Kỳ thi chọn đội tuyển học sinh giỏi lớp 12 thpt thanh hóa giải toán trên máy tính cầm tay năm học 2011- 2012 thời gian làm bài: 150 phút môn vật lí

 1
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI LỚP 12 THPT 
 THANH HÓA GIẢI TOÁN TRÊN MÁY TÍNH CẦM TAY NĂM HỌC 2011- 2012 
 Thời gian làm bài: 150 phút 
 ĐỀ THI CHÍNH THỨC MÔN VẬT LÍ 
 Đề này có 10 câu, 05 trang 
ĐIỂM CỦA TOÀN BÀI THI Các giám khảo (Họ tên và chữ ký) 
Số phách 
Bằng số 
 Bằng chữ 
Chú ý: 1. Nếu không nói gì thêm, hãy tính chính xác đến 4 chữ số thập phân trên máy tính. 
 2. Ghi lời giải tóm tắt đến kết quả bằng chữ. Sau đó thay số và ghi kết quả bấm máy. 
 3. Trường hợp khoảng trống viết không đủ học sinh có thể viết ra mặt sau của tờ đề. 
Đề bài và bài làm 
Câu 1: (2 điểm) 
Đề bài: Mạch chọn sóng của một máy thu thanh gồm một cuộn cảm L = 3,6μ H và một tụ xoay có 
điện dung biến thiên được từ Cm = 10 pF đến Cn = 490 pF. 
a/ Chứng minh rằng sóng cộng hưởng có bước sóng tỉ lệ với căn bậc hai điện dung của tụ trong mạch? 
b/ Cho vận tốc ánh sáng c = 299 792 458 m/s. Xác định dải bước sóng mà máy thu có thể thu được ? 
Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
+ Ta có λ = c. T = và T = 2π LC (0,50 đ) 
+ suy ra λ = 2π c. LC (đpcm) (0,50 đ) 
Thay số và kết quả: 
+ 2π c. mLC ≤ λ ≤ 2π c. nLC (0,50 đ) 
+ 2π .299 792 458 . -6 123,6.10 .10.10− ≤ λ ≤ 2π .299 792 458 . -6 123,6.10 .490.10− 
 Hay 11,3019 m ≤ λ ≤ 79,1134 m (0,50 đ) 
Câu 2: (2 điểm) 
Đề bài: Trong một mạch RLC mắc nối tiếp, hoạt động ở tần số 60 Hz, điện áp cực đại ở hai đầu cuộn 
cảm bằng 1,5 lần điện áp cực đại ở hai đầu điện trở và bằng 1,2 lần điện áp cực đại ở hai đầu tụ điện. 
a) Hỏi dòng điện chậm pha hơn điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch là bao nhiêu ? 
b) Nếu điện áp đặt vào đoạn mạch có giá trị cực đại là 30V thì điện trở R của mạch phải bằng bao 
nhiêu để cho dòng điện có giá trị cực đại là 300 mA ? 
Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
+ Từ 1,5U0R = U0L và 1,2U0C = U0L suy ra ϕ = arctg 0 0
0
L C
R
U U
U
- = arctg 1
4
 (0,50 đ) 
+ Ta có ( )
2 2
22 2 2 2
0 0R 0R 0R 0
1,5 1,5U = U + 1,5U - U I R 1 1,5
1,2 1,2
⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
 suy ra R = 0
2
0
1,51 1,5
1, 2
U
I ⎛ ⎞+ −⎜ ⎟⎝ ⎠
 (0,50 đ) 
Thay số và kết quả: 
 2
 + ϕ = arctg 1
4
 ≈ 14,03620 (≈ 0,2450 rad) (0,50 đ) 
+ Thay số R = 
2
30
1,50,3. 1 1,5
1, 2
⎛ ⎞+ −⎜ ⎟⎝ ⎠
 = 97,0143Ω. (0,50 đ) 
Câu 3: (2 điểm) 
Đề bài: Một lò xo khối lượng không đáng kể treo thẳng đứng trong trọng trường có gia tốc g. Treo quả 
cầu nhỏ khối lượng 100g vào đầu còn lại của lò xo thì nó giãn thêm 2 cm. Biết dao động điều hoà của 
quả cầu có cơ năng là 2.10-2 Jun. Tính biên độ, tần số của dao động và giá trị cực đại, cực tiểu của lực 
đàn hồi của lò xo trong quá trình dao động. 
Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
+ Độ cứng của lò xo k = mg/Δl và cơ năng của quả cầu E = kA2/2 
 Suy ra A = 2E
k
 = 2E.Δ
mg
l và ω = k
m
 = g
lΔ (0,50 đ) 
+ Lực đàn hồi có giá trị cực đại tiểu khi lò xo không giãn Fmin = 0 N. và giá trị cực đại ở vị trí thấp 
nhất Fmax = k(A+ Δl) = 2E.mg mgl −Δ (N/m) (0,50 đ) 
Thay số và kết quả: 
+ A = 
-2 -2
-1
2.2.10 .2.10
10 g
 ≈ 0,0286 m ; ω = 2g2.10− ≈ 22,1435 rad/s (f ≈ 3,5242 Hz) (0,50 đ) 
+ Fmax = 
-2 -2
-1
2.2.10 .2.10
10 g
 - 2.10-2 ≈ 2,3811 N/m (0,50 đ) 
Câu 4: (2 điểm) 
Đề bài: Trong một đoạn mạch điện xoay chiều R, L, C nối tiếp: Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch 
uAB = 200 sin100π t (V) ; Cuộn dây thuần cảm có L = π
1 (H) ; Tụ điện có C = π2
10 4− (F). Biết rằng 
dòng điện qua mạch nhanh pha hơn uAB là 
8
π . Tính giá trị điện trở R và công suất tiêu thụ P trong 
mạch. 
Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
+ ZL = Lω = 100Ω ; ZC = 1/Cω = 200Ω Æ tan L C L CZ - Z Z - Z = R =R tanϕ → ϕ (0,50 đ) 
+ P = UI cos ( )
2
22
U= cos
R L CZ Z
ϕ ϕ
+ −
 (0,50 đ) 
Thay số và kết quả: 
+ R ≈ 241,4214 Ω (0,50 đ) 
+ P = ( )
2
22
200 / 2 cos
8R 100 200
π
+ −
 ≈ 70,7107 W (0,50 đ) 
Câu 5: (2 điểm) 
Đề bài: Do bức xạ nhiệt mà khối lượng mặt trời cứ mỗi giây giảm đi 4,3 triệu tấn. Hãy xác định sự 
thay đổi bán kính quĩ đạo của trái đất sau 1 năm và 1 tỉ năm sau, biết rằng khối lượng mặt trời hiện nay 
 3
là M = 2.1030kg và bán kính quĩ đạo hiện nay của trái đất là R = 1,5.1011m. 
Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
+ Phương trình chuyển động của trái đất xung quanh mặt trời là 
2
2
mM vG = m
R R
 Ngoài ra, định luật bảo toàn momen động lượng mvR = const (0,50 đ) 
+ Từ trên suy ra MR = const . Hay (M - ΔM).(R + ΔR) = MR Æ ΔMΔR = R
M
 (0,50 đ) 
Thay số và kết quả: 
+ Sau 1 năm 
9 2
30
R 4,3.10 .(365.24.36.10 ) = 
R 2.10
Δ ≈ 0,6780.10-13 (0,50 đ) 
+ Sau 1 tỉ năm 
9 9
30
ΔR 4,3.10 .(365.24.3600).10 = 
R 2.10
≈ 0,6780.10-4 (0,50 đ) 
Câu 6: (2 điểm) 
Đề bài: Treo một con lắc đơn chiều dài l = 40cm tại điểm I trên bức tường IB 
nghiêng góc β = 70 so với phương thẳng đứng. Hình bên. Thả quả lắc từ vị trí ban 
đầu A có biên độ góc α0 = 90 cho nó chuyển động thẳng góc về phía bức tường. 
Bỏ qua ma sát, sức cản của không khí và coi va chạm của quả lắc với tường là 
hoàn toàn đàn hồi. Hãy tính chu kì của chuyển động. 
Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
+ Phương trình động lực của con lắc α” + g
l
α = 0 có nghiệm dạng α = α0sin gl t (*) 
Chia dao động tuần hoàn này ra hai gian đoạn: Từ A đến O và từ O đến B. Do đó chu kì của dao động 
tuần hoàn là T = 2 (tAO + tOB). (0,50 đ) 
+ Từ (*) ta có: α0 = α0sin AOg tl Æ tAO= 2
l
g
p và β = α0sin OBg tl Æ tOB = 0
arcsinl
g
b
a
Suy ra T = 
0
2arcsinl
g
bp
a
æ ö÷ç ÷+ç ÷ç ÷çè ø
 (0,50 đ) 
Thay số và kết quả: 
+ T = 0,4 72arcsin
9g
p
æ ö÷ç + ÷ç ÷çè ø
 (0,50 đ) 
+ T ≈ 0,9944 s (0,50 đ) 
Câu 7: (2 điểm) 
Đề bài: Cho giá trị cực đại của vận tốc và giá trị cực đại của gia tốc trong một dao động cơ điều hoà 
là 0,8m/s và 1,6m/s2. 
a) Xác định chu kì và biên độ của dao động. 
b) Lấy gốc thời gian là lúc vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Hãy viết phương trình của dao 
động điều hoà đã cho và xác định li độ của nó tại thời điểm t = 3s. 
Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
+ v0 = ωA ; a0 = ω2A. Suy ra ω = a0/v0 Æ T = 2π/ω = 0
0
2π.v
a
 và A = 
2
0
0
v
a
 (0,50 đ) 
+ Phương trình dao động dạng x = Acos(ωt + ϕ) => v = -Aωsin(ωt + ϕ) 
I 
β α0 
B 
O 
A 
 4
Tại t = 0 thì x(0) = 0 và v > 0 suy ra 
2
πϕ = − Vậy x = 
2
0
0
v
a
cos 0
0
a πt - 
v 2
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
 (0,50 đ) 
Thay số và kết quả: 
+ T = 2π.0,8
1,6
 ≈ 3,1416 s ; A = 
20,8
1,6
 = 0,4 m (0,50 đ) 
+ x(3) = 0,4cos 1,6 π3 - 
0,8 2
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ ≈ - 0,1118 m (0,50 đ) 
Câu 8: (2 điểm) 
Đề bài: Thanh sắt tròn đều có chiều dài AB = 1,5m được giữ nghiêng góc α trên 
mặt nằm ngang bằng sợi dây chăng ngang chiều dài AC = 1,5 m. (hình bên). Hệ 
số ma sát giữa đầu B của thanh với sàn là 0,8. Hãy: 
 a) Xác định góc nghiêng α để thanh sắt ở trạng thái cân bằng. 
 b) Tính khoảng cách OB từ đầu B của thanh đến chân tường khi α = 580. 
 Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
a) Tác dụng lên thanh có 4 lực như hình bên 
+ Cân bằng lực: T = F và N = P ; Cân bằng mômen: TLsinα = P (L/2)cosα (0,50 đ) 
+ Lực ma sát nghỉ F ≤ kN kết hợp với các biểu thức trên suy ra mgcotanα kmg
2
≤ 
 hay α arccotan2k≥ (0,50 đ) 
b) Khi α = 580 ta có OB = AC – AB.cos580 (0,50 đ) 
Thay số và kết quả: 
 a) Kết quả thay số cho ta α ≥ 32,00540 ≈ 0,5586 rad. (0,25 đ) 
 b) OA = 1,5 – 1,5.cos580 ≈ 0,7051m. (0,25 đ) 
 Câu 9: (2 điểm) 
Đề bài: Một bộ tụ điện mắc như hình vẽ bên, có C1 = C2 = 4μF ; C3 = 2μF ; 
C4 = C5 = 1μF. Hãy tính điện tích của từng tụ điện khi hiệu điện thế đặt vào 
hai đầu AB là U = 20V. 
Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
+ Nếu không có C5 thì các tụ mắc thành hai nhánh song song. Khi đó 
 nhánh trên Q01 = C1U1 = C2U2 Æ U1 = U2 
 nhánh dưới Q02 = C3U3 = C4U4 Æ 2U3 = U4 
 Suy ra VN > VM do đó khi có C5 thì bản cực dương của C5 ở về phía N. Ngoài ra, nút M và N cô lập 
nên định luật bảo toàn điện tích viết được: -q1 + q2 - q5 = 0 và - q3 + q5 + q4 = 0 (0,50 đ) 
+ Hay là - C1(VA-VM) + C2(VM -VB) - C5(VN –VM) = 0 
 - C3(VA -VN) + C5(VN –VM) + C4(VN -VB) = 0 
 Vì UAB = 20V, chọn VB = 0 và VA = 20V và thay số ta có 
 - 4(20 -VM) + 4(VM - 0) - (VN –VM) = 0 
 - 2(20 - VN) + (VN –VM) + (VN - 0) = 0 
 Giải ra ta được VM = 
72
7
V và VN = 
88
7
V (0,50 đ) 
Thay số và kết quả: 
C 
A T 
N 
α 
O B F 
P 
C1 M C2 
C3 N C4 
A C5 B
C A 
O B 
α 
 5
 q1 = C1(VA-VM) ≈ 3,8857.10-5C ; q2 = C2(VM -VB) ≈ 4,1143.10-5C 
 q3 = C3(VA –VN) ≈ 1,4857.10-5C ; q4 = C4(VN –VB) ≈ 1,2571.10-5C 
 q5 = C5(VN –VM) ≈ 0,2286.10-5C 
(Đúng mỗi kết quả 0,25đ. Đúng 4 hoặc cả 5 kết quả thì đều đạt tối đa 1,00đ) 
Câu 10: (2 điểm) 
 Đề bài: Máy phát điện xoay chiều trên (hình bên) cung cấp cho mạch một 
điện áp 120V- 60Hz. Khi khoá K mở dòng điện sớm pha hơn s.đ.đ của máy 
phát 200, khi khoá K ở vị trí 1 dòng điện mạch chính chậm pha hơn s.đ.đ của 
máy phát 100, còn khi khoá K ở vị trí 2 cường độ dòng điện hiệu dụng mạch 
chính là 2A. Hãy xác định các giá trị của R, L, C. 
Lời giải tóm tắt đến đáp số bằng chữ: 
+ Khi ngắt K: Mạch R, L, C nối tiếp tanϕ0 = (ZL – ZC) /R (1) 
 hay 0L 1120π - tan( 20 )
R 120πRC
= − (1b) (0,25đ) 
+ Khi K ở vị trí 1: Mạch R,L và 2C nối tiếp tan ϕ0 = (ZL – Z2C)/R. 
 hay 0L 1120π - tan(10 )
R 120πR.2C
= (2) (0,25đ) 
+ Khi K ở vị trí 2: Mạch L, C nối tiếp Z =| ZL – ZC| = 
1120
120
L
C
p
p
- 
 Mặt khác Z = E/I = 60Ω. Æ 
21120
120
L
C
p
p
æ ö÷ç - ÷ç ÷çè ø
 = 3600 (3) (0,25đ) 
+ Thay (1) vào (3) ta được (ZL – ZC)2 = 3600 = R2.tg2(-200). Suy ra R = 60/tg200 (*) (0,25 đ) 
+ Lấy (2) trừ (1b) được: 0 01 = tan10 tan 20
120πR.2C
+ Æ C = ( )0 0
1
240 10 20tg tgp +
.
0tan 20
60
 Thay giá trị R, C vào (1b) ta được L = ( )
0
2
1 tan 20
120120
R
C ππ − (0,25 đ) 
Thay số và kết quả: 
+ R ≈ 164,8487Ω (0,25 đ) 
+ C ≈ 1,4891.10-5F (0,25 đ) 
+ L ≈ 0,3134H (0,25 đ) 
--------------HẾT-------------- 
C C 
~ 1 
K 
2 R L