SỞ GD - ĐT NGHỆ AN TRƯỜNG THPT QUỲNH LƯU III ĐỀ THI GIÁO VIÊN GIỎI TRƯỜNG Năm học: 2012 - 2013 MÔN THI: VẬT LÝ Thời gian 150 phút ( không kể thời gian giao đề ) Câu 1 (6 điểm): 1) Thầy (cô) hãy nêu các bước chuẩn bị soạn một giáo án? 2) Thầy (cô) hãy tiến hành bố trí và giải thích thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi đóng, ngắt mạch điện trong qua trình nghiên cứu bài hiện tượng tự cảm. 3) Dụng cụ thí nghiệm gồm: một cuộn dây đồng, một cái cân, một ắc quy, một vôn kế, một ampe kế và một cuốn sổ tra cứu về vật lý. Thầy (cô) hãy nêu một phương án thí nghiệm để xác định thể tích của một căn phòng hình hộp chử nhật. Câu 2 (5 điểm): Thầy (cô) giải bài toàn và nêu hệ thống câu hỏi định hướng để hướng dẫn học sinh giải bài toán sau: Một vật nhỏ khối lượng m = 0,1kg trượt không vận tốc đầu, không ma sát từ điểm cao nhất A của một bán cầu có bán kính R = 1m, khối lượng M = 1kg, đặt trên mặt sàn nằm ngang như hình 1. Lấy 2 /10 smg = . a) Bán cầu được giữ cố định trên mặt sàn. Xác định vị trí của vật lúc bắt đầu rời bán cầu. b) Không giữ bán cầu cố định trên mặt sàn. Khi vật trượt tới điểm B với 0 10 ˆ =BOA thì bán cầu bắt đầu trượt trên mặt sàn. Tìm hệ số ma sát giữa bán cầu và mặt sàn. Câu 3 (4 điểm): Cho hệ gồm hai thấu kính mỏng hội tụ O 1 , O 2 đặt đồng trục cách nhau 70cm. Vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính tại A và cách thấu kính O 1 một khoảng 45cm. Ảnh cuối cùng cho bởi hệ nằm sau thấu kính O 2 và cách thấu kính O 2 một khoảng 255cm. Nếu đặt thêm thấu kính mỏng O vào trong khoảng giữa hai thấu kính O 1 và O 2 đồng trục thì nhận thấy có hai vị trí M và N của thấu kính O thỏa mãn tính chất sau: + Khi thấu kính O ở M thì ảnh qua hệ không thay đổi và O 1 M = 36cm. + Khi thấu kính O ở N thì ảnh qua hệ có độ phóng đại không đổi với mọi vị trí của vật AB trước thấu kính O 1 . Biết N là duy nhất. Tính tiêu cự của các thấu kính và đoạn O 1 N. Câu 4 (5 điểm): 1) Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương có phương trình: ))(2cos( 11 cmtAx π = và ))(2cos(35,2 22 cmtx ϕπ += . Phương trình dao động tổng hợp thu được là: ))(2cos(5,2 cmtx ϕπ += . Biết 2 ϕϕ < và A 1 đạt giá trị lớn nhất. Xác định A 1(max) , φ 2 và φ. 2) Một con lắc lò xo treo thẳng đứng như hình 2. Vật có khối lượng m = 1kg, lò xo nhẹ có độ cứng k = 100N/m. Đặt giá B nằm ngang đỡ vật m để lò xo có chiều dài tự nhiên. Cho giá B chuyển động xuống nhanh dần đều không vận tốc đầu với gia tốc a = 2m/s 2 . Lấy 2 /10 smg = . a) Tính thời gian từ khi giá B bắt đầu chuyển động cho đến khi vật m rời giá B. b) Sau khi rời giá B thì vật m dao động điều hòa. Viết phương trình dao động của vật. Chọn trục tọa độ thẳng đứng, chiều dương hướng xuống, gốc tọa độ tại vị trí cân bằng của vật m, gốc thời gian là lúc vật m đi qua vị trí lò xo giãn 7cm hướng về vị trí cân bằng. c) Xác định thời điểm vật đi qua vị trí có động năng gấp 3 lần thế năng lần thứ 2013. HẾT R O Hình 1 A B B m k Hình 2 SỞ GD - ĐT NGHỆ AN TRƯỜNG THPT QUỲNH LƯU III ĐÁP ÁN ĐỀ THI GIÁO VIÊN GIỎI TRƯỜNG Năm học 2012 - 2013 MÔN THI: VẬT LÝ Câu hỏi Đáp án Điểm Câu 1 (6điểm) 1) Các bước chuẩn bị soạn một giáo án? - Lượng hóa các mục tiêu kiến thức và kỹ năng. - Chia bài học thành những đơn vị kiến thức tương đối độc lập. - Hoạch định các hoạt động học tập của học sinh thích hợp cho việc nắm bắt từng đơn vị kiến thức, chú ý mục tiêu của từng hoạt động kể cả các hoạt động tình huống, củng cố bài, ra bài về nhà. - Tìm những hình thức học tập phù hợp với mỗi đơn vị kiến thức (tìm hiếu cá nhân, hoạt động nhóm, làm thí nghiệm ). - Hoạch định các hoạt động hỗ trở của giáo viên tương ứng với mỗi hoạt động của học sinh, dự kiến tình huống sư phạm có thể xãy ra. - Dự kiến thời gian cho mỗi hoạt động. - Xác định các điều kiện chuẩn bị cho tiết học: đồ dùng thiết bị thí nghiệm, thiết bị hỗ trở 2) Sơ đồ thí nghiệm: + Hiện tượng tự cảm khi đóng mạch. - sơ đồ: - Hiện tượng: Đóng K thì đèn Đ 1 sáng lên ngay còn đèn Đ 2 sáng lên từ từ mặc dù điện trở thuần ở hai nhánh giống nhau. - Giải thích: Khi đóng K dòng điện trong cả hai nhánh tăng từ 0 đến I. Nhưng trong nhánh (2) dòng điện tăng làm từ thông qua ống dây thay đổi ⇒ Trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Theo định luật Len-xơ dòng điện cảm ứng có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó nên dòng điện trong nhánh (2) không tăng lên nhanh chóng. Vì vậy Đ 2 sáng lên từ từ. + Hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch. - Sơ đồ: - Hiện tượng: Khi ngắt K bóng đèn Đ không tắt ngay mà lóe sáng rồi sau đó mới tắt. - Giải thích: Khi ngắt K dòng điện trongmạch giãm từ I đến 0 làm từ thông qua ống dây thay đổi ⇒ Trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Theo định luât Len-xơ dòng điện cảm ứng cùng chiều với dòng điện trong mạch do nguồn gây ra, dòng điện này đi qua đèn Đ. Mặt khác trong thời gian ngắt K thì thời gian xãy ra sự biến thiên từ thông rất nhỏ nên cường độ dòng điện cảm ứng sinh ra rất lớn do đó làm đèn Đ lóe sáng lên rồi mới tắt. 3) Đo thể tích của căn phòng. * Lần 1: Lấy sợi dây đồng có chiều dài l 1 bằng chiều dài của căn phòng. - Mắc sơi dây đồng vào mạch điện như hình vẽ - Từ thí nghiệm ta xác định được I và U của cuộn dây. - Điện trở của đoạn dây: I U R = . - Mặt khác ta có: )1( 1 1 I US l I U S l R ρ ρ =⇒== - Dùng cân xác định khối lượng của đoạn dây là m: )2( 1 1 Dl m SSDlm =⇒= 2 R Đ 1 L,R K E,r r Đ 2 1 K Đ E,r L,R V A - Từ (1) và (2) ta có: DI mU l ρ = 1 - Dùng bảng tra vật lý tra được điện trở suất ρ và khối lượng riêng D của đồng từ đó tìm được chiều dài của căn phòng là l 1 * Lần 2: Lấy sợi dây đồng có chiều dài l 2 bằng chiều rộng của căn phòng và làm như lần 1 ta tìm được l 2 . * Lần 3: Lấy sợi dây đồng có chiều dài l 3 bằng chiều cao của căn phòng và làm như lần 1 ta tìm được l 3 . - Vậy thể tích của căn phòng được xác định: V = l 1 .l 2 .l 3 Câu 2 (5điểm) a) Bán cầu được giữ cố định trên mặt sàn. - Chọn mốc thế năng tại mặt sàn. - Phương trình chuyển động của vật m trên mặt bán cầu: amNP   =+ (1) - Giả sử tại C vật bắt đầu rời bán cầu. - Chiếu (1) lên hướng CO ta có: R v mNP C 2 cos =− α ⇒ )cos( 2 R v gmN C −= α (2) - Vật rời bán cầu khi N = 0 ⇔ 0cos 2 =− R v g C α ⇒ α cos 2 gRv C = (3) - Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có: CA WW = ⇔ α cos 2 1 2 mgRmvmgR C += ⇒ )cos1(2 2 α −= gRv C (4) Từ (3) và (4) ⇒ 3 2 cos = α (5) - Vậy vật rời bán cầu tại độ cao h C so với mặt sàn là: mRRh C 67,0 3 2 cos ≈== α (6) b) Không giữ bán cầu cố định trên mặt sàn. - Chọ mốc thế năng tại mặt sàn. - Xét vật m tại vị trí G trên cung AB ( khi bán cầu chưa trượt trên sàn) với β =GOA ˆ . - Phương trình chuyển động của vật m trên mặt bán cầu: amNP   =+ - Chiếu lên hướng GO ta có: R v mNP G 2 cos =− β ⇒ )cos( 2 R v gmN G −= β (7) - Mặt khác áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có: GA WW = ⇔ β cos 2 1 2 mgRmvmgR G += ⇒ )cos1(2 2 β −= gRv G (8) - Từ (7) và (8) ta có: )2cos3( −= β mgN (9) - Phương trình động lực học của bán cầu M khi đứng yên: 0 11     =+++ NFQP ms - Chiếu phương trình lên hệ xOy:    +=+= == ββ ββ coscos sinsin 1 1 NMgNMgQ NNF ms (10) - Khi bán cầu bắt đầu trượt thì: 0 10== θβ và F ms = μQ (11) - Từ (10) và (11) ta có: θθµ sin)cos( NNMg =+ 015,0 cos)2cos3( sin)2cos3( cos sin ≈ −+ − = + =⇒ θθ θθ θ θ µ mM m NMg N * Hệ thống câu hỏi định hướng: α A C O P  N  R O θ P  A B Q  N  1 N  1 P  y x ms F  Câu 3 (4điểm) Xác định tiêu cự của các thấu kính. - Sơ đồ tạo ảnh: * Khi chưa có TK O: / 22 / 11 2211 2 1 dddd BABAAB O O →→ * Khi có TK O: / 33 // 11 33 / 2 / 211 2 1 ddd ddd BABABAAB O O O →→→ + TH1: Khi O ở M. - Do ảnh cuối cùng không đổi nên TK O không có tác dụng. 0 // 2 / 211 ==⇒≡≡⇒ ddOBABA . - Ta có: )(36 1 / 111 / 1 cmdMOdMOOOdd =−=⇒==+ )(20 / 11 / 11 1 cm dd dd f = + =⇒ . - Ta có: )(34)(34 323 / cmdcmOOdd =⇒==+ )(30 / 33 / 33 2 cm dd dd f = + =⇒ + TH2: Khi O ở N. - Để độ phóng đại ảnh qua hệ không đổi bất chấp vị trí của AB thì tia tới hệ song song với trục chính cho tia ló ra khỏi hệ song song song với trục chính. - Tia tới hệ song song với trục chính nên vật AB ở vô cùng. )(20 1 / 11 cmfdd ==⇒∞=⇒ . )(20 11 / 1 / 111 / 1 NOOOxxdxdOOdOOdd ==−=−=−=⇒=+ - Tia ló ra khỏi hệ song song song với trục chính. )(30 23 / 3 cmfdd ==⇒∞=⇒ . xxdxOOdxOOOOdd −=−−=−−=⇒−==+ 403070 321 / 212 / 3 - Xét TK O ta có: (*)02080060 40 1 20 1111 2 / fxx xx d df =++−⇒ − + − =+= ff 20100)20800(900 / −=+−=∆ . - Do N là duy nhất nên (*) có một nghiệm )(50201000 / cmff =⇒=−⇒=∆⇒ - Vậy: x = O 1 N = 30(cm) Câu 4 (6điểm) 1) Xác định A 1(max) , φ 2 và φ - Từ giãn đồ véc-tơ ta có : )sin( sin . )sin(sin 2 1 2 1 ϕπ α ϕπα − =⇒ − = AA A A - Do: A và )sin( 2 ϕπ − không đổi nên để A 1(max) khi sinα = 1 2 π α =⇒ . - Lúc đó ta có: )(5 22 2max1 cmAAA =+= - Vậy: 6 5 62 1 )sin( 22 max1 2 π ϕ π ϕπϕπ =⇒=−⇒==− A A - Pha ban đầu của dao động tổng hợp: φ = φ 2 – α = π/3 2) Bài toán con lắc lò xo. a) Tìm thời gian từ lúc chuyển động đến lúc vật rời giá B. - Phương trình động lực học của vật m: dh P + N + F = ma     . - Chiếu lên Ox: mg - N - k l∆ = ma ⇒ N = m(g – a) - k l∆ - Khi vật rời giá thì N = 0 )(08,0 )(2 2 1)( 2 s ka agm tat k agm l = − =⇒= − =∆⇒ b) Viết phương trình dao động. - Phương trình dao động: )cos( ϕϖ += tAx m k P  N F dh   B O x 2 A  1 A  φ 2 φ α O x - Tần số góc: )/(10 srad m k == ϖ - Khi vật m ở VTCB: ⇒=∆−⇒=+ 00 00 lkmgFP đh   cmm k mg l 101,0 0 ===∆ . - Quãng đường vật đi được cho đến khi rời giá B là: 2 at S = = 0,08 m 2 = 8cm. - Ly độ của vật m khi rời giá B là: x = 8 - 10 = -2 cm. - Vận tốc của vật khi rời giá B là: v = at = 40 2 cm/s. - Biên độ dao động của vật m: cm v xA 6 2 2 2 =+= ϖ . - Khi t = 0 3 2 0sin 2/1cos 0 3107 0 00 π ϕ ϕ ϕ −=⇒    < −= ⇒    > −=−=∆−∆= ⇒ v cmllx . - Phương trình dao động: )() 3 2 10cos(6 cmtx π −= . c) Thời điểm vật qua vị trí có W đ =3W t lần 2013 : - Khi )(3 2 43 cm A x WWWW ttđ ±=±=⇒ =⇒= - Khi t = 0    > −= ⇒ 0 3 0 0 v cmx ⇒ Ứng với điểm M 0 trên vòng tròn. - Khi vật qua vị trí có W đ = 3W t lần đầu tiên ứng với điểm M 1 trên vòng tròn. - Góc quét ứng với thời điểm vật qua vị trí có W đ = 3W t lần thứ 2013 là: παϕϕ 2n+−=∆ - Với 503 4 12013 ; 32 1 cos = − ==⇒== n A x π αα - Vậy: )( 30 3019 3 3019 2.503 33 2 st π ϖ ϕπ π ππ ϕ = ∆ =⇒=+−=∆ Chú ý: Các Thầy (cô) có thể giải theo cách khác đúng vẫn cho điểm tối đa. A -A M 1 M 0 =M 4 -A/2 A/2 M 3 € M 2 . SỞ GD - ĐT NGHỆ AN TRƯỜNG THPT QUỲNH LƯU III ĐỀ THI GIÁO VIÊN GIỎI TRƯỜNG Năm học: 2012 - 2013 MÔN THI: VẬT LÝ Thời gian 150 phút ( không kể thời gian giao đề ) Câu 1 (6 điểm): 1). 2013. HẾT R O Hình 1 A B B m k Hình 2 SỞ GD - ĐT NGHỆ AN TRƯỜNG THPT QUỲNH LƯU III ĐÁP ÁN ĐỀ THI GIÁO VIÊN GIỎI TRƯỜNG Năm học 2012 - 2013 MÔN THI: VẬT LÝ Câu hỏi Đáp án Điểm Câu 1 (6điểm) 1). ra. - Dự kiến thời gian cho mỗi hoạt động. - Xác định các điều kiện chuẩn bị cho tiết học: đồ dùng thi ́t bị thi nghiệm, thi ́t bị hỗ trở 2) Sơ đồ thi nghiệm: + Hiện