Đề giao lưu học sinh giỏi tỉnh môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2019-2020

Nội dung text: Đề giao lưu học sinh giỏi tỉnh môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2019-2020

1. ĐỀ GIAO LƯU HỌC SINH GIỎI TỈNH 2019 – 2020 Câu 1.(4,5 điểm) Hai con tàu chuyển động trên cùng một đường thẳng với cùng vận tốc không đổi v, hướng tới gặp nhau. Kích thước các con tàu rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. Khi hai tàu cách nhau một khoảng L thì một con Hải Âu từ tàu A bay với vận tốc u ( với u > v) đến gặp tàu B (lần gặp 1), khi tới tàu B nó bay ngay lại tàu A (lần gặp 2), khi tới tàu A nó bay ngay lại tàu B (lần gặp 3 ) a. Tính tổng quãng đường con Hải Âu bay được khi hai tàu còn cách nhau một khoảng l <L b. Hãy lập biểu thức tính tổng quãng đường con Hải Âu bay được khi gặp tàu lần thứ n. Câu 2. (4,5 điểm): Một bình hình trụ có chiều cao h1= 20cm, diện tích đáy trong là S1= 2 0 100cm đặt trên mặt bàn nằm ngang. Đổ vào bình 1 lít nước ở nhiệt độ t1= 80 C. Sau đó thả 2 vào bình một khối trụ đồng chất có diện tích đáy là S2= 60cm , chiều cao h2= 25 cm ở nhiệt độ t2. Khi đã cân bằng nhiệt thì đáy dưới của khối trụ song song và cách đáy trong của bình là x = 2cm. Nhiệt độ của nước trong bình khi cân bằng nhiệt là t = 650C. Bỏ qua sự nở vì nhiệt của các chất và sự trao đổi nhiệt với bình và môi trường xung quanh. Biết khối lượng riêng của 3 nước là D = 1000kg/m , nhiệt dung riêng của nước là C1= 4200J/kg.k, của chất làm khối trụ là C2= 2000J/kg.k. a.Tính khối lượng của khối trụ và nhiệt độ t2. b. Phải đặt thêm lên khối trụ một vật có khối lượng tối thiểu bằng bao nhiêu, để khối trụ chạm đáy bình. Câu 3: (5,0 điểm). Cho mạch điện như hình vẽ. Hiệu điện thế UMN = 18V và không đổi. Các điện A trở R =12 , R =4 , R =18 , R =6 , Đ R 1 2 4 5 R1 B E 3 A C R 6 =4 , R3 là một biến trở và điện trở của đèn là Rđ = 3 . Biết vôn kế có điện trở rất lớn và ampe kế có điện trở không đáng kể, bỏ qua điện trở các R2 V dây nối. M N rR6 R4 R5 1. Cho R 3 =21 . Tìm số chỉ của ampe kế, vôn kế (+) F D và công suất tiêu thụ trên đèn. (-) 2. Cho R3 thay đổi từ 0 đến 30 . Tìm R3 để: a) Số chỉ của vôn kế là lớn nhất. Tìm giá trị lớn nhất. b) Công suất tiêu thụ trên R3 là lớn nhất. Tìm giá trị lớn nhất đó.
2. Câu 4 ( 4,0 điểm): Một thanh thẳng AB đồng chất, tiết diện đều có rãnh dọc, khối lượng thanh m = 200g, dài l = 90cm.Tại A, B có đặt 2 hòn bi trên rãnh mà khối lượng lần lượt là m1 = 200g và m2 . Đặt thước (cùng 2 hòn bi ở A, B) trên mặt bàn nằm ngang m vuông góc với mép bàn sao cho phần OA nằm trên mặt bàn m1 2 A B có chiều dài l1 = 30cm, phần OB ở mép ngoài bàn.Khi đó O người ta thấy thước cân bằng nằm ngang (thanh chỉ tựa lên điểm O ở mép bàn) a) Tính khối lượng m2. b) Cùng 1 lúc , đẩy nhẹ hòn bi m 1 cho chuyển động đều trên rãnh với vận tốc v 1 = 10cm/s về phía O và đẩy nhẹ hòn bi m2 cho chuyển động đều với vận tốc v2 dọc trên rãnh về phía O.Tìm v2 để cho thước vẫn cân bằng nằm ngang như trên. Câu 5 (2,0 điểm) Cho các dụng cụ sau: Nguồn điện có hiệu điện thế không đổi; một điện trở R 0 đã biết trị số và một điện trở Rx chưa biết trị số; một vôn kế có điện trở Rv chưa xác định. Hãy trình bày phương án xác định trị số điện trở Rv và điện trở Rx. ĐÁP ÁN Câu Nội dung Điểm Câu 1 a) + Thời gian hai tàu đi được từ khi cách nhau khoảng L đến khi cách L l 1,0 nhau khoảng l là: t . 2v + Tổng quãng đường con Hải Âu bay được đến khi hai tàu cách nhau L l 1,5 một khoảng l là: S ut u . 2v b) + Gọi B1, B2, A1, A2 là vị trí Hải Âu gặp tàu B và tàu A lần 1, lần 2, + Lần gặp thứ nhất: L - Thời gian Hải âu bay từ tàu A tới gặp tàu B tại B1 là: t 1 u v 0,25 A1 B2 B1 - A a1 b1 B AB1 = ut1. - Lúc đó tàu A đến a1: Aa1 = vt1 a1B1 = AB1 – Aa1 = ( u – v )t1 + Lần gặp thứ 2: - Thời gian con Hải âu bay từ B1 đến gặp tàu A tại A1: 0,25 a1B1 (u v) t1 u v t2 t1 (1) u v u v t2 u v
3. + Lần gặp thứ 3: - Thời gian Hải âu bay B1A1 thì tàu B đi khoảng: B1b1 vt2 b1 A1 A1B1 B1b1 t2 (u v) . 0,25 - Thời gian hải âu bay từ A1 đến B2 : b A u v t u v t 1 1 t 3 (2) 3 2 0,25 u v u v t2 u v t t + Từ (1) và (2) 2 3 . t1 t2 + Tổng quát ta có thời gian đi tuân theo qui luật: t2 t3 t3 tn u v u v 0,25 t2 t1 t1 t2 t4 tn 1 u v u v 2 u v u v 0,25 t3 t2 t1 u v u v . n 1 u v 0,25 tn t1 . u v Tổng quãng đường Hải Âu bay được: n 1 u v u v S S1 S2 Sn =u(t1 t2 tn ) ut1 1 u v u v 0,25 n 1 L u v u v u 1 . u v u v u v Câu 2 a)- Khi đáy dưới khối trụ cách đáy bình x = 2cm thì dung tích còn lại 3 của bình (phần chứa): V' = x.S1 + (h1 - x)(S1 - S2) = 920cm < Vnước 0,5 suy ra có một lượng nước trào ra - Lượng nước còn lại trong bình: m = 920g Khi khối trụ đứng cân bằng ta có: P = FA 0,5 10M = dn.V = dn.S2(h1 - x) M = 1,08kg 1,0 - Phương trình cân bằng nhiệt giữa nước trong bình và khối trụ: Cn.m(t1 - t) = C.M(t - t2) 4200.0,92(80 - 65) = 2000.1,08(65-t2) 0 t2 = 38,2 C 0,5 b) Khi chạm đáy bình thì phần vật nằm trong chất lỏng là h1: Vậy phải đặt thêm m' lên khối trụ nên: P + P' F'A 1,0  10(M + m') dN.S2.h1 Thay số tính được m' 0,12kg, vậy khối lượng m' tối thiểu là 0,12kg 1,0
4. Câu 3 1. (2,0 điểm) Ta có sơ đồ mạch điện là: R1 //(R3ntĐ)ntR2//(R4ntR5 )nt R6 R1R3d 12.24 R3đ = R3+Rđ = 21+3 = 24( ); R13đ = 8  0,25 R1 R3d 12 24 R123đ = R13đ+R2 = 8+4 = 12( ); R45 = R4 +R5 =18+6 = 24( ); R123d .R45 12.24 0,25 R12345d 8  ; Rm = R12345d + R6 = 8+4 = 12 ( ) R123d R45 12 24 U 18 + Dòng điện chạy qua mạch là:I 1,5 (A) Rm 12 + Khi đó: U = I.R = 1,5.8 = 12 (v) = U = U ; NF 12345d 45 123đ 0,25 U 45 12 U123d 12 + Dẫn đến I45 = 0,5 (A) =I4 = I5; I123đ = 1 (A) = I13đ R45 24 R123d 12 U13đ = I13đ.R13đ = 1.8 = 8 (v) = U3đ U 3d 8 1 + Do đó: I3đ = (A) = I 3 = Iđ R3d 24 3 1 5 0,25 + Vậy số chỉ của ampe kế là: IA = I3 + I5 = 0,5 (A) 3 6 1 0,25 + Lại có: U3 = I3.R3 = .21 = 7 (V); U5 = I5.R5 = 0,5.6 = 3 (V) 3 + Số chỉ của vôn kế là: UV = UED = U3 – U5 = 7 – 3 = 4 (V) 0,25 2 2 1 1 + Công suất tiêu thụ của đèn là: Pđ = Iđ Rđ = .3 (W) 0,5 3 3 2. (3,0 điểm) R5 D R4 R F R6 0,25 CA 1 R N M 2 R Đ 3 B a) (2,0 điểm). E Đặt R3 = x. R1R3d 12. x 3 Khi đó: R3đ = R3 + Rđ = x + 3 ( ); R13đ =  R1 R3d 15 x 12 x 3 16x 96 R123đ = R13đ +R2 = +4= ( ); R45 =R4+R5 =18+6 0,25 15 x 15 x =24() 16x 96 .24 R123d .R45 15 x 48(x 6) R12345đ =  ; R R 16x 96 5x 57 123d 45 24 15 x 48 x 6 68x 516 Rm = R12345đ + R6 = + 4 = ( ) 0,25 5x 57 5x 57
5. U 9 5x 57 + Dòng điện chạy qua mạch là: I = = I12345đ Rm 34x 258 9 5x 57 48(x 6) 216 x 6 + Khi đó : UNF = I.R12345đ = . = = U45 = 0,25 34x 258 5x 57 17x 129 U123đ 216 x 6 U 45 17x 129 9(x 6) + Dẫn đến I45 = = I4 = I5 R45 24 17x 129 216 x 6 U123d 17x 129 27 15 x I123đ = = I13đ 0,25 R123d 16x 96 2(17x 129) 15 x 27 15 x 12. x 3 162 x 3 U13đ = I13đ.R13đ = . = = U3đ 2(17x 129) 15 x 17x 129 162 x 3 U 3d 17x 129 162 + Do đó: I3đ = = I 3 = Iđ R3d x 3 17x 129 162 9(x 6) + Lại có: U3 = I3.R3 = .x; U5 = I5.R5 = .6 17x 129 17x 129 0,25 + Số chỉ của vôn kế là: 162x 54x 324 108x 324 UED =U U (V) 3 5 17x 129 17x 129 17x 129 0,25 Số chỉ của vôn kế lớn nhất khi x = R3 = 30 ( ) 108x 324 108.30 324 UED = 4,56 (V) 0,25 17x 129 17.30 129 b) (1 ,0 đ). Công suất tiêu thụ của R3 là: 2 2 2 2 162 162 162 0,5 P3 = I3 R3 = .x (W) 17x 129 129 2 17.129 17 x x 2 162 Vậy: PMax = 3 (W); 2 17.129 0,5 Xảy ra khi 17 x 129 x ; x = R3 7,6( ) Câu 4 a) - Các lực tác dụng vào thanh AB gồm: Trọng lượng của thanh AB ( PAB ) tác dụng vào trung điểm của AB 1,0 Trọng luong của vật m1 (P1) , Trọng lượng của vật m2 (P2) Để thanh cân bằng: P1.OA = PAB.(OB – AB/2) + P2.OB 2.0,3 = 2.(0,6 – 0,45) + P2 . 0,6 P2 = 0,5 N . suy ra m2 = 0,05 kg = 50 g 1,0 b)Giả sử thời gian chuyển động của hai vật là 1s. Quãng đường mỗi vật đi được là :
6. Vật 1: s1 = v1.t = 10.1 = 10 cm 1,0 Vật 2: s2 = v2.t = v2.1 = v2 cm Đê thanh AB vẫn cân bằng, ta có: P1.(OA – S1) = PAB.(OB – AB/2) + P2.(OB – S2) 2.( 0,3 – 0,1) = 2.( 0,6 – 0,45) + 0,5. ( 0,6 – v2) 0,4 = 0,3+ 0,3 – 0,5.v2 1,0 0,2 = 0,5 v2 .suy ra : v2 = 0,4 m/s = 40 cm/s Câu 5 Câu 5 + _ a) Cở sở lý thuyết: Xét mạch điện như hình vẽ: Gọi U là hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch U1 là số chỉ của vôn kế. R0 Rx 1,0 Mạch gốm (R1//R0) nt Rx, theo tính chất đoạn mạch nối tiếp ta có: V Rv R0 U R R R R R 1 v0 v 0 v 0 (1) H R R 1 U Rv0 Rx v 0 Rv R0 Rv Rx R0 Rx Rx Rv R0 Xét mạch điện khi mắc vôn kế song song Rx + _ Gọi U2 là số chỉ của vôn kế Mạch gồm R0 nt (Rv//Rx). Theo tính chất đoạn mạch nối tiếp ta có: 1,0 R0 Rx Rv Rx U R R R R R 2 vx v x v x (2) R R U R0 Rvx v x Rv R0 Rv Rx R0 Rx V R0 Rv Rx U1 R0 Chia 2 vế của (1) và (2) => (3) H2 U2 Rx b) Cách tiến hành: Dùng vôn kế đo hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch là U Mắc sơ đồ mạch điện như H1, đọc số chỉ của vôn kế là U1 Mắc sơ đồ mạch điện như H2, đọc số chỉ của vôn kế là U2 Thay U1; U2; R0 vào (3) ta xác định được Rx Thay U1; U; R0; Rx vào (1) Giải phương trình ta tìm được Rv
7. Câu 5 a) Cở sở lý thuyết: Xét mạch điện như hình vẽ: + _ Gọi U là hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch U1 là số chỉ của vôn kế. Mạch gốm (R1//R0) nt Rx, theo tính chất đoạn mạch nối tiếp ta có:R0 Rx Rv R0 U R R R R R 1 v0 v 0 v 0 (1) V R R U Rv0 Rx v 0 Rv R0 Rv Rx R0 Rx Rx Rv R0 H1 Xét mạch điện khi mắc vôn kế song song Rx + _ Gọi U2 là số chỉ của vôn kế Mạch gồm R0 nt (Rv//Rx). Theo tính chất đoạn mạch nối tiếp ta có: R0 Rx Rv Rx U R R R R R 2 vx v x v x (2) R R U R0 Rvx v x Rv R0 Rv Rx R0 Rx R0 V Rv Rx U1 R0 Chia 2 vế của (1) và (2) => (3) H2 U2 Rx b) Cách tiến hành: Dùng vôn kế đo hiệu điện thế 2 đầu đoạn mạch là U Mắc sơ đồ mạch điện như H1, đọc số chỉ của vôn kế là U1 Mắc sơ đồ mạch điện như H2, đọc số chỉ của vôn kế là U2 Thay U1; U2; R0 vào (3) ta xác định được Rx Thay U1; U; R0; Rx vào (1) Giải phương trình ta tìm được Rv