Đáp án đề thi HSG QG môn Vật Lý năm 2020-2021 - Ngày thi thứ hai (26/12)

ĐÁP ÁN ĐỀ THI HSG QUỐC GIA MÔN VẬT LÝ NĂM 2020 – 2021

NGÀY 26/12/2020

Câu I (4,5 điểm)

1a. 

$I_0={\mathrm{I}}_{\mathrm{x}}+I_y=\frac{1}{12}M{a}^2+\frac{1}{3}M{b}^2=\frac{M}{12}(a^2+4b^2)$

1b.

Khi thanh lệch với phương thẳng đứng góc $\phi$ nhỏ:

$\begin{array}{l}-Mg\frac{b}{2}\sin \phi =I_0\ddot{\phi }\\ \Rightarrow \ddot{\phi }+\frac{6gb}{a^2+4b^2}\phi =0\end{array}$

Chu kỳ dao động của thanh:

$T=2\pi \sqrt{\frac{a^2+4b^2}{6gb}}\approx 0,889(s)$

2a.

Bảo toàn năng lượng:

$\begin{array}{l}(Mg\frac{b}{2}+mgb)(1-\cos {\phi }_0)=\frac{1}{2}(I_0+m{b}^2){\left(\frac{v_E}{b}\right)}^2\\ \Rightarrow v_E=2b\sqrt{\frac{3(M+2m)gb(1-1-\cos {\phi }_0)}{M(a^2+4b^2)+12m{b}^2}}\approx 1,87(m/s)\end{array}$

2b. 

Đĩa lăn không trượt:

$\begin{array}{l}{\omega }_{d\mathrm{i}\mathrm{a}}\mathrm{r}={\omega }_{thanh}b\\ \Rightarrow {\omega }_{d\mathrm{i}\mathrm{a}}={\omega }_{thanh}\frac{b}{r}\end{array}$

Phương trình momen của đĩa:

$\begin{array}{l}{F}_{msn}r=I_E{\dot{\omega }}_{d\mathrm{i}\mathrm{a}}\\ \Rightarrow F_{msn}=\frac{mr}{2}{\dot{\omega }}_{d\mathrm{i}\mathrm{a}}=\frac{mb}{2}{\dot{\omega }}_{thanh}=\frac{mb}{2}\ddot{\phi }\end{array}$

Phương trình momen của thanh:

$\begin{array}{l}{F}_{dia/thanh}b-Mg\frac{b}{2}=I_0\ddot{\phi }\\ \Rightarrow F_{dia/thanh}=\frac{M(a^2+4b^2)}{12b}\ddot{\phi }+\frac{Mg}{2}\end{array}$

Áp dụng định luật II Niuton có:

$\begin{array}{l}m\overrightarrow{g}+{\overrightarrow{F}}_{msn}+\overrightarrow{N}+{\overrightarrow{F}}_{thanh/dia}=m\overrightarrow{a_E}\\ \Rightarrow -mg\sin \phi -F_{msn}-F_{dia/thanh}=mb\ddot{\phi }\\ \Rightarrow \ddot{\phi }+{\mathrm{\Omega }}^2(\phi -0,5)=0\\ \Rightarrow v_E(t)=b\dot{\phi }(t)=-\mathrm{\Omega }b{\phi }_0\sin (\mathrm{\Omega }t)\\ \Rightarrow F_{msn}=\frac{mb}{2}\left|\ddot{\phi }\right|=\frac{mb}{2}{\mathrm{\Omega }}^2\phi \end{array}$

Trong đó:

$\mathrm{\Omega }=\sqrt{\frac{2Mg}{3mb\left[1+\frac{M(a^2+4b^2)}{18m{b}^2}\right]}}$

...

------(Để xem nội dung tiếp theo của tài liệu, các em vui lòng đăng nhập để xem online hoặc tải về máy)------

Trên đây là một phần trích dẫn nội dung tài liệu Đáp án đề thi Học sinh giỏi Quốc gia môn Vật Lý năm 2020-2021 - Ngày thi thứ hai (26/12). Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.

Chúc các em học tập tốt !