Đề luyện thi học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 9 năm 2020 - Đề số 20 - Phan Hồ Nghĩa (Có đáp án)

Nội dung text: Đề luyện thi học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 9 năm 2020 - Đề số 20 - Phan Hồ Nghĩa (Có đáp án)

1. Luyện thi HSG VL 9 năm 2015 | Gv. Phan Hồ Nghĩa [*], Trường THPT Chuyên Hùng Vương, Tp. PleiKu, Gia Lai ĐỀ 020 Câu 1: (1,5 điểm). Một thanh cứng, mảnh AB có chiều dài = 2m dựng đứng sát bức tường thẳng đứng (hình B vẽ). Ở đầu A của thanh có một con kiến. Khi đầu A của thanh bắt đầu chuyển động trên sàn ngang về bên phải theo phương vuông góc với bức tường thì con kiến cũng bắt đầu bò dọc theo thanh. Đầu A chuyển động thẳng đều với vận tốc v1 = 0,5 cm/s so với sàn kể từ vị trí tiếp xúc với bức tường. Con kiến bò thẳng đều với vận tốc v2 = 0,2 cm/s so với thanh kể từ đầu A. A Tìm độ cao cực đại của con kiến đối với sàn ngang. Biết rằng đầu b của thanh luôn tiếp xúc với tường thẳng đúng. Câu 2: (2 điểm). a) Một cục nước đá đóng băng có chứa một mẩu chì nhỏ bên trong. Phần nước đóng băng có khối lượng M = 0,1 kg, mẩu chì có khối lượng m = 5 g. Cục nước đá đóng băng này được thả nổi trên mặt nước trong một bình đậy kín. Nhiệt độ nước trong bình và cục nước đá được giữ không đổi bằng 00C. Phải cung cấp một nhiệt lượng bằng bao nhiêu cho cục nước đá để nó bắt đầu chìm xuống nước? Cho biết khối lượng riêng của chì, của nước đá và của nước lần lượt là: 11,3 g/cm3; 0,9 g/cm3 và 1 g/cm3; nhiệt nóng chảy của nước đá là 3,3.105 J/kg. b) Một bình có đáy là mặt phẳng ngang được đặt trên mặt phẳng ngang. Trong bình này có chứa hai chất lỏng không trộn lẫn vào nhau được. Khối lượng riêng của các chất lỏng là D1 và D2, bề dày của các lớp chất lỏng tương ứng là h1 và h2. Từ mặt thoáng của chất lỏng trong bình, người ta thả không vận tốc ban đầu một vật nhỏ, vật này chạm tới đáy bình đúng và lúc vận tốc của vật bằng không. Tìm khối lượng riêng của chất làm vật nói trên. Biết rằng vật rơi theo phương thẳng đứng. Bỏ qua lực cản của chất lỏng. Câu 3: (2,5 điểm). M N R5 Cho mạch điện như hình vẽ bên. Trong đó R1 = R4 _ + = 1; R2 = R3 = R5 = 3; vôn kế có điện trở rất R1 C R3 lớn. Khi đặt lên hai đầu MN một hiệu điện thế UMN A B = U không đổi thì thấy: K mở vôn kế chỉ 1,2 V; K V đóng vôn kế chỉ 0,75 V. Biết rằng các dây nối và khóa K có điện trở không đáng kể. Coi các điện R2 R4 trở không thay đổi theo nhiệt độ. D a) Tìm U và R6. R6 K b) K đóng, thay vôn kế bằng ampe kế có điện trở không đáng kể. Tìm số chỉ của ampe kế này. Câu 4: (2 điểm). a) Cho mạch điện như hình bên. Các R1 M R2 | Facebook: fb.com/phanhonghia điện trở có giá trị R1 = R4 = 2; R2 = 4; R3 A B 1 = 6, R5 là một điện trở có giá trị xác định R5 khác không. Khi đặt lên hai đầu đoạn mạch Page R3 R4 Website: VATLI.EU | DAYHOCVATLI.COM – eMail: nghiaphan@moet.edu.vn * Nick Y!M & Skype: phanhonghiaN * Mobile: +84914 171 299 [*] Năm 2010 trúng tuyển học bổng toàn phần du học tại Liên bang Nga. Năm 2012 tốt nghiệp Thạc sĩ Vật Lí theo chương trình chuẩn Châu Âu
2. Luyện thi HSG VL 9 năm 2015 | Gv. Phan Hồ Nghĩa [*], Trường THPT Chuyên Hùng Vương, Tp. PleiKu, Gia Lai AB một hiệu điện thế không đổi (UAB > 0) thì cường độ dòng điện qua R2 là 1A. Biết rằng các dây nối có điện trở không đáng kể. Coi các điện trở không thay đổi theo nhiệt độ. Tìm cường độ dòng điện qua R3. b) Cho một nam châm chữ U và một bóng đèn dây tóc đang được thắp sáng. Biết rằng dòng điện qua bóng đèn có cường độ lớn, dấy tóc bóng đèn đủ bền. Nêu cách xác định dòng điện qua bóng đèn trên là dòng một chiều hay dòng xoay chiều? Giải thích cách xác định đó. Câu 5: (2 điểm). Một nguồn sáng điểm S đặt tại tiêu điểm của một thấu kính hội tụ có tiêu cự 12 cm. Trên màn ảnh đặt sau thấu kính, vuông góc với trục chính của thấu kính, cách thấu kính một khoảng = 5f người ta thu được một hình tròn sáng có bán kính r. Phải dịch nguồn sáng S dọc theo trục chính của thấu kính một đoạn bằng bao nhiêu và theo chiều nào để trên màn thu được hình tròn sáng có bán kính R = 3r? ___ | Facebook: fb.com/phanhonghia 2 Page Website: VATLI.EU | DAYHOCVATLI.COM – eMail: nghiaphan@moet.edu.vn * Nick Y!M & Skype: phanhonghia * Mobile: +84914 171 299 [*] Năm 2010 trúng tuyển học bổng toàn phần du học tại Liên bang Nga. Năm 2012 tốt nghiệp Thạc sĩ Vật Lí theo chương trình chuẩn Châu Âu
3. Luyện thi HSG VL 9 năm 2015 | Gv. Phan Hồ Nghĩa [*], Trường THPT Chuyên Hùng Vương, Tp. PleiKu, Gia Lai ĐÁP ÁN Câu 1: (1,5 điểm). + Khi đầu A của thanh di chuyển từ A đến A’ thì con kiến di chuyển từ A’ đến K trong cùng một B khoảng thới gian. ’ S ' v0,5 B + Khi đó: AA 1 2,5 S v0,2 AK' 2 + Nếu quãng đường con kiến di chuyển S = x AK' K   S = 2,5x. AA' ’ + Độ dài đoạn AB là: A’ AB’2 = 22 – (2,5x)2 = 4 – 6,25x2. A H K A K ' H + Dẫn đến: A B A''' B AKx'22   HKABx2'22 .46,25. = - 1,5625x4 + x2. AB''2 4 b 1 + Để HK có giá trị Max thì x2 = 0,32 22.1,5625a + Khi đó: Max HK = 1,5625.0,322 0,32 = 0,4 (m). Câu 2: (2 điểm). Gọi nước đá còn sót lại bao quanh mẩu chì là x g. + Thể tích của nước đá còn lại và mẩu chì lần lượt là: mxd 3 mc 5 3 Vđ = (cm ) và Vc = (cm ). Dd 0,9 Dc 11,3 + Để cục nước đá chứa chì bắt đầu chìm thì khối lượng riêng trung bình của nước đá chì bằng khối lượng riêng của nước. mxdc 5 Dđc = Dn   11   x 41 (g). v x 5 dc 0,911,3 + Khối lượng nước đá đã tan là: m = M – x = 100 – 41 = 59 (g). + Nhiệt lượng cần cung cấp để làm m g nước đá tan ra là: Q = m. = 0,059.3,3.105 = 19470 (J). b) Do vận tốc ban đầu và vận tốc của vật khi chạm đáy bình bằng 0, lại bỏ qua lực ma sát nên theo định luật về công. Công sinh ra làm cho vật chìm trong chất lỏng 1 bằng công sinh ra làm cho vật chìm trong chất lỏng 2. + Giả sử D1 > D2 và khối lượng riêng cần tìm của vật là D. + Theo định luật về công: A1 = A2.  (P – FA1).h1 = (FA2 – P).h2  (10.DV – 10.D1V).h1 = (10.D2V – 10.DV).h2 | Facebook: fb.com/phanhonghia  Dh1 – D1h1 = D2h2 – Dh2 3 D1 h 1 D 2 h 2  D = . Page hh12 Website: VATLI.EU | DAYHOCVATLI.COM – eMail: nghiaphan@moet.edu.vn * Nick Y!M & Skype: phanhonghia * Mobile: +84914 171 299 [*] Năm 2010 trúng tuyển học bổng toàn phần du học tại Liên bang Nga. Năm 2012 tốt nghiệp Thạc sĩ Vật Lí theo chương trình chuẩn Châu Âu
4. Luyện thi HSG VL 9 năm 2015 | Gv. Phan Hồ Nghĩa [*], Trường THPT Chuyên Hùng Vương, Tp. PleiKu, Gia Lai Câu 3: (2,5 điểm). * Khi K mở, mạch trở thành:  R13245 ntRRntRntR //  . + Khi đó ta có: R13 = R1 + R3 = 1 + 3 = 4 () R24 = R2 + R4 = 1 + 3 = 4 ( ) RR1324.4.4 R// =  2 RR1324 44 Rm = R// + R5 = 2 + 3 = 5  UU + Dòng điện chạy qua mạch là: I = (A) = I// Rm 5 UU2 + Hiệu điện thế đoạn mạch song song là: U// = I//.R// = .2 (V) = U13 = U24. 55 + Khi đó dòng điện chạy qua R13 và R24 lần lượt là: 2U UU13 5 I13 = (A) = I1 = I3. R13 4 10 2U UU24 5 I24 = (A) = I2 = I4. R24 410 + Hiệu điện thế của R1 và R2 lần lượt là: UU UU3 U1 = I1.R1 = .1 (V) ; U2 = I2.R2 = .3 (V). 1010 1010 3UU + Vậy: U2 – U1 = 1,2   1,2   U = 6(V). 1010 Khi K đóng mạch trở thành:  R132465 ntRR / ntRRntR // /  . RRx//6.2 + Theo câu a thì R1234 = R// = 2    R//6 =  . RRx//6 2 256xx + Điện trở của mạch là: R = R//6 + R5 = 3 . 22 xx U 6 6. x 2 + Dòng điện chạy qua mạch: I = (A) = I//6. Rx56x 56 x 2 6.2 x 212xx + Hiệu điện thế của R//6 là: U//6 = I//6.R//6 = . (V) = U13 = U24. 56256xxx + Dòng điện chạy qua R13, R24 lần lượt là: 12x Ux13 56x 3 I13 = (A) = I1 = I3. | Facebook: fb.com/phanhonghia Rx13 4 5 6 4 Page Website: VATLI.EU | DAYHOCVATLI.COM – eMail: nghiaphan@moet.edu.vn * Nick Y!M & Skype: phanhonghia * Mobile: +84914 171 299 [*] Năm 2010 trúng tuyển học bổng toàn phần du học tại Liên bang Nga. Năm 2012 tốt nghiệp Thạc sĩ Vật Lí theo chương trình chuẩn Châu Âu
5. Luyện thi HSG VL 9 năm 2015 | Gv. Phan Hồ Nghĩa [*], Trường THPT Chuyên Hùng Vương, Tp. PleiKu, Gia Lai 12x Ux24 56x 3 I24 = (A) = I2 = I4. Rx24 456 + Hiệu điện thế của R1 và R2 lần lượt là: 33xx 39xx U1 = I1.R1 = .1 (V) ; U2 = I2.R2 = .3 (V). 5 6xx 5 6 5 6xx 5 6 93xx + Vậy: U2 – U1 = 0,75   0,75   x = R6 = 2(). 5656xx b) Khi K đóng thay vôn kế bằng ampe kế mạch trở thành:  RRntRRRntR123465/ // // /  . RR12. 1.3 + Ta có: R12 = 0,75  RR12 13 RR34. 1.3 R24 = 0,75  RR34 13 R1234 = R12 + R34 = 0,75 + 0,75 = 1,5  . RR1234. 6 1,5.2 6 R// =  . RR1234 6 1,5 2 7 627 R = R// + R5 = 3 . 77 U 614 + Dòng điện chạy qua mạch là: I = (A) = I//. R 27 9 7 1464 + Hiệu điện thế của đoạn mạch song song là: U// = I//.R// = . (V) = U1234. 973 4 U1234 3 8 + Dòng điện chạy qua R1234 là: I1234 = (A) = I12 = I34. R1234 1,59 + Hiệu điện thế của R12 và R34 lần lượt là: 82 U12 = I12.R12 = .0,75 (V) = U1 = U2. 93 U34 = I34.R34 = (V) = U3 = U4. + Dòng điện chạy qua R1 và R3 lần lượt là: 2 2 U1 3 2 U3 3 2 I1 = (A) I3 = (A). R1 13 R3 39 | Facebook: fb.com/phanhonghia 2 2 4 + Vậy dòng điện chạy qua ampe kế là: IA = I1 – I3 = (A). 5 3 9 9 Câu 4: (2 điểm). Page Giả sử chiều dòng điện chạy qua R5 đi từ M đến N. Website: VATLI.EU | DAYHOCVATLI.COM – eMail: nghiaphan@moet.edu.vn * Nick Y!M & Skype: phanhonghia * Mobile: +84914 171 299 [*] Năm 2010 trúng tuyển học bổng toàn phần du học tại Liên bang Nga. Năm 2012 tốt nghiệp Thạc sĩ Vật Lí theo chương trình chuẩn Châu Âu
6. Luyện thi HSG VL 9 năm 2015 | Gv. Phan Hồ Nghĩa [*], Trường THPT Chuyên Hùng Vương, Tp. PleiKu, Gia Lai + Hiệu điện thế của R2 là: U2 = I2.R2 = 1.4 = 4(V). + Tại điểm M: I5 = I1 – 1 Tại điểm N: I5 = I4 – I3. + Khi đó: I1 – 1 = I4 – I3   I1 – I4 = 1 – I3 (*) + Lại có: U1 + U2 = U3 + U4  2I1 + 4 = 6I3 + 2I4   I1 – I4 = 3I3 – 2 ( ) + Từ (*) và ( ) có: 1 – I3 = 3I3 – 2   I3 = 0,75(A). b) Như ta đã biết một dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường không song song với các đường sức từ có lực từ tác dụng lên nó. * B1: Đặt bóng đèn dây tóc vào giữa hai cực của nam châm chữ U sao cho dây tóc bóng đèn vuông góc với các đường sức từ. * B2: Quan sát dây tóc bóng đèn: + Nếu dây tóc bóng đèn cong về một phía so với ban đầu thì dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn là dòng một chiều, (có lực từ tác dụng lên dây tóc). + Nếu dây tóc bóng đèn vẫn đứng yên thì dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn là dòng xoay chiều, (lực từ tác dụng lên dây tóc đổi chiều không kịp theo sự đổi chiều qúa nhanh của dòng điện). Câu 5: (2 điểm). Một nguồn sáng đặt tại tiêu điểm cho chùm tia ló song song với trục chính, ảnh của nguồn sáng ở xa vô cùng. Ta có hình vẽ sau: S O r F F’ Theo bài toán xảy ra hai trường hợp sau: `* Trường hợp 1: Nếu điểm sáng S di chuyển ra xa thấu kính một đoạn SS’ = d. Ta có sơ đồ tạo ảnh sau: 3r FP S O H ’ F F S’ | Facebook: fb.com/phanhonghia 6 Page Website: VATLI.EU | DAYHOCVATLI.COM – eMail: nghiaphan@moet.edu.vn * Nick Y!M & Skype: phanhonghia * Mobile: +84914 171 299 [*] Năm 2010 trúng tuyển học bổng toàn phần du học tại Liên bang Nga. Năm 2012 tốt nghiệp Thạc sĩ Vật Lí theo chương trình chuẩn Châu Âu
7. Luyện thi HSG VL 9 năm 2015 | Gv. Phan Hồ Nghĩa [*], Trường THPT Chuyên Hùng Vương, Tp. PleiKu, Gia Lai OS1OSOS5''''' rS HS Hf + Ta có:  S' Hr 331344 5 f  OS’ = d’ = = 1,25.f 4 11111 + Do S’ là ảnh thật nên:  d = 5f. fdddf ' 1,25 + Vậy điểm S dịch chuyển ra xa thấu kính một đoạn: d = d – f = 5f – f = 4f = 4.12 = 48 (cm) * Trường hợp 2: Nếu điểm sáng S di chuyển ra xa thấu kính một đoạn SS’ = d. Ta có sơ đồ tạo ảnh sau: 3r FP S’ S O H F’ F + Tương tự ta cũng có OS’ = d’ = = 1,25.f 11111 5 + Mà S’ là ảnh ảo nên: d = f. fdddf ' 1,25 9 + Vậy điểm S dịch chuyển lại gần thấu kính một đoạn: 5 4 4 16 d = f – d = f – f = f = .12 = (cm). 9 9 9 3 | Facebook: fb.com/phanhonghia 7 Page Website: VATLI.EU | DAYHOCVATLI.COM – eMail: nghiaphan@moet.edu.vn * Nick Y!M & Skype: phanhonghia * Mobile: +84914 171 299 [*] Năm 2010 trúng tuyển học bổng toàn phần du học tại Liên bang Nga. Năm 2012 tốt nghiệp Thạc sĩ Vật Lí theo chương trình chuẩn Châu Âu