Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lý Lớp 9 - Đề số 1 (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lý Lớp 9 - Đề số 1 (Có đáp án)

1. ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH ĐỀ 1 MÔN: VẬT LÝ 9 Thời gian: 120 phút Đề chính thức Câu 1 (2,0 điểm): Hai vật A và B hình lập phương cạnh a = 30cm. Vật A nặng 40,5kg; vật B nặng 21,6kg. Hai vật được nối với nhau bởi một sợi dây tại tâm một mặt của mỗi vật. Dây không dãn, khối lượng không đáng kể chịu được lực căng tối đa là 300N. Thả hai vật vào một bể nước sâu a. Tính lực căng của dây khi hệ cân bằng, biết khi cân bằng các mặt đáy của các vật song song mặt thoáng của nước.Biết trọng lượng riêng của nước là d0 = 10000N/m3. b. Kéo từ từ hệ vật lên theo phương thẳng đứng (điểm đặt của lực kéo tại tâm mặt trên của vật B). Hỏi dây nối có bị đứt không. Nếu bị đứt thì khi nào xảy ra. Câu 2 ( 2.0 điểm): Một bình hình trụ có bán kính đáy R1 = 20cm chứa nước ở 0 nhiệt độ t1 = 20 C đặt trên mặt bàn nằm ngang. Thả một quả cầu đặc bằng nhôm 0 có bán kính là R2 = 10cm ở nhiệt độ t2 = 40 C vào bình thì khi cân bằng mực nước trong bình ngập chính giữa quả cầu, cho biết khối lượng riêng của nước D1 3 3 = 1000kg/m , của nhôm là D2 = 2700kg/m , nhiệt dung riêng của nước c1 = 4200J/kg.K,của nhôm c2 = 880J/kg.K. 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 của dầu là D3 = 800kg/m , nhiệt dung riêng của dầu là c3 = 2800J/kg.K; Hãy xác định: nhiệt độ của hệ khi cân bằng nhiệt và áp lực của quả cầu lên đáy bình. (Bỏ qua sự trao đổi nhiệt giữa nước, quả cầu, dầu với bình và môi trường, Thể 4 tích quả cầu tính theo công thức V = .R3 ) 3 2 TaiLieu.VN Page 1
2. Câu 3 (2.0 điểm): Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ: Cho R1 = R4 = 1  ; R2 = R3 = 3 ; R5 = 3  ; điện trở vôn kế vô cùng lớn. Khi K mở vôn kế chỉ 1,2 V K A Đ Khi K đóng vôn kế chỉ 0,75 V. R1 M C N Tính hiệu điện thế U và điện trở R6. R Câu 4 (2.5 điểm) Cho mạch điện hình bên 2 A B Biết UAB = 21V không đổi; RMN = 4,5Ω, R1 = 3Ω; RĐ = 4,5Ω không đổi;Ampe kế lí tưởng. Đặt RCM = x. 1. K đóng: Khi con chạy C trùng N thì ampe kế chỉ 4A a. Tính điện trở R2. b. Tính hiệu suất sử dụng điện. Biết rằng điện năng tiêu thụ trên đèn và R1 là có ích. 2. K mở: Xác định giá trị x để độ sáng của đèn tối nhất. Câu 5 ( 1.5điểm): Một vật sáng AB đặt tại một vị trí trước một thấu kính hội tụ, sao cho AB vuông góc với trục chính của thấu kính và A nằm trên trục chính, ta thu được một ảnh thật lớn gấp 2 lần vật. Sau đó, giữ nguyên vị trí vật AB và dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính, theo chiều ra xa vật một đoạn 15cm, thì thấy ảnh của nó cũng dịch chuyển đi một đoạn 15cm so với vị trí ảnh ban đầu. Tính tiêu cự f của thấu kính (không sử dụng trực tiếp công thức của thấu kính). TaiLieu.VN Page 2
3. Đáp án Câu Nội dung Điểm Câu 1 a. (1,0đ) FB Trọng lượng riêng của vật A là : PB P 10m 10.40,5 3 T A A F dA = 3 3 15000(N / m ) A V a (0,3) T Q Trọng lượng riêng của vật B là : §¸y b×nh PB 10mB 10.21,6 3 PA dB = 8000(N / m ) V a3 (0,3)3 Trọng lượng riêng của hệ vật là : P P 10m 10m 405 216 d = A B A B 11500(N / m3 ) 2V 2.a 3 2.(0,3)3 Ta thấy d > d0 nên hệ vật chìm hoàn toàn trong nước. Vì dB FB = 10000 . ( 0,3 ) = 270( N ) - Lực căng T của sợi dây . Khi hệ vật nằm cân bằng, xét vật B ta có: PB + T = FB TaiLieu.VN Page 3
4. => T = FB – PB = 270 – 216 = 54( N ) 0,25 Vậy lực căng của dây nối hai vật là 54N. b. (1,0đ) Kéo từ từ hệ vật lên theo phương thẳng đứng. *Khi vật A dời khỏi đáy bình nhưng còn nằm hoàn toàn trong nước: 0,25 Lúc này vật A chịu tác dụng của 3 lực: - Trọng lực PA : PA = 10. mA = 10. 40,5 = 405 ( N ) - Lực đẩy Acsimet của nước FA : 3 3 FA = d0.a = 10000 . ( 0,3 ) = 270 ( N ) - Lực căng T của sợi dây . Xét vật A ta có: FA + T = PA => T = PA – FA = 405 – 270 = 135 ( N ) 300N : Dây đứt 0,25 Vậy dây nối hai vật sẽ đứt khi vật A còn chìm một phần trong nước. Khi dây vừa đứt thì lực căng của dây là Tmax = 300N . Gọi chiều cao phần vật A còn chìm trong nước lúc đó là x ( 0 FA’ = PA - Tmax TaiLieu.VN Page 4
5. 2 => d0a x = PA - Tmax P T 405 300 => x = A max 11,67(cm) d a 2 10000.(0,3)2 0 Vậy dây bắt đầu đứt khi vật A còn chìm trong nước một đoạn bằng 11,67cm 0,25 Câu 2 a.(1đ) Tìm nhiệt độ của nước khi cân bằng nhiệt: Khối lượng của nước trong bình là: 2 1 4 3 m1 = V1D1 = ( R .R2 - . .R )D1, 1 2 3 2 thay số ta tính được: m1 10, 47kg 0,5 4 3 Khối lượng của quả cầu: m2 = D2.V2 = .R .D2, 3 2 thay số ta được m2 11,30kg 0,25 Từ điều kiện bài toán đã cho, ta có phương trình cân bằng nhiệt: c1m1 (t – t1) = c2m2 (t2 – t) do đó ta có nhiệt độ của nước khi cân bằng nhiệt: TaiLieu.VN Page 5
6. c m t c m t t = 1 1 1 2 2 2 c1m1 c2m2 thay số ta tính được t 23,7 0C 0,25 b.(1đ) Tính nhiệt độ của hệ khi cân bằng nhiệt, áp lực của quả cầu lên đáy bình : Tính khối lượng của dầu m3 : do thể tích của dầu và nước bằng m1D3 nhau nên khối lượng của dầu là : m3 = , thay số m3 D 1 8,38kg 0,25 Khi cân bằng nhiệt, nhiệt độ của hệ là tx, ta có phương trình : c1m1 (t – tx) + c2m2 (t – tx) = c3m3 (tx – t3) 0,25 c1m1t1 c2m2t2 c3m3t3 tx = , c1m1 c2m2 c3m3 0 thay số ta tính được tx 21,05 C 0,25 Áp lực của quả cầu lên đáy bình : 1 4 3 F = Pcầu – FA(cầu) = 10m1 - . R (D1 + D3), 2 3 2 thay số ta được : F 75N 0,25 Câu 3 Khi K mở ta có sơ đồ: ((R1 nt R3) // (R2 nt R4)) nt R5 TaiLieu.VN Page 6
7. 0,25 * Ta có R13 = R1 +R3 = 1+3 = 4  R24 = R2 +R4 = 1+3 = 4  Nhận xét: R13 = R24 mà R13 // R24 U AB suy ra I1 = I2 =I3 = I4 = I0 = (1) 4 0,25 * Ta có: UCD = UCA + UAD 0,25 = - UA c + UAD = - I0R1 + I0 R2 = - I0 .1 + I0 .3 = 2 I0 * UAB = U1 + U3 = I0R1 + I0 R3 = I0 .1 + I0 .3 = 4 I0 = 2. UAC = 2 0,25 .1,2 = 2,4V Thay số vào (1) ta có I0 = 2,4 :4 = 0,6A Và cường độ dòng điện qua mạch chính I = I1 + I2 = 2 I0 = 1,2A * HĐT 2 đầu cả mạch: 0,25 U = I . R5 + UAB = 1,2 .3 + 2,4 = 6V Khi K đóng ta có mạch tương đương: ((R1 nt R3) // (R2 nt R4) //R6) nt R5 Hoặc HS vẽ lại mạch TaiLieu.VN Page 7
8. U R5 R1 C R3 B R2 D R4 R6 * CM như trên ta có: / UAB = 2 UCD = 2.0,75 = 1,5V / / I0 = UAB : 4 = 1.5:4 = 0.375A 0,25 / / / U U AB 6 1,5 0,25 * Ta có: U = UAB + I . R5 I 1,5A R5 3 / / / / / / * I = I 1+I 2+I6 = 2I0 +I6 I6 = I - 2.I0 = 1,5 - 2. 0,375 = 0,75A / U 6 U AB 1,5 * R6 = 2 0,25 I 6 I 0,75 I § Câu 4 3 R A I 1 B 1.(1,25đ) K đóng: A C R2 I2 a. Khi C ≡ N ta có sơ đồ mạch điện: 0,25 Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R1 là: TaiLieu.VN Page 8
9. UAC = U1 = I.R1 = 4.3 = 12(V) Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R2: U2 = UCB = U – U1 = 21-12 = 9(V) U 9 0,25 Cường độ dòng điện qua đèn là: I CB 2(A) 3 R 4,5 § Cường độ dòng điện qua R là: I = I – I = 4-2 = 2(A) 2 2 3 UCB 9 Điện trở R2 là: R2 4,5() I2 2 b. Hiệu suất sử dụng điện của mạch điện: 0.25 P P1 P U I U I 12.4 9.2 66 H ci § 1 CB 3 0,786 78,6% Ptm Ptm UAB I 21.4 84 0.5 R CN § 2.(1,25đ) K mở: I3 N R R Ta có sơ đồ mạch A I 1 M CM B điện tương đương C R I 2 như hình vẽ . 2 Điện trở tương 0,25 đương toàn mạch điện: R (R R ) R 2 CN § CB R R R 2 CN § 4,5(9 x) 13,5 x 4,5(9 x) 81 6x x2 R R R R 3 x 0,25 AB 1 CM CB 13,5 x 13,5 x UAB 21.(13,5 x) Cường độ dòng điện qua mạch chính: I 2 RAB 81 6x x Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch CB: TaiLieu.VN Page 9
10. 21.(13,5 x) 4,5(9 x) 94,5.(9 x) U IR . CB CB 81 6x x2 13,5 x 81 6x x2 Cường độ dòng điện chạy qua đèn: 0,25 U 94,5.(9 x) 94,5 94,5 I CB 3 2 2 2 RCNB (81 6x x )(9 x) 81 6x x 90 (x 3) 2 Để độ sáng của đèn yếu nhất thì I3 min 90 - (x-3) max x = 3. Hay RMC = 3. 0.25 0.25 Vẽ hình 0,25 đ - Gọi khoảng cách từ vật đến thấu B I Câu 5 kính là d, khoảng cách từ ảnh đến F' A' A F O thấu kính là d’. B' Ta tìm mối quan hệ giữa d, d’ và f: AOB ~ A'OB' A B OA d = = ; AB OA d 0,25 đ TaiLieu.VN Page 10
11. OIF' ~ A'B'F' A B A F A B B = = ; I' OI OF AB F' A'' d - f d hay = d(d' - f) A F O' f d B'' = fd' d' d2 2 dd' - df = fd' dd' = fd' + fd ; 1 1 1 Chia hai vế cho dd'f ta được: = + (*) f d d 0,25 đ A B d - Ở vị trí ban đầu (Hình A): = = 2 d’ = 2d AB d 1 1 1 3 Ta có: = + = (1) f d 2d 2d 0,25 đ - Ở vị trí 2: Ta có:d2 = d + 15 . Ta nhận thấy ảnh A B không thể di chuyển ra xa thấu kính, vì nếu di chuyển ra xa thì lúc đó d 2 = d , không thoả mãn công thức (*). Ảnh A B sẽ dịch chuyển về phía gần vật, và ta có: O’A” = OA’ - 15 - 15 = OA’ - 30 - hay: d 2 = d - 30 = 2d - 30 . 0,25 đ 1 1 1 1 1 Ta có phương trình: = + = + (2) f d2 d 2 d + 15 2d - 30 - Giải hệ phương trình (1) và (2) ta tìm được: f = 30(cm). 0,25 TaiLieu.VN Page 11
12. đ * Chú ý: Học sinh có thể làm cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa. Hết TaiLieu.VN Page 12