Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2016-2017 - Sở giáo dục và đào tạo Thái Bình (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2016-2017 - Sở giáo dục và đào tạo Thái Bình (Có đáp án)

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 THCS NĂM HỌC 2016 - 2017 THÁI BÌNH Môn: VẬT LÍ Thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề) (Đề thi gồm 02 trang) Bài 1. (3,0 điểm). 1. Một tượng đài kỷ niệm có khối lượng là 150 tấn, đặt trên bệ đá. Bệ đá có dạng hình hộp chữ nhật, cao 1m, khối lượng riêng là 2.10 3kg/m3 đặt trên mặt đất. Nếu mặt đất chịu được áp suất lớn nhất là 7.104Pa thì diện tích đáy của bệ đá tối thiểu phải là bao nhiêu? 2. Trong hệ tọa độ xoy (hình 1), có hai vật nhỏ A và B y chuyển động thẳng đều. Lúc bắt đầu chuyển động, vật A cách vật B một đoạn l = 200m. A vA Biết vận tốc của vật A là v A = 10m/s theo hướng ox, vận tốc O. x của vật B là vB = 20m/s theo hướng oy. vB a) Sau thời gian bao lâu kể từ khi bắt đầu chuyển động, hai .B vật A và B lại cách nhau 200m. ( Hình 1 ) b) Xác định khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vật A và B. Bài 2. (2,0 điểm) Một con thỏ chạy ra xa một con chó săn theo đường thẳng với vận tốc không đổi. Tại thời điểm ban đầu, khoảng cách giữa con thỏ và con chó săn là s = 100m, còn con chó săn chạy đuổi theo con thỏ với vận tốc v 0 = 15m/s. Do đã mệt nên vận tốc của con chó săn cứ sau mỗi khoảng thời gian t = 20s thì giảm đi một lượng v = 1m/s. Hỏi thỏ phải chạy với vận tốc không đổi thỏa mãn điều kiện gì để không bị chó săn bắt được? Biết rằng trong khoảng thời gian t vận tốc của con chó săn là không đổi. Bài 3. (4,0 điểm) 1. Người ta trồng rừng để điều hòa nhiệt độ không khí. Mỗi ngày 1ha rừng hấp thụ năng lượng Mặt trời là 1,7.10 10J. Nếu năng lượng này trải trên 1ha mặt đất, truyền đến một độ sâu nhất định ứng với khối lượng 3,96.10 6kg thì nhiệt độ mặt đất tăng bao nhiêu độ? Cho nhiệt dung riêng của đất là 840J/Kg.K. 2. Trong một bình nhiệt lượng kế ban đầu chứa mo=100g nước ở nhiệt độ 0 to=20 C. Bắt đầu có các giọt nước nóng nhỏ vào nhiệt lượng kế một cách đều đặn, nhiệt độ các giọt nước nóng này như nhau. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ nước trong nhiệt lượng kế theo số giọt nước nóng nhỏ vào bình (hình 2). Hãy xác định nhiệt độ của các giọt nước nóng và khối lượng của mỗi giọt nước, xem rằng khối lượng của các giọt nước là như nhau và sự cân bằng nhiệt được thiết lập ngay sau khi giọt nước nhỏ xuống. Bỏ qua sự mất nhiệt vào không khí và vào nhiệt lượng kế. 1
2. Bài 4. (4,0 điểm) Cho mạch điện hình 3. Biết R3 = 20, R1 R3 hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là U = 22V; Rx là C một biến trở. Điện trở các vôn kế V1 và V2 rất lớn, điện trở ampe kế A và dây nối không đáng kể. Khi điều chỉnh A A B V1 V2 Rx = Rxo = 20 thì số chỉ vôn kế V1 gấp 1,2 lần số chỉ + - vôn kế V2 và ampe kế A chỉ 0,1A. R2 Rx a) Hãy tìm công suất tiêu thụ của đoạn mạch AB D khi Rx = 20 và giá trị các điện trở R1, R2. (Hình 3) b) Thay đổi Rx để công suất tiêu thụ trên Rx đạt cực đại. Tìm Rx và giá trị công suất cực đại này. c) Rx có giá trị nằm trong khoảng nào để dòng điện qua ampe kế A có chiều từ C đến D? Bài 5. (4,0 điểm) Hãy trình bày phương án thực nghiệm xác định giá trị của 3 điện trở R1, R2, R3 với các dụng cụ sau đây: 1 nguồn điện có hiệu điện thế không đổi và chưa biết giá trị. 1 điện trở có giá trị R0 đã biết. 1 ampe kế có điện trở chưa biết. 3 điện trở cần đo R1, R2, R3. Một số dây dẫn có điện trở không đáng kể. Chú ý: Để không làm hỏng dụng cụ đo thì không được mắc ampe kế song song với bất cứ dụng cụ nào. Bài 6. (3,0 điểm) 1. Trên hình vẽ trình bày một động cơ điện gọi là O “bánh xe Balơn”. Động cơ gồm một đĩa mỏng bằng đồng đặt thẳng đứng và dễ dàng quay quanh trục nằm ngang làm bằng kim loại đi qua O. Bề mặt dưới của đĩa chạm P nhẹ vào một miếng kim loại nhỏ, nhẵn. Toàn bộ đĩa nằm trong từ trường đều vuông góc với đĩa và có chiều hướng + - từ trong ra ngoài mặt phẳng hình vẽ. Nối trục của đĩa và miếng kim loại vào 2 cực của nguồn điện thì thấy đĩa quay (trong quá trình đĩa quay, vành đĩa vẫn chạm vào miếng kim loại ở P). Giải thích hoạt động của động cơ này và tìm chiều quay của đĩa trong hình vẽ của đề bài (đĩa quay xuôi chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ) 2. Có một ống dây dài được quấn như hình vẽ. Đặt gần ống dây hai nam châm (nam châm 1 và nam châm 2). Nam châm 1 đã biết các S N cực, cực bắc đặt gần ống dây còn nam châm 2 Nam châm 2 Nam châm 1 chưa biết các cực. Đặt vào 2 đầu ống dây một hiệu điện thế không đổi có 2 đầu cực là 1 và 2 1 2 thì thấy cả 2 nam châm đều bị đẩy ra xa. Xác định cực 1 và 2 của nguồn điện là cực âm hay cực dương. Xác định các cực từ của nam châm 2. Giải thích? HẾT Họ và tên thí sinh: . Số báo danh: SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 THCS NĂM HỌC 2016- 2017 2
3. THÁI BÌNH HƯỚNG DẪN CHẤM VÀ BIỂU ĐIỂM MÔN VẬT LÍ (Gồm 05 trang) Bµi 1 Néi dung §iÓm (3 ®) Áp suất tác dụng lên mặt đất có độ lớn: 1 (1 ®) P P 150.104 2000.1.S 375 p = 1 2 = = 7.104 Pa  S = m2 = 22m2 S S 17 1,0 2 (2 đ) 2/a Quãng đường A đi được trong t giây: AA1 = vAt Quãng đường B đi được trong t giây: BB1 = vBt Khoảng cách giữa A và B sau t giây: 2 2 2 d = (AA1) + (OB1) Với AA1 = vAt và OB1 = l vBt 2 2 2 2 2 Nên: d = ( v A + v B )t – 2lvBt + l 1,0 2 2 2 2 2 => ( v A + v B )t – 2lvBt + l – d = 0 (*) Thay số và biến đổi ra biểu thức : 500t2 – 8000t = 0 Giải ra được: t = 16s 2/b - Xét phương trình bậc hai (*) với biến là t. Để (*) có nghiệm thì 2 2 2 l vA ' 0 từ đó tìm được: (d )min 2 2 4a vA vB l vA - Rút ra được dmin = 2 2 1,0 vA vB - Thay số tính được dmin 89,44 m Bài 2 Néi dung §iÓm (2 đ) - Ký hiệu vận tốc của thỏ là là v t . Chọn mốc quãng đường là vị trí của chó săn lúc đầu. Gọi khoảng cách từ vị trí của chó săn và thỏ đến mốc là s c và st. Thỏ không bị chó săn bắt khi st > sc. - Trong 20 giây đầu, thỏ không bị chó săn bắt khi: 100 + 20vt > 20.15 = 300 vt > 10 m/s - Trong 40 giây đầu, thỏ không bị chó săn bắt khi: 100 + 40vt > 300 + 20.14 = 580 vt > 12 m/s - Trong 60 giây đầu, thỏ không bị chó săn bắt khi: 100 + 60vt > 580 + 20.13 = 840 vt > 12,33 m/s 2,0 - Trong 80 giây đầu, thỏ không bị chó săn bắt khi: 100 + 80vt > 840 + 20.12 = 1080 vt > 12,25 m/s - Trong 100 giây đầu, thỏ không bị chó săn bắt khi: 100 + 100vt > 1080 + 20.11 = 1300 vt > 12 m/s - Trong 120 giây đầu, thỏ không bị chó săn bắt khi: 100 + 120vt > 1300 + 20.10 = 1500 vt > 11,67 m/s Tính toán tương tự như trên ta thấy từ giây 120 trở đi thỏ không bị chó săn bắt khi vận tốc của thỏ nhỏ hơn 11,67m/s. Vậy để không bị chó săn bắt, thỏ phải chạy với vận tốc vt > 12,33 m/s. 3
4. Bài 3 Néi dung §iÓm (4 đ) Q 1 Độ tăng nhiệt độ của đất là: t = = 5,10C hoặc t = 5,1K. (1 đ) mc 1,0 Giả sử khối lượng mỗi giọt nước nóng là m, nhiệt độ là t (m > 0). Từ đồ thị 2 ta thấy: (3 đ) + Khi nhỏ vào nhiệt lượng kế (NLK) N 1=200 giọt thì nhiệt độ nước 0 trong NLK là t1=30 C. Phương trình cân bằng nhiệt: m0c(30 – 20) = 200mc(t – 30) (1) + Khi nhỏ vào nhiệt lượng kế (NLK) N 1=500 giọt thì nhiệt độ nước 0 trong NLK là t1=40 C. Phương trình cân bằng nhiệt: 3,0 m0c(40 – 20) = 500mc(t – 40) (2) + Giải hệ 2 phương trình 1,2 ta thu được : t = 800C, m = 0,1g * Chú ý : Nếu thì sinh làm theo cách khác đúng thì vẫn cho điểm tối đa Bài 4 Néi dung §iÓm (4 ®) - Gọi số chỉ các Vôn kế V1 và V2 lần lượt là U1 và U2 ta có: a) R12 U1 1,2 (1) và U1 + U2 = U = 22V => U1 = 12V ; U2 = 10V (1,5 đ) R3X U2 R3RX 0 0,5 R3X 10 (2) , RAB = R12 + R3X (3) R3 RX 0 Từ (1), (2) và (3) suy ra: R12 = 12 và RAB = 22. U 2 - Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch AB là: P 22W . RAB P 22 - Cường độ dòng điện trong mạch chính là: I = 1 A U 22 I Suy ra: I3 = Ix = = 0,5 (A) . 2 0,5 - Nếu dòng điện qua A có chiều từ C đến D thì: I1=IA + I3 = 0,6A (4) và I2 = IX - IA = 0,4A (5). Từ (4) và (5) suy ra: U1 U2 R1 20 và R2 30 . I1 I2 - Nếu dòng điện qua A có chiều từ D đến C thì làm tương tự ta có: R1 = 30 và R2 = 20 . 0,5 2 b) U X - Công suất tiêu thụ trên RX khi biến trở thay đổi giá trị là: PX (6) . (1,5 đ) Rx 0,75 U X R3X R3RX 20RX - Mặt khác ta lại có: (7) và R3X () (8) ; U RAB R3 RX 20 RX 240 32RX RAB R12 R3X  (9) 20 RX 4
5. 2 2 440 RX 440 - Từ (6), (7) và (8) suy ra: PX 2 2 . (240 32RX ) 240 2 32 RX 240.32 RX 2 240 2 Ta tìm thấy PX lớn nhất khi : 32 RX RX 7,5 . RX 0,75 Khi đó PXmax = 6,3W c) * Trường hợp: R1 =30 : (1 đ) Cường độ dòng điện qua ampe kế có độ lớn là: U1 U3 I.R12 I.R3x U R12 R3x 0,5 IA = I1 I3 = R1 R3 R1 R3 R12 R3x R1 R3 R3.Rx Với: R3x = R3 Rx 330 24,75.Rx Thay số ta có biểu thức: IA = 450 60Rx + Để dòng điện qua ampe ke có chiều từ C đến D thì: 330 24,75Rx 40 > 0 khi 0 Rx  . 450 60Rx 3 * Xét trường hợp R1 = 20 : 330 11Rx Tương tự ta có: IA = . 300 40Rx + Để dòng điện qua ampe ke có chiều từ C đến D thì: 330 11Rx 0,5 0 suy ra: 0 Rx 30 . 300 40Rx * Chú ý : Nếu thí sinh làm theo cách khác mà đúng thì giám khảo vẫn cho điểm tối đa 5
6. Bài 5 Néi dung §iÓm (4®) + Lần 1 : mắc R1 vào mạch điện như hình vẽ thì ampe kế A chỉ giá trị I1 U U + - Có : I1 = => R1 = - RA (1) R1 R A I1 R A 1 + Lần 2 : mắc R2 vào mạch điện như hình vẽ thì ampe kế A chỉ giá trị I2 U U + - Có : I2 = => R2 = - RA (2) R 2 R A I2 1,5 R A 2 + Lần 3 : mắc R3 vào mạch điện như hình vẽ thì ampe kế A chỉ giá trị I3 U U + - Có : I3 = => R3 = - RA (3) R3 R A I3 R A 3 + Lần 4 : mắc R1, R2, R3 vào mạch điện như hình vẽ thì ampe kế A chỉ giá trị I4 U + - Có : I4 = R1 R 2 R3 R A U R R R => R1 + R2 + R3 = - RA (4) A I4 1 2 3 Từ (1), (2), (3), (4) U 1 1 1 1 1,5 => RA = (5) 2 I1 I2 I3 I4 + Lần 5 : mắc R0 vào mạch điện như hình vẽ thì ampe kế A chỉ giá trị I0 U U + - Có : I0 = => RA = - R0 (6) R 0 R A I0 2R R Từ (5), (6) có : U = 0 (7) A 2 1 1 1 1 0 I0 I1 I2 I3 I4 Thay (6) vào (1), (2), (3) ta thu được các giá trị của điện trở : 1 1 1 1 1 1 R = U + R ; R = U + R ; R = U + R 1 0 2 0 3 0 1,0 I1 I0 I2 I0 I3 I0 * Chú ý : Nếu thí sinh làm theo cách khác mà đúng thì giám khảo vẫn cho điểm tối đa 7
7. Bài 6 Néi dung §iÓm (3 ®) Khi nối P và O với 2 cực của nguồn 1 điện thì trong đĩa sẽ có dòng điện (1,5 đ) O chạy từ P đến O. Từ trường sẽ tác dụng lực từ vào dòng điện này. Theo quy tắc bàn tay trái ta sẽ xác định P được chiều của lực từ hướng sang 1,5 phải ( hình vẽ). Lực từ này sẽ làm đĩa + - quay ngược chiều kim đồng hồ 2 (1,5 đ) N S S N S N Nam châm 1 Nam châm 2 1 2 - Vì nam châm 1 bị đẩy nên cực của ống dây phía gần nam châm 1 là cực bắc (N). Đường sức từ sẽ có chiều đi ra từ cực này và đi vào cực phía bên 1,5 kia( đi ra từ cực bắc và đi vào cực nam) - Theo quy tắc nắm tay phải thì dòng điện qua dây dẫn sẽ có chiều như hình vẽ. Từ chiều của dòng điện ta xác định được cực 2 của nguồn điện là cực + còn cực 1 là cực – - Nam châm 2 bị đẩy ra xa => cực của nam châm 2 gần ống dây sẽ giống như cực của ống dây. Từ hình vẽ => cực của nam châm 2 gần ống dây là cực S, cực xa ống dây là cực N 8