Đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia môn Vật Lý - Ngày thi thứ nhất - năm 2020-2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ THI CHÍNH THỨC

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT  NĂM HỌC 2020 – 2021 MÔN: VẬT LÝ Thời gian: 180p Ngày thi thứ nhất: 25/12/2020

 

Câu I: (4,5 điểm)

Một mặt phảng nghiêng cố định cắt mặt phẳng nằm ngang theo đường Ox. Góc giữa hai mặt phẳng này là θ. Trên mặt phẳng nghiêng này, ta khảo sát chuyển động của các vật nhỏ được coi là chất điểm. Chọn trục tọa độ Oxy trên mặt phẳng nghiêng (Hình 1.a). Lấy gia tốc trọng trường là g = 10m/s²

1. Một vât nhỏ được phóng từ điểm H theo phương ngang trên mặt phẳng nghiêng với tốc độ ban đầu v₀ = 1,0m/s. Vật tới điểm K theo trục Ox theo hướng hợp với trục Ox góc α = 60⁰ trên mặt phẳng nghiêng. Biết OH = 30cm, trong suốt quá trình chuyển động vật luôn tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng. Bỏ qua mọi ma sát tác dụng lên vật.

a) Viết phương trình chuyển động của vật trong hệ Oxy, từ đó đưa ra phương trình quỹ đạo và hình dạng quỹ đạo của vật trên mặt phẳng nghiêng.

b) Tính góc θ

2. Một xe đồ chơi (coi là chất điểm) được người chơi điều khiển từ xa để xe chuyển động theo đoạn đường M – A – B – C - D – E – N được vẽ trước trên mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng θ đã tính được ở ý 1b. MA , EN là các đoạn thẳng có chiều dài MA = EN = 40cm, ABC và CDE là các nửa đường tròn có bán kính lần lượt là R₁ = 40cm, R₂ = 20 cm (Hình 1.b). Xe được điều khiển chuyển động với tốc độ không đổi v trên đoạn đường đó, giá trị tốc độ v là khác nhau với mỗi lần chơi. Hệ số ma sát nghỉ cực đại giữa bánh xe với mặt phẳng nghiêng là μ = 0,75. Bỏ qua sức cản của không khí tác dụng lên xe.

a) Tính tốc độ lớn nhất của xe trong mỗi lần chơi để xe không bị trượt.

b) Tính thời gian nhỏ nhất để xe đi hết quãng đường từ M đến N mà không bị trượt.

Câu II (4,0 điểm)

Xung quanh bề mặt Trái đất là lớp khí quyển bao bọc có độ dày nhất định. Bỏ qua quá trình đối lưu và truyền nhiệt, ta khảo sát các cột khí quyển ở trên bề mặt nước biển. Nhiệt độ ở sát bề mặt nước biển là t₀ = 27⁰C. Coi không khí là khí lí tưởng lưỡng nguyên tử và có khối lượng mol μ = 29g/mol, các quá trình nhiệt động xảy ra trong các lớp khí quyển là các quá trình đoạn nhiệt. Bỏ qua sự thay đổi của gia tốc trọng trường và lấy g=9,81m/s². Hằng số khí R = 8,31 J(kg.mol)

1. Xác định độ dày lớn nhất có thể có được của các khối khí bao quanh Trái Đất

2. Giả thiết không khí ở sát bề mặt Trái đất có độ ẩm tỉ đối là f = 81%. Tầng mấy trong không khí gần nhất với mặt đất thường được hình thành khi hơi nước trong không khí bắt đầu trở nên bão hòa và ngưng tụ thành các giọt nước lơ lửng. Độ cao của tầng mây là nhỏ hơn nhiều so với độ dày của lớp khí quyển nên có thể coi mật độ phân tử nước ở các tầng mây giống như mật độ phân tử nước ở sát bề mặt Trái Đất. Biết áp suất hơi bão hòa của nước phụ thuộc vào nhiệt độ cho ở bảng bên dưới. Khối lượng mol của nước là μn = 18g/mol. Hãy xác định độ cao mặt dưới của tầng mấy so với bề mặt nước biển.

Câu III. (4,5 điểm)

Cho mạch điện như hình 3, các phần tủ trong mạch điện đều là lí tưởng, E₁ = 6V, E₂ = 9V, R₁ = R₂ = 4Ω, L = 2mH, C = 120 μF, D1 D2 là các điot, R là một hộp điện trở có thể đặt được giá trị. Ban đầu, mạch không tích điện, các khóa K₁, K₂, K₃ , K₄ đều ngắt (ở trạng thái cách điện). Khảo sát mạch điện trong các trường hợp khác nhau.

1. K₂ ngắt, K₃, K₄ đóng, R = 10Ω. Ở một thời điểm nào đó đóng K₁. Xác định cường độ dòng điện chạy qua K1 ngay khi vừa đóng K₁.

2. K₂, K₄,  ngắt K₃ đóng, R = 40Ω. Đóng K₁ một thời gian dài để mạch ổn định, sau đó ngắt K₁. Xác định hiệu điện thế hai đầu AB giữa R ngay khi vừa ngắt K₁.

3. K₃, K₄ ngắt. Xác định giá trị R để sau khi đóng đồng thời K₁ và K₂, công suất tỏa nhiệt trên R là cực đại. Tính công suất cực đại đó.

4. K₁ ngắt, K₃, K₄ đóng. R = 30Ω. Đóng K₂ tại thời điểm t = 0. Xác định độ lớn điện tích trên một bản tụ theo thời gian t.

Câu IV. (3,5 điểm)

Chiếu một chùm tia sáng đơn sắc song song (được phát ra từ cùng một nguồn) có bước sóng λ = 0,46 μm, đề rộng D = 2d = 4mm tới một lăng kính. Lăng kính có chiết suất n = 1,5 và có tiết diện ngang là tam giác cân OBC với các góc B = góc C = 10⁰. BC vuống góc với các tia sáng tới như hình vẽ (Hình 4). Sau khi ra khỏi lăng kính, các tia ló gặp nhau gây ra hiện tượng giao thoa. Chọn hệ tọa độ vuông góc Oxy như hình vẽ với Oy // BC.

1. Vẽ đường đi của các tia sáng ló ra khỏi lăng kính. Tính các góc lệch tạo bởi tia ló và tia tới.

2. Màn quan sát phải đặt trong khoảng giá trị nào của x để quan sát được hình ảnh giao thoa? Xác định chiều rộng lớn nhất của vùng giao thoa.

3. Tính khoảng vân giao thoa khi đặt màn quan sát tại vị trí có tọa độ x.

Câu V. (3,5 điểm)

Một photon có bước sóng λ tới va chạm đàn hồi với một electron tự do (coi như đứng yên). Sau va chạm, photon tán xạ có bước sóng λ’. Gọi φ là góc hợp bởi phương chuyển động của electron và photon tới ( từ 0 đến π/2), góc tán xạ θ là góc giữa photon tới và photon tán xạ. Độ dịch chuyển bước sóng tuần theo công thức Compon: λ’ – λ = λ_c ( 1- cosθ) với λ_c = h/(m_ec). Đặt ϒ = λc/λ, ϒ là giá trị được xác định với một nguồn phát photon cho trước.

1. Tìm biểu thức động năng K ngay khi va chạm của electron theo θ, ϒ và năng lượng nghỉ của eelectron.

2. hãy xác định góc tán xạ θ và φ tương ứng khi photon tán xạ có bước sóng ngắn nhất và khi photon tán xạ có bước sóng dài nhất.Tìm các biểu thức λm và λM theo λ và λc

3. Trong một thí nghiệm người ta lấy λ là bước sóng ngắn nhất được phát ra từ một ống tia X làm việc ở hiệu điện thế U = 10⁵V. Tính λ’_M trong thí nghiệm này.

4. Chứng minh rằng (1 + ϒ)tanφ.tanθ/2 = 1

Cho hằng số Plang là h = 6,625.10^-34 Js; c = 3.10⁸ m/s; E₀ = m_ec² = 0,511 MeV

----------

Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia môn Vật Lý - Ngày thi thứ nhất - năm 2020-2021, để theo dõi nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác vui lòng đăng nhập vào hệ thống hoc247.net chọn chức năng xem online hoặc tải về máy!

Chúc các em học tập thật tốt!