Đề thi học sinh giỏi cấp huyện môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2015-2016 - Trường THCS Cự Khê (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi học sinh giỏi cấp huyện môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2015-2016 - Trường THCS Cự Khê (Có đáp án)

1. PHÒNG GD & ĐT THANH OAI ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI CẤP HUYỆN LỚP 9 TRƯỜNG THCS CỰ KHÊ MÔN VẬT LÝ NĂM HỌC: 2015 - 2016 Thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Câu 1 (4 điểm). Dùng lực kế để đo trọng lượng một vật bằng nhôm nhúng chìm trong nước, ta thu được kết quả là 175N. Tính trọng lượng của vật đó ở ngoài không khí . Cho biết trọng lượng riêng của nhôm là 27000N/ m3 , của nước là 10 000N/m 3 Câu 2 (4 điểm). Một bình hình trụ có bán kính đáy R 1 = 20cm được đặt thẳng 0 đứng chứa nước ở nhiệt độ t =1 20 c. Người ta thả một quả cầu bằng nhôm có 0 bán kính R2 = 10cm ở nhiệt độ t2 = 40 c vào bình thì khi cân bằng mực nước trong bình ngập chính giữa quả cầu. 3 Cho khối lượng riêng của nước D1 = 1000kg/m và của nhôm D2 = 3 2700kg/m , nhiệt dung riêng của nước C1 = 4200J/kg.K và của nhôm C2 = 880J/kg.K. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình và với môi trường. a. Tìm nhiệt độ của nước khi cân bằng nhiệt. 0 b. Đổ thêm dầu ở nhiệt độ t3 = 15 c vào bình cho vừa đủ ngập quả cầu. Biết 3 khối lượng riêng và nhiệt dung riêng của dầu D3 = 800kg/m và C3 = 2800J/kg.K. Xác định: Nhiệt độ của hệ khi cân bằng nhiệt? Áp lực của quả cầu lên đáy bình? Câu 3 (6,0 điểm). Cho 3 điện trở có giá trị như nhau bằng R 0, được mắc với nhau theo những cách khác nhau. Lần lượt nối các đoạn mạch đó vào một nguồn điện không đổi luôn mắc nối tiếp với một điện trở r. Khi 3 điện trở trên mắc nối tiếp (cách 1), hoặc khi 3 điện trở trên mắc song song (cách 2) thì cường độ dòng điện qua mỗi điện trở đều bằng 0,2A. a. Xác định cường độ dòng điện qua mỗi điện trở R 0 trong những cách mắc còn lại. b. Trong mọi cách mắc trên, cách mắc nào tiêu thụ điện năng ít nhất? Nhiều nhất? c. Cần ít nhất bao nhiêu điện trở R 0 và mắc chúng như thế nào vào nguồn điện không đổi có điện trở r nói trên để cường độ dòng điện qua mỗi điện trở R 0 đều bằng 0,1A? Câu 4 (6,0 điểm). Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn U điện U có hiệu điện thế không đổi là 21V; R = 4,5Ω, R1 R2 R1 = 3Ω, bóng đèn có điện trở không đổi RĐ = 4,5Ω. P Ampe kế và dây nối có điện trở không đáng kể. Đ C R N X M K A
2. a. Khi khóa K đóng, con chạy C của biến trở ở vị trí điểm N, thì ampe kế chỉ 4A. Tìm giá trị của R2. b. Xác định giá trị của đoạn biến trở R ( từ M tới C) để đèn tối nhất khi X R khóa K mở. c. Khi khóa K mở, dịch con chạy C từ M đến N thì độ sáng của đèn thay đổi thế nào? Giải thích. HẾT
3. PHÒNG GD & ĐT THANH OAI HƯỚNG DẪN CHẤM THI HỌC SINH GIỎI LỚP 9 TRƯỜNG THCS CỰ KHÊ MÔN VẬT LÝ NĂM HỌC: 2015 - 2016 Câu Nội dung Câu 1 Gọi V là thể tích của vật nhôm, P là trọng lượng của nó ở ngoài không (4đ) khí, P1 là trọng lượng của vật đo trong nước, d1 và d2 lần lượt là trọng lượng riêng của nhôm và nước. (0,5điểm) Ở ngoài không khí, trọng lượng của vật là : P =d1.V ( 0,5điểm ) Khi nhúng vật chìm vào nước,thể tích lượng nước bị nó chiếm chỗ cũng bằng V. Lực đẩy Ác si mét do nước tác dụng vào vật có chiều ngược với P và độ lớn bằng F = d2.V (0,5điểm) Do đó, trọng lượng của vật đo trong nước là : P1= P – F = d1.V – d2.V = (d1 –d2).V (0,5điểm) P Suy ra V 1 (0,5điểm) d1 d 2 d1.P1 27000.175 P =d1.V = 278N (0,5điểm) d1 d 2 27000 10000 Câu 2 a) Nhiệt độ của nước khi cân bằng nhiệt: (2đ) - Khối lượng của nước trong bình là: 0,75 1 4 m = V .D = ( R2 .R - . R3 ).D 10,467 (kg). đ 1 1 1 1 2 2 3 2 1 4 - Khối lượng của quả cầu là: m = V .D = R3 .D = 11,304 (kg). 0,75 2 2 2 3 2 2 đ - Phương trình cân bằng nhiệt: c1 m1 ( t - t1 ) = c2 m2 ( t2 - t ) (0,5điểm) 0,5đ c m t c m t Suy ra: t = 1 1 1 2 2 2 = 23,70 c. c1m1 c2 m2 b) - Thể tích của dầu và nước bằng nhau nên khối lượng của dầu là: 0,5đ (2đ) m1D3 m3 = = 8,37 (kg). D1 - Tương tự như trên, nhiệt độ của hệ khi cân bằng nhiệt là: 0,75 c1m1t1 c2 m2t2 c3m3t3 0 đ tx = 21 c c1m1 c2 m2 c3m3 - Áp lực của quả cầu lên đáy bình là: 0,75
4. 1 4 3 đ F = P2- FA= 10.m2 - . R ( D + D ).10 75,4(N) 2 3 2 1 3 Câu 3 a) Các cách mắc còn lại gồm: (3,5 Cách 1: [(R0//R0)ntR0]nt r ; Cách 2: [(R0 nt R0)//R0]nt r đ) Theo bài ra ta lần lượt có cđdđ trong mạch chính khi mắc nối tiếp: 0,5đ U Int = 0,2A (1) R1 R2 R3 r r 3R0 0,5đ Cđdđ trong mạch chính khi mắc song song: R1 U I = 3.0,2 0,6A (2) r ss R R2 r 0 3 R3 r 3R 0,25 Từ (1) và (2) ta có: 0 3 r R R 0 đ r 0 3 Đem giá trị này của r thay vào (1) U = 0,8R0 0,25 đ Với cách mắc 3: [(R0//R0)ntR0]nt r [(R1//R2)ntR3]nt r (đặt R1 = R2 = R3 1đ = R0) U 0,8R0 Cđdđ qua R3: I3 = 0,32A R 2,5R R1 r R 0 0 0 2 R3 r I 3 R2 Do R1 = R2 nên I1 = I2 = 0,16A 2 R1 R2 Với cách mắc 4: Cđdđ trong mạch chính r 1đ U 0,8R I 0 0,48A 4 2.R .R 5R R r 0 0 0 3 3R0 3 Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm 2 điện trở R0: 2.R0 .R0 U12 = I 4 . 0,32R0 cđdđ qua mạch nối tiếp này là: 3R0 / / U1 0,32R0 / I 1 = I 2 = 0,16A cđdđ qua điện trở còn lại là I 3 = 2R0 2R0 0,32A b) Ta nhận thấy U không đổi công suất tiêu thụ ở mạch ngoài P = U.I 0,5đ (0,5đ) sẽ nhỏ nhất khi I trong mạch chính nhỏ nhất cách mắc 1 sẽ tiêu thụ điện năng ít nhất và cách mắc 2 sẽ tiêu thụ điện năng lớn nhất. c) Giả sử mạch điện gồm n dãy song song, mỗi dãy có m điện trở giống 0,5đ
5. r r r n r r m (2,0 nhau và bằng R0 ( với m ; n N ) (H.vẽ) đ) Cường độ dòng điện trong mạch chính U 0,8 I m m r R 1 n 0 n Để cđdđ qua mỗi điện trở R0 là 0,1A ta phải có: 1đ 0,8 I 0,1n m + n = 8 m 1 n Ta có các trường hợp sau: m 1 2 3 4 5 6 7 n 7 6 5 4 3 2 1 Số đ.trở R0 7 12 15 16 15 12 7 Theo bảng trên ta cần ít nhất 7 điện trở R0 và có 2 cách mắc chúng. 0,5đ - 7 dãy song song, mỗi dãy 1 điện trở - 1 dãy gồm 7 điện trở mắc nối tiếp. Câu 4 a) Khi K đóng và con chạy ở đầu N thì toàn bộ biến trở MN mắc song 0,5đ (2,0 song với ampe kế. Khi đó mạch điện trở thành: (R2 // Đ) nt R1 đ) Lúc này ampe kế đo cường độ dòng điện mạch chính U 21 R 5,25 (1) 0,5đ tm I 4 Rđ .R2 4,5.R2 0,5đ Mặt khác: Rtm R1 3 (2) Rđ R2 4,5 R2 Từ (1) và (2) giải ra: R2 = 4,5Ω 0,5đ b) Gọi điện trở của phần biến trở từ M tới con chạy là RX, như vậy điện 0,5đ 3,25đ trở của đoạn từ C đến N là R - RX. U Khi K mở mạch điện thành: R1 R ntR nt{R //[(R-R ntR )]} Đ 1 X 2 X đ R-RX RX P N C M R2
6. 2 (R RX Rđ )R2 RX 6RX 81 0,5đ Điện trở toàn mạch: Rtm RX R1 R RX Rđ R2 13,5 RX U U (13,5 RX ) 0,5đ Cường độ dòng điện ở mạch chính: I 2 Rtm RX 6RX 81 U (13,5 RX ) (9 RX ).4,5 4,5U (9 RX ) 0,5đ UPC = I.RPC = 2 . 2 RX 6RX 81 13,5 RX RX 6RX 81 U PC 4,5U 0,5đ Cường độ dòng điện chạy qua đèn: I đ 2 (3) 9 RX RX 6RX 81 Đèn tối nhất khi Iđ nhỏ nhất. Mẫu của biểu thức trong vế phải của (3) là 0,5đ một tam thức bậc hai mà hệ số của RX âm. Do đó mẫu đạt giá trị lớn nhất khi: 6 4,5.U R 3 hoặc phân tích: I để R = 3  X d 2 X 2.( 1) 90 (Rx 3) Vậy khi Rx = 3Ω thì Iđ nhỏ nhất, đèn tối nhất. 0,25 đ c) Theo kết quả câu trên, ta thấy: Khi K mở, nếu dịch chuyển con chạy 0,75 0,75đ từ M tới vị trí ứng với RX = 3Ω thì đèn tối dần đi, nếu tiếp tục dịch đ chuyển con chạy từ vị trí đó tới N thì đèn sẽ sáng dần lên. Ban giám hiệu Người duyệt đề Người ra đề / đáp án PHT. Vũ Thị Hồng Thắm Trịnh Văn Đông Nguyễn Thị Hảo