Đề thi chọn học sinh giỏi THPT môn Vật lý Lớp 10 - Năm học 2019-2020 - Sở giáo dục và đào tạo Hà Nam (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi THPT môn Vật lý Lớp 10 - Năm học 2019-2020 - Sở giáo dục và đào tạo Hà Nam (Có đáp án)

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THPT HÀ NAM NĂM HỌC 2019 - 2020 ĐỀ CHÍNH THỨC Môn: Vật lí 10 (Đề thi gồm 02 trang) Thời gian làm bài: 180 phút Câu 1 (4,0 điểm) 1. Một vật bắt đầu chuyển động thẳng nhanh dần đều trên quãng đường 15m biết trong giây thứ sáu vật đi được quãng đường bằng 66cm. Tính gia tốc chuyển động của vật và thời gian vật đi hết 0,5m cuối cùng trên quãng đường đó. 2. Một rađa cố định có ăng ten phát sóng điện từ truyền đi với tốc độ không đổi c=3.108 m/s đến một máy bay đang bay với tốc độ không đổi về phía ra đa. Sóng điện từ đến máy bay bị phản xạ trở lại và rađa thu được sóng phản xạ. Giả thiết rằng ăngten và máy bay luôn cùng trên một đường thẳng. a. Lần đầu tiên, thời gian từ lúc ăngten phát sóng đến lúc nhận sóng phản xạ trở lại là 110.10-6s. Tính khoảng cách từ ra đa đến máy bay lúc sóng điện từ vừa bị phản xạ. b. Ăngten quay tròn với tốc độ 0,5vòng/s. Khi quay đúng một vòng thì ăng ten lại hướng tới máy bay và lại phát sóng điện từ. Thời gian từ lúc ăngten phát sóng đến lúc ăng ten nhận sóng phản xạ trở lại trong trường hợp này là 106.10 -6s. Tính tốc độ của máy bay. Câu 2 (6,0 điểm) Hai vật A và B có khối lượng lần lượt là m1=3kg và m2=2kg nối với nhau bằng một A sợi dây vắt qua ròng rọc gắn ở đỉnh mặt phẳng B nghiêng nhẵn cố định, đủ dài với góc nghiêng α = 300 như hình 1. Ban đầu A được giữ ở vị α trí ngang với B, thả cho hai vật chuyển động. Lấy g = 10 m/s2. Hình 1 1. Hai vật chuyển động theo chiều nào. 2. Tính lực căng của dây và lực nén lên trục ròng rọc. Bỏ qua ma sát, khối lượng của ròng rọc và dây. 3. Tại thời điểm vật nọ thấp hơn vật kia một đoạn bằng 0,75 m thì dây nối hai vật bị đứt. Tính hiệu độ cao giữa hai vật sau khi dây đứt 0,8s. Biết B có độ cao đủ lớn. Câu 3 (4,0 điểm) Thanh OA đồng chất, tiết diện đều dài l=1m, khối lượng D M=0,5kg thanh có thể quay trong mặt phẳng thẳng đứng xung quanh bản lề O gắn vào tường. Để thanh nằm ngang thì đầu A của thanh được giữ bởi dây DA hợp với tường góc = 45 o như hình 2. Tại B treo vật m=1kg biết OB=60cm, lấy g=10m/s2. B 1. Tính lực căng dây AD, giá và độ lớn phản lực của thanh OA A O lên bản lề . 2. Dây chỉ chịu được lực căng tối đa Tmax= 11,314N. Tìm vị m trí treo vật m trên thanh để dây không đứt. Hình 2 1
2. Câu 4 (4,0 điểm) Một lò xo có khối lượng không đáng kể, độ cứng k=40N/m chiều dài tự nhiên 50cm, một đầu cố định vào điểm A đầu còn lại gắn với vật M=400g có thể trượt A không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang như hình 3. Hệ Hình 3 đang ở trạng thái cân bằng thì bắn vật m=100g vào M theo phương ngang với vận tốc v0=3,625m/s. Biết va chạm là hoàn toàn đàn hồi, sau va chạm M chuyển động qua lại quanh O, lấy g=10m/s2. 1. Tính vận tốc của M ngay sau va chạm và lực nén cực đại tác dụng lên A. 2. Nếu hệ số ma sát giữa M và mặt phẳng ngang là =0,1. Tính tốc độ của M khi lò xo có chiều dài 46,5cm lần thứ hai và lực kéo cực đại tác dụng lên A. 3. Với điều kiện như ý a, tại thời điểm lực nén lên A cực đại thì giữ chặt một điểm 71 B trên lò xo với BA= cm, biết độ cứng lò xo tỉ lệ nghịch với chiều dài. Tính tốc độ 6 lớn nhất của M sau đó. Câu 5 (2,0điểm) 1. Một thanh sắt có trọng lượng trong khoảng từ 10N đến 15N. Với dụng cụ gồm lực kế có giới hạn đo 8N và sợi dây nhẹ, không dãn, đủ dài. Em hãy thiết kế một phương án thí nghiệm để xác định trọng lượng của vật trên. 2. Một học sinh dùng thước có độ chia nhỏ nhất 1mm đo chiều dài của bàn học ba lần được kết quả lần lượt là 2,456m; 2,454m; 2,458m, lấy sai số dụng cụ bằng độ chia nhỏ nhất. Hãy tính toán và viết kết quả đo chiều dài của chiếc bàn trên. Hết Họ và tên thí sinh: Số báo danh : Giám thị coi thi số 1: Giám thị coi thi số 2: 2
3. SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐÁP ÁN, BIỂU ĐIỂM & HƯỚNG DẪN CHẤM BÀI THI HÀ NAM CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH LỚP 10 THPT NĂM HỌC 2019-2020 Môn : VẬT LÝ Câu Nội dung Điểm Câu1 (4 điểm) Tính quãng đường vật đi được sau 5s và sau 6s đầu tiên là: 1 2 S5= a.5 =12,5.a 2 1,0 1 2 S6 = a.6 =18.a 2 Quãng đường vật đi được trong giây thứ sáu 0,5 2 2 L6= S6 - S5= 5,5.a = 66m a = 12cm/s =0,12m/s Câu1.1. Thời gian vật đi hết 14,5m và 15m đầu là t1,t2 (2,5điểm) 1 2 29 a.t1 = 14,5 t1 = 0,5 2 a 1 2 30 a.t = 15 t2 = 2 2 a Thời gian để vật đi hết 0,5m cuối là: 30 29 0,5 t= t2 – t1= - 0,027s 0,12 0,12 a. Gọi vị trí đặt ra đa là O, vị trí máy bay phản xạ sóng điện từ lần đầu là M. Gọi t 1 là 0,5 thời gian sóng điện từ 110.10 6 truyền từ O đến M. OM c.t 3.108. 16500 m . 1 2 b. Gọi tốc độ của máy bay là v. Ăngten quay với tốc độ 0,5 vòng/s. Thời gian 1 để ăngten quay hết 1 vòng là T 2 s . 0, 5 0,25 Sau 2s, máy bay đi được đoạn . Câu 1.2 MN 2v (1,5điểm) Tại thời điểm t=2s, ra đa phát sóng điện từ lần thứ 2, khi sóng điện từ tới máy bay thì máy bay đã đi được đoạn NP. Gọi t OP là thời gian sóng điện từ truyền từ O tới P. 106.10 6 O P c.t 3.10 8. 15900 m O P 2 0,5 106.10 6 PN =v.t v. 53.10 6 v O P 2 O M O P PN M N 16500 15900 53.10 6 v 2 v 0,25 v 299,992 m /s 3
4. Câu 2 (6,0 điểm) Hai vật chuyển động theo chiều nào T 1 N T2 T 1 T2 A 0,25 B P 1 α Câu 2.1 P2 (1,25 Chỉ ra các lực tác dụng lên các vật trong hệ như hình vẽ điểm) Vật A có thể chuyển động dọc theo mặt phẳng nghiêng, còn vật B chuyển động thẳng đứng. Xét hệ vật A và B. 0,25 Các thành phần ngoại lực có tác dụng làm hệ vật chuyển động là trọng lực P 2 của B và thành phần P1sinα trọng lực của A Với: P2 = m2g = 20 (N); P1sinα = m1gsinα = 15 (N). 0,25 0,5 Ta thấy P2 > P1sinα. vật B sẽ đi xuống, còn vật A đi lên Tính lực căng dây, lực nén lên trục ròng rọc Theo định luật II Niu tơn ta có P N T m a (1) 1 1 1 1 0,5 P2 T2 m2a2 (2) Chiếu (1) và (2) theo thứ tự lên hướng chuyển động của A và B ta có: -P1sinα + T1 = m1a1 (3) P2 – T2 = = m2a2 (4) Ta có a = a = a; T = T = T 1 2 1 2 0,5 (m m .sin ) từ (3) và (4) ta suy ra a = 2 1 g = 1 (m/s2); m1 m2 Câu 2.2 T = m2 (g – a) = 18 (N) 0,25 (2,0điểm) Dây sẽ nén lên ròng rọc hai lực căng T1 và T2 với T1 = T2 =T1 = T2 = 18 (N). 0,25 0 0 Góc hợp bởi T1 và T2 là: β = 90 – α = 60 . Do đó lực nén lên ròng rọc là F được xác định: F T1 T2 0,5  và có độ lớn bằng: F = 2Tcos =183 31,2 (N) 2 Tại thời điểm vật nọ ở thấp hơn vật kia một đoạn bằng 0,75 m Câu 2.3 0,25 1 2 Quãng đường mỗi vật đã đi là: s1 = s2 = s = at (2,75 2 điểm) Khoảng cách giữa hai vật theo phương thẳng đứng là: 0,25 3s 2d 2.0,75 d = s2 + s1sinα = s(1+ sinα) = s = = = 0,5 (m) 2 3 3 4
5. 2s Do đó: t= =1s 0,25 a Thời điểm dây đứt hai vật có cùng vận tốc v0= a.t= 1m/s 0,25 1 2 Vật B coi như được ném thẳng đứng xuống : SB = v0.t1 + g.t = 4m 2 1 0,5 Vật A: 2 Giai đoạn 1: Đi lên chậm dần với gia tốc a1= -g.sin =-5m/s 2 0,25 v0 vo Thời gian A dừng lại t2= - = 0,2s và đi lên được quãng đường - =0,1m a1 2.a1 2 Giai đoạn 2: Đi xuống nhanh dần với gia tốc a2= g.sin =5m/s 1 0,25 Quãng đường A đi xuống được trong 0,6s còn lại là a. t 2 = 0,9m 2 Vậy sau 0,8s kể từ khi dây đứt A ở dưới vị trí ban đầu đoạn : 0,25 SA= 0,9 - 0,1= 0,8m Hiệu độ cao giữa hai vật lúc này: h= SB +0,75 - SA .sin = 4,35 m 0,5 Câu 3 (4,0 điểm) y D H 0,5  T  Q x  C O A B  N P  P1 Lực căng dây AD, giá và độ lớn  phản  lực của thanh OA lên bản lề Các lực tác dụng vào thanh OA: P, P,T,Q như hình vẽ 1 0,5 Đối với trục quay qua bản lề O : P.OC P1.OB M  M  M  T.OH= P.OC+P1.OB T (1) T P P1 OH T 8,5 2N 12,02N 0,25  Áp lực . NChọn hệ trục Oxy như hình vẽ      Vì thanh cân bằng tịnh tiến nên : P P T Q O (2) 0,25 Câu 3.1 1 (3,0 điểm) Chiếu (2) lên trục Ox ta có : 0,25 T .cos +Qcos 0 Qcos T .cos 8,5N (3) Chiếu (2) lên Oy ta có T.sin Q.sin  P P1 0 0,25 (4) Q.sin  P P1 T.sin 6,5N Từ (3) và (4) Q2 8,52 6,52 114,5 Q 114,5 10,7N 0,25 6,5 0,25 Từ (4) suy ra sin   37024' 10,7 5
6.  Vậy phản lựcN của thanh OA lên bản lề có độ lớn 10,7N, giá là đường thẳng đi qua O và hợp với OD một góc 127o24’ 0,5 Vị trí treo m Câu 3.2 P.OC P.OB (1,0 điểm) Từ (1) để dây không đứt T 1 T 0,5 OH max Tmax .OH P.OC OB 0,55m 55cm 0,25 P 1 0,25 Vậy treo treo vật trong đoạn OB =55cm thì dây không đứt Câu4. (4,0điểm) Vì va chạm là hoàn toàn đàn hồi nên vận tốc của M sau va chạm 0,5 Câu 4.1 (1,5 điểm) Lực nén lên A cực đại khi lò xo nén nhiều nhất xmax Chọn mốc thế năng tai vị trí lò xo không biến dạng 0,5 1 1 M Áp dụng ĐLBTCN : MV 2 k.x2 x V. = 0,145m =14,5cm 2 2 max max k 0,5 Lực nén cực đại Fnmax= k.xmax = 5,8N Khi có ma sát độ nén cực đại của lò xo là x1 2 2 2 MV kx1 2 2Mgx1 MV Mgx1 x1 0 0,5 Ta có 2 2 k k x1 0,135m 13,5cm Vì chiều dài nhỏ nhất của lò xo lmin =36,5cm nên để lò xo có chiều dài 46,5cm Câu 4.2 lần thứ 2 thì vật tiếp tục đi từ vị trí lò xo nén cực đại về vị trí lò xo nén 0,25 (2,0 điểm) x2=3,5cm được quãng đường s = l- lmin=10cm Áp dụng ĐLBT năng lượng kx2 kx2 M.v2 3 1 Mgs 2 v= 1,225m/s 0,5 2 2 2 2 Lực kéo cực đại tác dụng lên A khi lò xo giãn đoạn lớn nhất smax lần đầu tiên 0,5 kx2 ks2 1 Mg( x s ) max s 11,5cm Ta có 2 1 max 2 max Fkmax=k.smax = 4,6N 0,25 Tại thời điểm giữ chặt B thì chiều dài lò xo l t = 35,5cm và thế năng của vật Câu 4.3 1 1 lúc này W k.x2 MV 2 (0,5 điểm) t 2 max 2 0,25 71 2 ngay sau đó chiều dài còn lại của lò xo ls=35,5cm- cm= lt và thế 3 3 6
7. 1 năng của vật mất đi một lượng tỉ lệ với chiều dài lò xoW t.mất đi = W 3 t 2 2 2 MV MVmax 2 Bảo toàn CN : Wt.còn lại = Wt Vmax V 1,184m/s 0,25 3 3 2 3 Câu 5 (2 điểm) Vì thanh kim loại có trọng lượng lớn hơn giới hạn đo của lực kế phải treo 0,25 thanh bằng hai nhánh của sợi dây và lực kế phải móc vào một trong hai Câu 5.1 nhánh đó (1 điểm) Điều chỉnh để hai nhánh dây song song và thanh kim loại cân bằng nằm 0,25 ngang Khi đó Lực căng T của mỗi nhánh dây bằng số chỉ lực kế 0,25 Trọng lượng P = 2.T và số chỉ lực kế T=P/2 trong giới hạn đo của lực kế 0,25 l l l Tính l =1 2 3 =2,456m 3 0,25 l l l 0 ; l l l 0,002m ; l l l 0,002m 0,25 Câu 5.2 1 1 2 2 3 3 (1 điểm) l l l l 1 2 3 =0,001m 3 0,25 Kết quả l= 2,456 0,002 (m) 0,25 - Thiếu đơn vị, trừ 0,25 điểm toàn bài. - Học sinh giải theo cách khác đúng, cho điểm tối đa tương ứng với phần bài giải đó. - Điểm của toàn bài thi được giữ nguyên, không làm tròn số. 7