Đề thi HSG Vật lí 12 - Năm học 2023-2024 (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi HSG Vật lí 12 - Năm học 2023-2024 (Có đáp án)

1. TRƯỜNG THPT ......................... KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THPT NĂM HỌC 2023 – 2024 ĐỀ THI MÔN: VẬT LÍ 12 (Đề thi gồm 03 trang) Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Bài 1 ( 2,0 điểm): Cho một cơ hệ như hình vẽ bên, biết hai con lắc dao động trên hai mặt phẳng vuông góc, vật A có khối lượng 400 gam được treo bằng một sợi dây mảnh, không dãn, vật B có khối lượng 400 gam được treo bằng một lò xo nhẹ có độ cứng k = 100N/m, chiều dài tự nhiên 10 cm vào phía dưới vật A. Lò xo K1 có chiều dài tự nhiên 14cm, có độ cứng K1=200N/m, vật m1 có khối lượng 200g Bỏ qua lực cản của không khí, và ma sát giữa vật m1 và mặt sàn. lấy g = 10 m/s2 và lấy π2 = 10. 1. Ban đầu từ vị trị cân bằng của các vật nâng vật B lên theo phương thẳng đứng, và giữa vật m1 đến vị trí sao cho cả hai lò xo đều có chiều dài 9 cm rồi thả nhẹ. Chọn trục tọa độ Ox và OX được biểu diễn như hình vẽ, gốc O trùng với vị trí cân bằng của vật B và m1 , gốc thời gian là lúc thả vật. a.Viết phương trình dao động của B và m1 1 b. Tính hợp lực tác dụng lên điểm treo Q tại thời điểm t= (s) kể từ lúc hệ bắt đầu dao động. 15 2. Cho vật B ngừng dao động, đưa vật B đứng yên ở trạng thái cân bằng. Bắn một vật C có khối lượng 400 gam theo phương thẳng đứng đi lên va chạm vào vật B. Ngay trước khi va chạm, tốc độ của vật C là vC. Sau va chạm vật C dính chặt vào vật B. Tính giá trị lớn nhất của vC để sau va chạm, vật B và C dao động điều hòa ? Bài 2(1 điểm) Trên mặt nước có hai nguồn điểm S1 và S2 dao động theo phương thẳng đứng vớicùng phương trình: u1 = u2 = A.cos(100πt)(cm; s). Biết S1S2 = 7,2(cm), tốc độ truyền sóng trên mặt nước là v = 75(cm/s). a. Xác định số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn S1S2. b. Chọn hệ trục Oxy có gốc O trùng với S1, trục Ox có chiều từ S1 tới S2, trục Oy thuộc mặt nước. Gọi điểm M dao động với biên độ cực tiểu thuộc trục Oy. Xác định khoảng cách nhỏ nhất từ M đến S1S2
2. Bài 3(2 điểm ) V Cho đoạn mạch với R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 3  , R6 là một biến trở, nguồn điện có suất điện động  5,4V , tụ có C= 10 F , R1 R3 1. Nếu vôn kế có điện trở rất lớn. ,r a. Cho R6 = 1  thì vôn kế chỉ 3,6V. Tính r và điện tích của tụ? R6 C b. Xác định R6 để công suất trên R6 cực đại, tính công suất đó? 2. Nếu vôn kế có điện trở không quá lớn, cho R6 = 1  thì khi đó điện tích 3600 trên tụ là (C) . Tìm số chỉ vôn kế và công suất của nguồn. 151 R2 R4 Bài 4. (1,0 điểm) R5 Hai quả cầu kim loại nhỏ giống hệt nhau được treo vào chung một điểm bởi hai sợi dây nhẹ, không dãn, có cùng chiều dài l = 40 cm. Ban đầu hai quả cầu tiếp xúc với nhau. Tích cho mỗi quả cầu cùng điện tích q = 4.10-6 C thì thấy hai quả cầu đẩy nhau và khi cân bằng góc giữa hai dây treo là 90 0. Lấy gia tốc rơi tự do g = 10 m/s2. 1. Tìm khối lượng mỗi quả cầu. 2. Khi hai quả cầu đang ở vị trí cân bằng. Tính cường độ điện trường tổng hợp do hai quả cầu gây ra tại trung điểm của dây treo quả cầu. Bài 5: (1 điểm) Một nguồn sáng điểm S đặt trên quang trục chính của một thấu kính hội tụ tiêu cự f = 20 cm và cách thấu kính một đoạn 30 cm. a. Xác định vị trí, tính chất ảnh của S qua thấu kính, vẽ ảnh của S qua thấu kính theo đúng tỉ lệ. b. Từ vị trí trên cho thấu kính tịnh tiến dọc theo trục chính, rời xa S với vận tốc không đổi l cm/s. Tính quãng đường mà ảnh của S đi được trong thời gian 30s khi thấu kính dịch chuyển. Bài 6: (1 điểm) Hai dây dẫn dài, mỗi dây có điện trở R = r0 được uốn thành hai đường ray nằm trong mặt phẳng ngang như hình vẽ. Hai ray phía bên phải cách nhau l1 = 5l0 và nằm trong từ trường có cảm ứng từ B1 = 8B0, hướng từ dưới lên. Hai thanh ray bên trái cách nhau khoảng l2 = l1 = 5l0 và nằm trong từ trường B2=5B0, hướng từ trên xuống. Hai thanh kim loại nhẵn ab và cd có cùng điện trở r 0 được đặt nằm trên các ray như hình vẽ, mọi ma sát đều không đáng kể. Tác dụng một lực kéo để ab chuyển động sang phải với vận tốc đều v1 = 5v0. Tụ điện có điện dung C 2C 1. Khi đó cd cũng chịu tác dụng một ngoại lực và chuyển động sang trái với vận tốc đều v 2 = 4v0. Hãy tìm: a. Độ lớn ngoại lực tác dụng lên cd, biết lực này nằm trong mặt phẳng ngang.
3. b. Xác định điện tích của tụ Áp dụng l0 = 8cm, B0=0,2T, r0 =0,1  , v0=0, 5m/s 2. Nếu không có ngoại lực tác dụng vào cd, hãy xác định trạng thái động học của thanh cd và giải thích khi ab chuyển động với vận tốc như trên. Bài 7(1 điểm). Một xi lanh cách nhiệt hình trụ chiều cao h = 50cm, tiết diện S = 100cm2 đặt thẳng đứng, xi lanh được chia thành hai phần bằng một pittong cách nhiệt khối lượng m = 500g. Khí 0 trong hai phần cùng loại ở nhiệt độ 27 C và có khối lượng m2 = 3m1. Pittong cân bằng khi ở cách đáy dưới đoạn h2 = 0,6h. 1. Tính áp suất khí trong hai phần của xi lanh? Lấy g = 10m/s2. 2. Để pittong cách đều hai đáy xi lanh thì phải nung nóng khí phần nào đến nhiệt độ bao nhiêu? (biết phần còn lại giữ nguyên nhiệt độ). Bài 8. (1,0 điểm) Cho các dụng cụ sau: - một Vôn kế; - một Ampe kế; - một nguồn điện một chiều; - một điện trở RX; - khóa K và dây nối đủ dùng. Bằng các dụng cụ trên, hãy trình bày và giải thích một phương án thực nghiệm để xác định điện trở RX một cách chính xác nhất. --------- Hết --------- (Thí sinh không sử dụng tài liệu, cán bộ coi thi không giải thích gì thêm)