Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2010-2011 - Phòng giáo dục và đào tạo thành phố Vĩnh Yên (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2010-2011 - Phòng giáo dục và đào tạo thành phố Vĩnh Yên (Có đáp án)

1. PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI NĂM HỌC 2010-2011 THÀNH PHỐ VĨNH YÊN ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ LỚP 9 Thời gian làm bài: 150 phút Câu 1 (2,5 điểm) Trên một đoạn đường thẳng có ba người cùng bắt đầu chuyển động: một người đi xe máy với vận tốc 30km/h, một người đi xe đạp với vận tốc 20km/h và một người chạy bộ. Ban đầu, người chạy bộ cách người đi xe đạp một khoảng bằng một phần tư khoảng cách từ người đó đến người đi xe máy. Giả thiết chuyển động của ba người là những chuyển động thẳng đều. Hãy xác định vận tốc của người chạy bộ để sau đó cả 3 người cùng gặp nhau tại một điểm? Câu 2 (2 điểm) Nung nóng một thỏi đồng hình lập phương cạnh a=10cm rồi đặt thẳng đứng vào trong một nhiệt lượng kế bằng đồng đáy là hình vuông cạnh b = 20 cm, thành thẳng đứng, khối lượng 200g. Khi có sự cân bằng nhiệt, đổ từ từ nước có sẵn trong phòng vào nhiệt lượng kế. Để mức nước trong nhiệt lượng kế ngang bằng đáy trên của thỏi đồng thì cần phải đưa vào đó 3,5 kg nước. Nhiệt độ cuối cùng trong nhiệt lượng kế là 50 OC. Hãy xác định nhiệt độ của thỏi đồng trước khi bỏ vào nhiệt lượng kế. Biết nhiệt độ nơi làm thí nghiệm là 20OC; nhiệt hóa hơi của nước L = 2,3.106 J/kg; khối lượng riêng của đồng D=8900kg/m 3; nhiệt dung riêng của nước và đồng lần lượt là C1 = 4200j/kg.K và C2 = 400j/kg.K. Câu 3 (2 điểm) Dùng dây dẫn điện để tải điện từ đường dây điện ngoài đường có hiệu điện thế không đổi là 220V vào nhà một gia đình. Trong nhà, khi đang thắp sáng một bóng đèn điện mà cắm vào ổ cắm thêm một bàn là thì thấy bóng đèn điện kém sáng hơn trước. a) Em hãy giải thích hiện tượng trên. b) Khi gia đình đó sử dụng một bóng đèn điện có số ghi 220V-100W thì công suất tiêu thụ điện thực tế của đèn điện là 81W. Hỏi công suất tiêu thụ điện thực tế của chiếc bàn là có số ghi 220V- 1000W khi nó được cắm vào ổ cắm để sử dụng đồng thời với bóng đèn điện trên? Câu 4 (2 điểm) Chiếu một chùm ánh sáng song song có bề rộng a qua mặt bên một chiếc hộp, bên trong có 02 dụng cụ quang học được học trong chương trình vật lý trung học cơ sở ghép với nhau. Mặt bên kia của hộp có chùm ánh sáng ló là một chùm ánh sáng song song với chùm ánh sáng tới và bề rộng cũng là a. Hãy cho biết các dụng cụ và cách sắp đặt chúng trong hệ quang học nói trên. Minh họa bằng hình vẽ và lý giải. Câu 5 (1,5điểm) Dùng một động cơ điện có công suất không đổi là 5kW kéo kiện hàng có khối lượng 500kg từ dưới thuyền lên bờ sông, theo đường máng nghiêng gồm nhiều mặt phẳng nghêng có cùng độ cao h ghép nối tiếp. Bờ sông có độ cao so với thuyền là H=35m. Mặt phẳng nghiêng đầu tiên lập với phương nằm ngang 30 O, mặt phẳng nghiêng liền sau có góc nghiêng tăng hơn mặt phẳng nghiêng liền trước 5 O và mặt nghiêng cuối cùng có góc nghiêng 60O. Hỏi: a) Thời gian để kéo 01 kiện hàng từ dưới thuyền lên đến bờ sông. b) Vận tốc của kiện hàng ở mặt nghiêng đầu tiên và ở mặt nghiêng cuối cùng? Bỏ qua ma sát. Lấy 3 1,73 Giáo viên coi thi không giải thích gì thêm.
2. PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ VĨNH YÊN MÔN VẬT LÝ LỚP 9 NĂM HỌC 2010-2011 A-Lưu ý: Có thể chia nhỏ hơn điểm đã phân phối cho các ý. Điểm mỗi câu và điểm toàn bài làm tròn đến 0,25 theo quy tắc làm tròn số. Học sinh có thể có cách giải khác nhau, nhưng phương pháp giải và kết quả đúng thì vẫn cho điểm theo phân phối điểm tương ứng trong hướng dẫn chấm. B-Sơ bộ lời giải và cách cho điểm: Nội dung cho điểm điểm Câu 1: Gọi A, B, C lần lượt là tên và vị trí ban đầu của người đi xe máy, người đi xe đạp và người chạy bộ; vận tốc của người đi xe máy, người đi xe đạp và người chạy bộ lần lượt là v 1, v2 , v3 và khoảng cách giữa người chạy bộ và người đi xe máy là L, hướng chuyển động theo chiều mũi tên. Xét các trường hợp: Yêu cầu trình bày tối thiểu 04 trường hợp * Trường hợp thứ nhất: A, B chuyển ngược chiều, hướng về nhau, C ở trong khoảng AB, chuyển động cùng chiều A 0.5 A C B L 5L L L A và B gặp nhau sau thời gian t 4 4 (1) (v1 v2 ) 50 40 L L C và B gặp nhau sau thời gian t 4 (2) (v1 v3 ) 4(20 v3 ) Từ (1) và (2) v3= 10 km/h <0 Nghiệm bị loại *Trường hợp thứ hai: A, B chuyển ngược chiều, hướng về nhau, C ở trong khoảng AB, chuyển động cùng chiều B A C B 0.5 L L A và C gặp nhau sau thời gian t (3) (v1 v3 ) (30 v3 ) Từ (1) và (3) v3= 10 km/h. *Trường hợp thứ ba: A, B chuyển cùng chiều, C ở ngoài AB và gần B hơn, chuyển động cùng chiều A, B A B C Khi gặp nhau, người chạy bộ đã đi quãng đường s= v 3.t, xe máy đi quãng đường L v3.t L còn xe đạp đi quãng đường v3.t 4 0.5 L v .t L v .t A và C gặp nhau sau thời gian t 3 3 (1/) v1 30 L L v3.t v3.t B và C gặp nhau sau thời gian t 4 4 (2/) v2 20 / / Từ (1 ) và (2 ) v3= 16,75 km/h (giá trị này chấp nhận vì là “chạy” không phải “đi”) *Trường hợp thứ tư : A, B chuyển cùng chiều, C ở ngoài AB và gần B hơn, chuyển động 0.5 ngược chiều A, B
3. A B C L L A gặp C sau thời gian t (1//); B gặp C sau thời gian t 4 (2//) 30 v3 20 v3 // // Từ (1 ), (2 ) v3= -16,7 km/h < 0 . Nghiệm bị loại Kết luận: vận tốc người chạy bộ: Nếu: (nhắc lại trường hợp 2) thì vận tốc là 10km/h; Nếu: (nhắc lại trường hợp 3) thì vận tốc là 16,7km/h 0.5 Các trường hợp khác đều vô nghiệm hoặc bị loại Câu 2: Một số tính toánvà phân tích hiện tượng: Thể tích và khối lượng thỏi đồng là V = a3= 10-3m3 và m=V .D = 8,9kg 1 2 1 Thể tích trống bên trong nhiệt lượng kế xung quanh thỏi đồng là V/ = b2.a – a3 = 3.10-3m3. Số nước cuối cùng trong nhiệt lượng kế là m1= 3kg < 3,5kg. Như vậy đã có lượng nước bị hóa hơi trong quá trình thí nghiệm, lượng đó là m2 =0,5 kg. Gọi nhiệt độ ban đầu của thỏi đồng là t, nhiệt độ cuối cùng là t2. Các phương trình sau khi đã thay số: -Nhiệt lượng tỏa ra do thỏi đồng tỏa nhiệt: Q = m.C2 (t- t2)= 8,9.400 (t-50)=3560(t-50) -Nhiệt lượng các quá trình thu nhiệt: O O 0.5 +m2 kg nước tăng từ t1=20 C lên 100 C và hóa hơi: 6 Q1= 0,5.4200 (100-20) + 0,5. 2,3.10 = 1318000(J) O O +m1 kg nước và nhiệt lượng kế tăng từ 20 C lên 50 C : Q2= (3.4200+0,2.400).(50-20) = 380400(J) Phương trình cân bằng nhiệt:Q= Q+ Q 2 0.5 Thay số tính ra t = 527OC. Câu 3 a) Đường dây dẫn điện từ đường vào nhà có điện trở R d. Khi sử dụng điện thì có độ giảm 2 / 0.25 hiệu điện thế trên đường dây dẫn vào nhà U d = I .Rd. Hiệu điện thế tại ổ cắm trong nhà là U / 2 khi đó nhỏ hơn hiệu điện thế đường dây ngoài đường U: U = U-Ud = U- I .Rd. Đang thắp sáng bóng đèn điện, sử dụng thêm bàn là, điện trở tương đương của đoạn mạch R .R bóng đèn-bàn là:R 1 2 ; R R và R R (nhỏ hơn điện trở của đèn và nhỏ hơn điện td R R td 1 td 2 1 2 0.25 trở của bàn là). Vì vậy cường độ dòng điện trên đường dây dẫn trong trường hợp này tăng, 2 dẫn đến độ giảm hiệu điện thế trên đường dây dẫn điện vào nhà (U d = I .Rd)tăng và hiệu điện / 2 thế thực tế tại ổ cắm trong nhà (U = U-Ud = U- I .Rd) giảm . Bóng đèn kém sáng hơn trước. 2 U 2 b) Các công thức tính công suất: P =UI =I R (*) Áp dụng điện trở đènR1= 484 (Ω) 0.25 R Áp dụng (*) tính hiệu điện thế thực tế tại ổ cắm trong nhà khi sử dụng đèn: U 198 0.25 U P R 81.484 198V ; CĐDĐ thực tế I A 1 tt R 484 Độ giảm HĐT trên dây dẫn và điện trở dây dẫn từ đường vào nhà: Ud = U-U1=22V, Ud 22 484 Điện trở dây dẫn: Rd Ω 0.25 I 198 9 484 Áp dụng (*) tính điện trở của bàn là: R2 = 48,4 Ω R R 1 2 0.25 Khi dùng chung, điện trở tương đương của bàn là và bóng đèn: R td = 44 Ω R1 R2
4. Hiệu điện thế thực tế tại ổ cắm đèn và bàn là U2 tính theo hệ phương trình: / Rd Ud / ;Ud U2 U Tính ra U2 = 99 V 0.5 Rtd U2 Áp dụng (*) tính được công suất thực tế của bàn là trong trường hợp này: P/= 202,5 W Câu 4: Yêu cầu trình bày tối thiểu 03 trường hợp( Xác định dụng cụ và vẽ hình đúng được 1 một nửa số điểm, lý giải được một nửa số điểm) (Trình +Trường hợp 1 : * Hai thấu kính hội tụ cùng tiêu cự bày f, đặt cùng trục, tiêu điểm ảnh của thấu kính 1 đúng trùng tiêu điểm vật của thấu kính 2 . 01 *Lý giải: trường - Chứng minh chùm ánh sáng ló là chùm sáng hợp song song: Chùm sáng tới hội tụ tại F1; F1 trùng F2 . đầu - Bề rộng bằng bề rộng chùm sáng tới: (xét 2 tam giác bằng tiên nhau-tự đặt tên 2 tam giác-mỗi tam giác hợp bởi 2 tia cho 1 sáng biên với từng thấu kính) điểm) +Trường hợp 2 : * Hai gương phẳng đặt chếch 450, quay mặt sáng vào nhau. (kính tiềm vọng). *Lý giải: - Chứng minh chùm ánh sáng ló là chùm sáng 0.5 song song: Chùm sáng song song tới gương phẳng, chùm phản xạ cũng là chùm sáng song song. - Bề rộng bằng bề rộng chùm sáng tới: (xét 2 tam giác bằng nhau-tự đặt tên 2 tam giác-mỗi tam giác hợp bởi 2 tia sáng biên với mỗi gương phẳng) +Trường hợp 3: *Thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ Có cùng tiêu cự, ghép sát, đồng trục- thấu kính hội tụ đứng trước hoặc đứng sau. *Lý giải: - Chứng minh chùm ánh sáng ló là chùm sáng song song: 0.5 Chùm sáng tới hội tụ tại F1; F1 trùng F2 . - Bề rộng bằng bề rộng chùm sáng tới (do ghép sát nên chùm sáng ló qua thấu kính thứ nhất gặp ngay thấu kính thứ 2- bề rộng không thay đổi) Câu 5 a) Không có ma sát, công thực hiện kéo 01 kiện hàng theo mặt nghiêng bằng công kéo 01 kiện hàng theo phương thẳng đứng lên cùng độ cao H : A= P.H = mgH = 500.10.35=175.000J 0.5 A 175000 Thời gian cần thiết kéo hàng: A=N.t t 35(s) N 5000 b)Dễ dàng tính được có 7 mặt phẳng nghiêng. Độ cao mỗi mặt phẳng nghiêng là 5m. Thời gian cần thiết kéo kiện hàng trên một mặt phẳng nghiêng: A 25000 0.5 A=N.t t 5(s) N 5000 Độ dài mặt phẳng nghiêng đầu tiên và cuối cùng lần lượt là: h h h Từ s s và s . Thay số s1 = 10 m ; s2 = 5,78 m 0.5 sin 1 sin 300 2 sin 600 Vận tốc của kiện hàng trên mỗi mặt phẳng nghiêng tương ứng là v1 = 2m/s ; v2 = 1,16 m/s