Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2013-2014 - Phòng giáo dục và đào tạo huyện Yên Định (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2013-2014 - Phòng giáo dục và đào tạo huyện Yên Định (Có đáp án)

1. PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI HUYỆN YÊN ĐỊNH ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ LỚP 9 ĐỀ CHÍNH THỨC Ngày thi: 20 tháng 02 năm 2014 Thời gian làm bài: 150 phút Câu 1 (4 điểm) Hàng ngày một ô tô chở gạo đi từ địa điểm A đến địa điểm B. Khi đi ô tô chở đầy gạo, sau khi dỡ hÕt hàng xuống tại B ô tô lại quay về A để nhận hàng. Trong mỗi hành trình ô tô chuyển động đều với vận tốc tối đa có thể đạt được và thời gian lượt đi nhiều hơn thời gian lượt về là 10 phút. Trong một lần đi từ B về A, ô tô cứ chạy 10 phút lại nghỉ 10 phút, chặng cuối ô tô đi trong thời gian 5 phút và về đến A muộn hơn bình thường là 20 phút. Hãy: a) Dùng kiến thức vật lý về công suất để giải thích tại sao trong điều kiện bình thường ô tô đi từ A đến B mất nhiều thời gian hơn khi đi theo chiều ngược lại. b) Cho biết tỷ số giữa hai giá trị vận tốc của ô tô khi chở gạo và khi không chở gạo. c) Chứng tỏ rằng quãng đường AB không thể có độ dài tới 100km. Câu 2 (4 điểm) Ống thủy tinh hình chữ U có các nhánh hình trụ, dài, thành mỏng, chia vạch đặt thẳng đứng, chứa nước. Người ta đổ dầu có khối lượng riêng D2 vào nhánh B, chiều cao cột dầu là h2 = 10cm và mặt thoáng của dầu so với mặt thoáng của nước có độ cao chênh lệch là h 2/5. Đổ tiếp một chất lỏng có khối lượng riêng D 3 nhỏ hơn khối lượng riêng của nước vào nhánh A. Khi cột chất lỏng có chiều cao h 3 = 5 cm thì mặt thoáng của nó có độ 3 cao chênh lệch với mặt thoáng của dầu là Δh = 0,5cm. Cho khối lượng riêng của nước D1 = 1000kg/m . Hãy: a) Xác định khối lượng riêng D2 của dầu . b) Xác định khối lượng riêng D3 của chất lỏng. c) Nếu h3 = 10 cm, Δh=1cm thì khối lượng riêng D3 của chất lỏng có giá trị nào? Câu 3 (3 điểm) Hãy trả lời các câu hỏi sau: 1) Vì sao máy biến thế chỉ sử dụng dòng điện xoay chiều mà không sử dụng dòng điện nguồn pin hay acqui ? 2) Tăng điện áp (hiệu điện thế) từ 220V lên 22kV trước khi truyền tải điện đi xa thì có lợi gì ? 3) Cực từ Bắc và cực từ Nam của Trái đất nằm ở sát vị trí địa lí nào? Lấy căn cứ nào để chứng tỏ các khẳng định trên là đúng? Câu 4 (4 điểm) Hai gương phẳng AB và CD cùng chiều dài L (cm), đặt thẳng đứng, song song, hai mặt sáng quay vào nhau, cách nhau d = L/3. Điểm sáng S nằm trên đường AC vuông góc 2 gương, cách đều các mép A và C. a)Nêu cách vẽ đường đi của tia sáng xuất phát từ S gặp gương AB tại I, phản xạ gặp gương CD tại K và tiếp tục phản xạ tới gương AB tại B. Tính theo L độ dài đường đi SIKB của tia sáng . b)Giữ nguyên vị trí hai gương và S, giả sử độ dài hai gương rất lớn.Xét tia sáng SM xuất phát từ S tới gương AB và lập với gương một góc 60 0.Cho gương AB quay một góc α rất nhỏ quanh trục vuông góc mặt phẳng tới đi qua A, để tia phản xạ tại gương AB chắc chắn không gặp gương CD thì gương CD phải quay quanh trục vuông góc mặt phẳng tới đi qua C một góc có giá trị bao nhiêu? B Câu 5 (5 điểm) Þ Þ A + - R Cho mạch điện như hình vẽ (Hình.1). 4 R5 Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là 20V luôn không đổi. R3 R1 Biết R1 = 3 , R2 = R4 = R5 = 2 , R3 = 1 . Điện trở của ampe kế và dây nối không đáng kể. K R 1/ Khi khoá K mở. Tính : 2 a) Điện trở tương đương của cả mạch. A b) Số chỉ của ampe kế. (Hình. 1) 2/ Thay điện trở R2 và R4 lần lượt bằng điện trở Rx và Ry, khi khoá K đóng và mở ampe kế đều chỉ 1A. Tính giá trị của điện trở Rx và Ry trong trường hợp này. Giám thị coi thi không giải thích gì thêm.
2. PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI HUYỆN YÊN ĐỊNH MÔN VẬT LÝ LỚP 9 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- lời giải và cách cho điểm: Nội dung điểm Câu 1: (4 điểm) 4 Điểm a) Gọi chiều dài quãng đường AB là S, vận tốc lượt đi và lượt về lần lượt là v 1 và v2 ;công suất A S v.t 0.25 của động cơ là N. Từ công thức tính công suất N = suy ra N = F. = F. = F . v t t t Do công suất động cơ là không đổi. v tỷ lệ nghịch với F 0.25 Lượt đi ô tô chở hàng cần lực kéo lớn hơn nên vận tốc cực đại đạt được nhỏ hơn. 0.25 Cùng chiều dài quãng đường, thời gian đi tỷ lệ nghịch với vận tốc, vì vậy lượt đi mất nhiều thời gian hơn lượt về. 0.25 Sẽ không cho điểm phần a) nếu như không căn cứ từ công thức tính công suất động cơ. b) Gọi thời gian ô tô thực hiện lượt đi và lượt về lần lượt là t1 và t2. Từ đề bài t1= S/v1, t2= S/v2 S S 0.5 +10 (phút) (1). v1 v2 Trong một lượt về ô tô đã đi chặng đường cuối là s 1 = 5.v2. Chặng đường trước đó do đi 10 phút, nghỉ 10 phút nên ô tô đi với vận tốc trung bình là v2/2 và với thời gian nhiều hơn t1 là 20-5=15 (phút) 0.5 (S 5v ) S Từ đó có: 2 15( phut) (2). v2 v2 0.5 2 Từ (2) S= 25.v2; Thay vào (1) S= 35.v1. v 5 5 Tỷ số 1 . Giá trị vận tốc ô tô lượt đi bằng giá trị vận tốc lượt về. 0.5 v2 7 7 c) Giả sử S > 100km 25v2 > 100. và v2 > 4km/ph = 240km/h. 0.5 Một điều không xảy ra trong thực tế với vận tốc ô tô tải và như vậy đã vi phạm luật giao thông. 0.5 Câu 2: (4 điểm) 4 Điểm a)Xét áp suất gây bởi cột dầu lên điểm M trên mặt phân cách dầu -nước và áp suất gây bởi cột nước lên điểm N trong nước bên nhánh A ngang bằng điểm M. 0.5 Gọi D1, h1 và D2, h2 lần lượt là khối lượng riêng, chiều cao (so đường NM)của cột nước và dầu . Theo ĐL Paxcan: PM = PN D1.h1 = D2.h2 (1). h2 4h2 0.5 Vì dầu có KL riêng nhỏ hơn nước, nên h2 > h1 và vì h2 - h1 = h1 = (2) 5 5 4D1 3 Từ (2) và (1) D2 = . Thay số D2 = 800 kg/m . 0.5 5 b) Chất lỏng đổ thêm có KL riêng là D . Xét 2 trường hợp: Trường hợp mặt thoáng chất lỏng cao 2 0.5 hơn mặt thoáng dầu và trường hợp mặt thoáng chất lỏng thấp hơn mặt thoáng dầu . Cả 2 trường hợp mặt phân cách chất lỏng-nước cao hơn mặt phân cách dầu-nước. Chọn điểm M trên mặt phân cách dầu -nước và điểm N bên nhánh A ngang bằng điểm M; khối lượng riêng và chiều cao cột chất lỏng là D và h Áp suất gây cột dầu lên điểm M và áp suất gây bởi 3 3 . 0.5 cột chất lỏng và cột nước lên N bằng nhau:
3. D2 .h2 D1.h1 D2.h2 = D3.h3 + D1.h1 D3 = h3 +Trường hợp mặt thoáng chất lỏng cao hơn mặt thoáng dầu: Thay các dữ kiện: h2=10cm, 3 3 h1=10+0,5-5 =5,5 (cm), h3 = 5cm; D1 =1000kg/m , D2 =800kg/m 3 Tính ra D3 = 500 kg/m . +Trường hợp mặt thoáng chất lỏng thấp hơn mặt thoáng dầu: Thay các dữ kiện: h2=10cm, 3 3 h1=10-0,5-5 = 4,5 (cm), h3 = 5cm; D1 =1000kg/m , D2 =800kg/m 0.5 3 Tính ra D3 = 700 kg/m . c) Tương tự như phần (b) với chú ý là 2 điểm M, N phải nằm cùng trong một môi trường (mặt 0.5 phân cách của nước với môi trường khác cũng coi là môi trường nước). 3 +Trường hợp 1 có phương trình: D2.h2 = D3.h3 + D1.h1 Thay số có D3=700 kg/m 3 0.5 +Trường hợp 2 có phương trình: D3.h3 = D2.h2 + D1.h1 Thay số có D3=900 kg/m Câu 3: (3 điểm) 3 Điểm 1. Máy biến thế hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. Cụ thể là khi có “sự biến đổi số đường sức xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn” thì trong cuộn dây dẫn xuất hiện dòng điện cảm 0.5 ứng. Nếu dòng điện đưa vào cuộn sơ cấp lấy từ nguồn pin, acqui (dòng điện không đổi) thì số đường sức do nó tạo ra không đổi vì vậy không thể có dòng điện cảm ứng ở cuộn dây thứ cấp (máy biến thế 0.5 không hoạt động) 2 2 2. Sự hao phí năng lượng do toả nhiệt trên đường dây tải điện là Php = RP /U 0.5 Nếu tăng điện áp từ U = 220V lên U = 22kV, nghĩa là tăng lên 100 lần. Theo công thức trên, 1 2 0.5 tổn thất điện năng trên đường truyền giảm đi được 1002 = 104 lần. 3. Cực từ Nam của Trái đất nằm ở cực Bắc địa lí, và ngược lại cực từ Bắc nằm ở cực Nam địa lí. 0.5 Chứng minh bằng cách sau: khi để kim la bàn ở trạng thái tự do thì cực từ của kim la bàn phải 0.5 hướng về cực từ trái tên của Trái đất. Câu 4: (4 điểm) HS có hình mới chấm điểm 4 Điểm a) +Nhận xét tia phản xạ IK kéo dài qua ảnh S của S qua gương AB, tia phản xạ KB kéo dài đi 1 0.5 qua ảnh S2 của S1 qua gương CD Cách vẽ: Lấy S đối xứng với S qua AB được ảnh của S qua gương AB, Lấy S đối xứng S 1 2 1 0.5 qua gương CD được ảnh của S1 qua gương CD. +Nối BS2 cắt CD tại K, nối KS1 cắt AB tại I. đoạn gấp khúc SIKB là tia sáng cần vẽ. 0.5 +Do tính chất tia phản xạ, xét các tam giác đoạn SIKB có độ dài đúng bằng đoạn S2B. L 0.5 Tính ra S2A= L/2 .Áp dụng Định lý Pitago tìm ra đoạn S B 61 (cm) 2 6 b) Góc tới ban đầu tới gương AB là 300. 0.5 Chứng minh bài toán phụ: gương quay 1 góc α tại trục quay bất kỳ nằm trong mặt phẳng gương, 0.5 vuông góc mặt phẳng tới thì tia phản xạ quay một góc 2α. Khi gương AB quay góc α , tia phản xạ tại gương AB quay 1 góc 2α tới gặp gương CD với góc 0.5 tới i/ =300+2α; và lập với gương CD một góc β = 600-2α Vì α nhỏ, kích thước gương lớn nên loại trừ trường hợp khi gặp gương AB tia sáng phản xạ vượt ra ngoài giới hạn CD. 0.5 Để tia phản xạ chắc chắn không gặp gương CD thì phải quay sao cho CD ít nhất song song với tia phản xạ này. Kết luận gương phải quay 1 góc có giá trị ít nhất bằng β =600-2α. Câu 5: (5 điểm) 5 Điểm 1/ Khi K mở ta có mạch sau : {(R1nt R3 )// (R2nt R4) }nt R5 Điện trở R13: R13 = R1+ R3 = 3 + 1=4( ) 0.25 Điện trở R : 24 0.25 R24 = R2 + R4 = 2 + 2= 4( )
4. R13 .R24 4.4 Điện trở R1234 = 2 0.25 R13 R24 4 4 Điện trở tương đương cả mạch: RAB = R5 + R1234 = 2 + 2= 4( ) 0.25 b) Cường độ dòng điện qua đoạn mạch AB: U 20 I = 5(A) 0.25 RAB 4 Vì R5 nt R1234 nên I5 = I1234 = I = 5A Hiệu điện thế đoạn mạch mắc song song : U1234 = I1234 . R1234 = 5 . 2 = 10(V) 0.25 Vì R13 // R24 nên U23 = U24 = U1234 = 10V Cường độ dòng điện qua R24 : U24 10 0.25 I24 = 2,5(A) R24 4 Số chỉ của ampe kế: IA = I24 = 2,5A 0.25 2/ Khi K mở ta có cấu trúc mạch sau : R nt [(R nt R ) // ( R nt R ) 5 1 3 x y 0.25 Cường độ dòng điện qua cả mạch: U I (R1 R3 ).(Rx Ry ) 0.25 R5 R1 R3 Rx Ry 20 20(4 R R ) I x y (1) 4.(R R ) 2(4 R R ) 4.(R R ) 0.25 2 x y x y x y 4 Rx Ry Vì R13 // Rxy nên : I R R 1 4 4 R R 2 1 3 hay => I x y (2) 0.25 I R1 R3 Rx Ry I 4 Rx Ry 4 Từ (1) và (2) suy ra: 4 Rx Ry 10(4 Rx Ry ) Rx + Ry = 12( ) 0.25 4 (4 Rx Ry ) 2.(Rx Ry ) Khi K đóng: R5 nt [( R1 // Rx ) nt ( R3 // Ry)] Cường độ dòng điện trong mạch chính: 20 I ' R1.Rx R3.Ry 0.25 R5 R1 Rx R3 Ry
5. 20 I ' 3R R 2 x y 0.25 3 Rx 1 Ry 20(3 R )(13 R ) I ' x x (3) 0.25 2(3 Rx )(13 Rx ) 3Rx (13 Rx ) (12 Rx )(3 Rx ) Vì R1 // Rx nên: I2 R1 0.25 ' I R1 Rx 1 3 ' 3 Rx ' hay I (4) 0.25 I 3 Rx 3 Từ (3) và (4) suy ra: 3 R 20(3 R )(13 R ) x x x 0.25 3 2(3 Rx )(13 Rx ) 3Rx (13 Rx ) (12 Rx )(3 Rx ) 2 6Rx – 128Rx + 666 = 0 Giải phương trình bậc hai ta được hai nghiệm R = 12,33 , R = 9 theo điều kiện ta loại R nhận R = 9( ) x1 x2 x1 x2 0.25 Suy ra Ry = 3 Hết