữ kí giám thị số 1 Chữ kí giám thị số 2: . 2
3. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LẠNG SƠN LỚP 12 NĂM HỌC 2021 – 2022 HƯỚNG DẪN CHẤM THI MÔN VẬT LÝ LỚP 12 THPT (Hướng dẫn chấm gồm 04 trang) Chú ý: Những cách giải khác HDC mà đúng thì cho điểm theo thang điểm đã định. Câu Nội dung Điểm Câu 1 ' a. Vì ảnh thật cao gấp 3 lần vật nên ta có: d11 3d (1) 0,5 (5,0đ) ' Theo đề d11 d 160cm (2) 0,5 ' Giải (1) và (2) tìm được: d11 40cm;d 120cm 0,5 ' d11 .d Tiêu cự của thấu kính L1 là: f ' 0,5 dd11 Thay số: f 30cm 0,5 b. Sơ đồ tạo ảnh: LL12 AB A1 B 1  A 2 B 2 0,5 '' d1 d 1 d 2 d 2 Ta có d2 120cm 0,5 ' d22 f ( 120)( 10) 1200 10 Vị trí ảnh A2B2: d2 0,5 d22 f 120 10 110 ' Để A2B2 là ảnh thật thì d02 0,5 Lập bảng xét dấu, ta được: 110cm 120cm 0,5 Câu 2 1.a (5,0) 11 Dung kháng của tụ: Z 50  0,5 C C 10 3 100 . 5 1 Cảm kháng của cuộn cảm: ZL  L 100 . 100  0,5 22 Tổng trở của đoạn mạch AB: Z R (ZLC Z ) 50 2  0,5 Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch: U 200 0,25 I 2 2 A Z 50 2 Độ lệch pha của uAB so với i; Z Z 100 50 tan LC 1 0,25 R 50 4 iu 3 4 12 0,25 Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là: 1
4. i 4cos(100 t )A 12 0,25 b. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch MB: 0,5 UMB Z L Z C .I Thay số: UMB 100 2 A 0,5 2. Theo đề: P 320W RU2  22320 R (ZLC Z ) R2002  320 0,5 R22 (100 50) Giải phương trình tìm được: R  100 hoặc R  25 1,0 Câu 3 a. 0,5 (4,0đ) Biên độ dao động: A=5cm kg Tần số góc:  0,25 m 0 Thay số:  20rad / s 0,25 Tại t=0, x=5 cm 5.cos 5 cos 1 0 0,25 Phương trình dao động của vật: x 5.cos(20t) cm 0,25 112 b. Vị trí động năng của vật bằng một nửa cơ năng: Wd W kA 24 0,25 1 1 1 W kA2 kx 2 kA 2 t 4 2 4 A2 x 2,5 2 cm 0,25 2 Quãng đường vật đi được kể từ khi bắt đầu dao động cho đến khi đi qua vị trí động năng bằng thế năng lần thứ 2021 là: 0,5 s 505.4A (A 2,5 2) Thay số: s 10101,47cm 0,5 c. vị trí vật có vận tốc v=50cm/s vv22 x2 A 2 x A 2 2,5 3cm 1122 0,25 Vị trí vật có gia tốc a 10m / s2 a Từ công thức: a 2 .x x 2,5cm 2 Vật có vận tốc v 50cm / s khi vật đi từ vị trí có li độ x 2,5 3cm đến vị trí có li độ x 2,5 3cm 0,25 Vật có gia tốc a 10m / s2 khi vật có li độ: 5cm x 2,5 cm 2
5. Trong một chu kỳ, thời gian vật có vận tốc v 50cm / s và gia tốc a 10m / s2 là: TT t=t1-t2= 0,25 6 12 Thay số: t 0,026(s) 0,25 120 Câu 4 a. (3,0đ) Bước sóng:  2.0,75 1,5cm 0,5  Tốc độ truyền sóng: v  .f  0,5 2 Thay số: v 15cm / s 0,5 b. Khoảng cách giữa hai đường thẳng 1 và 2.  3  0,25 2 4 4 Thay số: 1,125cm 0,25 c. N I A H O B N là cực đại giao thoa nên: NB NA k  (k Z) (1) 0,25 Giữa N và I có 1 cực đại giao thoa nên N nằm trên đường cực đại ứng với 0,25 k=2 (2) Từ (1) và (2): NB NA 2  3cm (OB x)2 OI 2 (OA x) 2 OI 2 3 với OH=NI=x (5 x)2 3,5 2 (5 x) 2 3,5 2 3 (3) 0,25 Giải phương trình (3): x 1,86cm 0,25 Câu 5 1.a (3,0đ) Điện dung của tụ điện 0,5 11 fC 2 LC 4 22 f L Thay số: C 1,25.10 12 F 0,5 c b. Bước sóng điện từ mà mạch thu được:  0,5 f Thay số:  150m 0,5 2. Với mạch dao động bất kỳ 3
6. q Qo cos( t ) Trong mạch dao động ta có: i q' Qo sin(  t ) i' Q22 c os(  t )  q o 0,25 Vì trong mạch dao động i vuông pha với q nên ta có: 2 2 2 2 i q i q 2 2 2 2 2 2 2 2 11  2 2 2 i q Qoo I IQQQo o o o q q'' i i q i2 2 q 2 I 2 Ta có đạo hàm của: ()' o i i2 i 2 i 2 22 22 Mà iq IQoo 2 2 1 2 2 2 Io Q o i Q o q q Q2 Vậy đạo hàm của: ()' o i Q22 q o 0,25 '' ' q12 2.q 1,5.q3 q 2.q 1,5.q Từ đạo hàm 2 vế 12 3 i i i i i i 1 2 3 1 2 3 0,25 QQQ22 2 1,5 2 1 2 1,5 o o o 222222 222222 QqQqQqo 1 o 2 o 3 QqQqQq o 1 o 2 o 3 6 Thay số:q3 4,66.10 C 0,25 Hết 4