Đề và đáp án thi học sinh giỏi Vật lí 12 (Vòng 1) - Năm học 2012-2013 - Sở GD & ĐT Quảng Bình

SỞ GD&ĐT QUẢNG BÌNH
ĐỀ THI CHÍNH THỨC
Số báo danh:.............
KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TĨNH LỚP 12 THPT 
NĂM HỌC 2012 - 2013
Môn: VẬT LÍ –Vòng 1
Khóa ngày: 11/10/2012
Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề)
V(l)
T(K)
O
1
2
3
V1
V3
Hình cho câu 2
T1
T2
T3
O
a
A
B
R
Hình cho câu 1
Câu 1(2,0 điểm): Trên mặt bàn nằm ngang có một khối bán trụ cố định có bán kính R. Trong mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với trục O của bán trụ (mặt phẳng hình vẽ) có một thanh đồng chất AB chiều dài bằng R tựa đầu A lên bán trụ, đầu B ở trên mặt bàn. Trọng lượng của thanh là P. Bỏ qua ma sát giữa bán trụ và thanh. Hệ số ma sát giữa thanh và mặt bàn là k= 
 Góc a (góc hợp bởi thanh AB và mặt bàn) phải thõa mãn điều kiện gì để thanh ở trạng thái cân bằng? 
Câu 2 (2,0 điểm): Một mol khí lí tưởng thực hiện chu trình 
1-2-3-1 như hình vẽ. Biết T1 = 300K; T3 = 675K; V3 = 5lít; R = 8,31J/mol.K; các điểm 1 và 3 cùng nằm trên một Parabol có đỉnh là tọa độ. 
Tính công sinh ra trong cả chu trình.
B
C1
C2
R1
R2
R3
A
M
N
K
E, r
Hình cho câu 3
Câu 3 (2,0 điểm): Cho mạch điện như hình vẽ: E = 6V, 
r = R3 = 0,5, R1= 3, R2 = 2, C1 = C2 = 0,2 F, độ lớn điện tích electron e = 1,6.10-19C. Bỏ qua điện trở các dây nối.
a) Tìm số electron dịch chuyển qua khóa K và chiều dịch chuyển của chúng khi khóa K từ mở chuyển sang đóng?
b) Thay khóa K bằng tụ C3 = 0,4 F. Tìm điện tích trên tụ C3 trong các trường hợp sau:
- Thay tụ C3 khi K đang mở.
- Thay tụ C3 khi K đang đóng
Câu 4 (2,0 điểm): Một điểm sáng S chuyển động theo vòng tròn với vận tốc có độ lớn không đổi v0 xung quanh trục chính của thấu kính hội tụ ở trong mặt phẳng vuông góc với trục chính và cách thấu kính một khoảng d = 1,5f (f là tiêu cự của thấu kính). Hãy xác định :
a) Vị trí đặt màn để quan sát được ảnh của S. 
b) Độ lớn và hướng vận tốc ảnh của điểm sáng S.
P, V
P, V
Hình cho câu 5
Câu 5 (2,0 điểm): Một pittong khối lượng m có thể trượt không ma sát trong một xilanh đặt nằm ngang. Ban đầu pittong ngăn xilanh thành hai phần bằng nhau chứa cùng một lượng khí lý tưởng dưới áp suất P, chiều dài mỗi ngăn là d, tiết diện của pittong là S. Pittong hoàn toàn kín để khí ở hai ngăn không trộn lẫn vào nhau. Dời pittong một đoạn nhỏ rồi thả ra không vận tốc đầu. Coi quá trình biến đổi khí trong xilanh là đẳng nhiệt.
 Chứng minh rằng pittong dao động điều hòa. Tìm chu kì của dao động đó.
. Hết
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG BÌNH
KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TĨNH LỚP 12 THPT 
NĂM HỌC 2012 – 2013
Môn: VẬT LÍ – Vòng 1
HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ CHÍNH THỨC
Câu
Nội dung
Điểm
Câu 1
(2,0 đ)
y
a
A
B
R
x
O
 Thanh chÞu träng l­îng P, ph¶n lùc N cña b¸n trôc ë A vu«ng gãc víi mÆt trô (®i qua 0). Ph¶n lùc toàn phần Q cña mÆt bµn xiªn gãc víi ph­¬ng ngang v× cã ma s¸t, trong ®ã:
 ; trong ®ã lµ lùc ma s¸t.
Ba lùc c©n b»ng, vËy giao ®iÓm cña ph¶i ë trªn gi¸ cña.
 Ta cã: (1) 
 ChiÕu (1) xuèng ox ta cã: Ncosa = F ; (2)
 ChiÕu (1) xuèng oy : Nsina + QN = P ; (3) 
Tam gi¸c OAB lµ c©n nªn gãc = 2a
 LÊy mo men ®èi víi B : P; (4) .. 
 MÆt kh¸c : ; (5) .. Ta cã 4 ph­¬ng tr×nh cho 4 Èn N; QN; F vµ a. Tõ (4) cã:
. Thay vµo (2) nhËn ®­îc:
 ; (6)
 Thay vµo (3) thu ®­îc: QN = P - Nsina = (7) 
 Thay (6) vµ (7) vµo (5) cã:
 . Suy ra: tga ; hay a 
 MÆt kh¸c, dÔ thÊy r»ng vÞ trÝ cña thanh khi ®Çu A cña thanh lµ tiÕp ®iÓm víi b¸n trô thì thanh t¹o víi mÆt ngang víi mét gãc giíi h¹n a = 450.. VËy tr¹ng th¸i c©n b»ng cña thanh øng víi gãc a thõa m·n ®iÒu kiÖn:
 .
 0,25
 0,5
 0,25
 0,25
0,25
 0,5
Câu 2
(2,0 đ)
ë tr¹ng th¸i 3: .
V× T1=V12 vµ T3= V32 nªn: 
 Suy ra ; .105 N/m2	
O
P3
V
P2
V1
V3
1
3
2
P1
 Ph­¬ng tr×nh cña ®o¹n 1-3 trong hÖ täa ®é (P,V) nh­ sau: Tõ P.V=RT=RV2 Suy ra P=RV nªn ®o¹n 1-3 trong hÖ (P,V) lµ ®o¹n th¼ng đi qua góc tọa độ. ..
 C«ng sinh ra : 
0,25
0,5
0,25
0,5
0,5
Câu 3
(2,0 đ)
a)
+ Cường độ dòng điện trong mạch chính khi K đóng hay K mở là:
 ..
+ Khi K mở : C1 nối tiếp với C2 nên điện tích của hệ các bản tụ nối với M: qM = 0
C1
C2
R1
R2
R3
A
B
M
N
K
E, r
+
+
-
-
-
C1
C2
R1
R2
R3
A
B
M
N
K
E, r
+
-
-
-
+
	 Dấu điện tích của các bản tụ như hình vẽ. .
+ Khi K đóng: dấu điện tích trên các bản tụ như hình
+ Các electron di chuyển từ ; +Số hạt (hạt)
b)
 Thay tụ C3 khi K mở, K đóng:
Gọi điện tích của các tụ lúc này là: và có dấu như hình vẽ
A
C1
C2
R1
R2
R3
B
M
N
C3
E, r
+
-
-
+
-
+
-
Ta có: + (1) 
	+ (2)
	+ (3)
Từ (1), (2), (3) ta được:
	 (4)
 - Khi K mở, thay tụ C3 thì : 
Do đó 
- Khi K đóng, thay tụ C3 thì: 
 Do đó UMB = 0 (V), ..
0,25
0,25
 0,25
0,25
 0,5
0,25
0,25
Câu 4
(2,0 đ)
+ Vị trí đặt màn d' = = 3f	.
+ k = = -2 . Vòng tròn quỹ đạo ảnh có bán kính lớn gấp đôi quỹ đạo vật	
+ Vận tốc góc của vật và ảnh như nhau, nên vận tốc dài của ảnh có độ lớn v' = 2v0. ..	
+ Chọn tia sáng đi qua quang tâm để khảo sát, ta nhận thấy chiều vận tốc ảnh ngược với chiều vận tốc của vật.Vậy vận tốc của ảnh luôn có phương tiếp tuyến với quỹ đạo của nó và có chiều ngược chiều chuyển động của S.
0,5
0,5
0,5
0,5
Câu 5
(2,0 đ)
O
x
x
F2
F1
Các lực tác dụng lên pittong gồm có: (F1 = P1.S, F2 = P2.S).
Ta luôn có: 
Ở vị trí cân bằng: P1= P2 F01 = F02
Chọn trục ox như hình vẽ, gốc O ở VTCB.Xét pittong ở vị trí có tọa độ x bé
+ V1= (d+x). S; V2 = (d-x). S
+ Áp dụng định luật Bôilơ-Mariốt: P1.S.(d +x) = P2. S.(d-x) = P.S.d .
+ Áp dụng định luật II Newton: 
F1 – F2 = ma 
Vì x<<d nên , thay a = x’’ ta có 
Hay .
Điều đó chứng tỏ pittong dao động điều hòa với tần số góc và chu kì 
0,25
0,5
0,25
0,5
0,5
* Ghi chú: 
1. Phần nào thí sinh làm bài theo cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa phần đó.
2. Không viết công thức mà viết trực tiếp bằng số các đại lượng, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.
3. Ghi công thức đúng mà:
3.1. Thay số đúng nhưng tính toán sai thì cho nửa số điểm của câu.
3.3. Thay số từ kết quả sai của ý trước dẫn đến sai thì cho nửa số điểm của ý đó.
4. Nếu sai hoặc thiếu đơn vị 3 lần trở lên thì trừ 0,5 điểm.
5. Điểm toàn bài làm tròn đến 0,25 điểm.