Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2017-2018 - Sở giáo dục và đào tạo Thanh Hóa (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2017-2018 - Sở giáo dục và đào tạo Thanh Hóa (Có đáp án)

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH THANH HỐ Năm học 2017- 2018 ĐỀ CHÍNH THỨC Mơn thi: VẬT LÍ – 9 THCS Thời gian: 150 phút (khơng kể thời gian giao đề) Số báo danh Ngày thi: 10 tháng 3 năm 2018 Đề thi cĩ 06 câu, gồm 02 trang Câu 1 (2,5 điểm): Một ơ tơ chuyển động trên các đoạn đường thẳng liên tiếp AB, BC, CD cĩ chiều dài bằng nhau và bằng 36 km, coi tốc độ chuyển động của ơ tơ trên mỗi đoạn đường là khơng đổi. Trên đoạn AB xe chuyển động với tốc độ v0, trên đoạn BC tốc độ của xe bằng 0,8v0, trên đoạn CD tốc độ của xe là 0,75v0, thời gian xe chuyển động từ B đến D là 1 giờ 15 phút. Tìm v0 và tốc độ trung bình của xe trên cả quãng đường AD. Câu 2 (2,5 điểm): Một bình hình trụ chứa nước cĩ diện tích đáy là S = 300 cm2. Trong bình cĩ nổi thẳng đứng một khúc 2 gỗ hình trụ cĩ chiều cao h = 20 cm và diện tích đáy S1 = 100 cm . Biết khối lượng riêng của gỗ là 3 3 D = 300 kg/m , của nước là Dn = 1000 kg/m . a. Tính chiều cao của phần khúc gỗ chìm trong nước. b. Cần thực hiện một cơng tối thiểu là bao nhiêu để kéo khúc gỗ hồn tồn ra khỏi nước? Câu 3 (4,0 điểm): Cĩ ba bình cách nhiệt giống nhau, chứa cùng một loại chất lỏng tới một nửa thể tích của mỗi bình. Bình 1 chứa chất lỏng ở nhiệt độ 200C, bình 2 chứa chất lỏng ở nhiệt độ 400C và bình 3 chứa chất lỏng ở nhiệt độ 800C. a. Sau vài lần rĩt chất lỏng từ bình này sang bình khác, người ta thấy bình 3 được chứa đầy chất lỏng 1 ở nhiệt độ 500C, cịn bình 2 chỉ chứa chất lỏng ở 480C đến thể tích của bình. Hỏi chất lỏng chứa 3 trong bình 1 lúc này cĩ nhiệt độ bằng bao nhiêu? b. Hỏi sau rất nhiều lần rĩt đi rĩt lại các chất lỏng trong 3 bình trên với nhau và bình 3 được chứa đầy chất lỏng thì nhiệt độ chất lỏng ở mỗi bình bằng bao nhiêu? Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình, mơi trường, sự giãn nở vì nhiệt của chất lỏng và bình chứa. Câu 4 (4,0 điểm): Một vật sáng phẳng, mỏng cĩ dạng tam giác vuơng ABC (AB = 3 cm; BC = 4 cm) được đặt trước một thấu kính hội tụ L cĩ tiêu cự f = 12 cm sao cho BC nằm trên trục chính của thấu kính và đầu C cách thấu kính một khoảng bằng 16 cm (Hình 1). a. Hãy dựng ảnh của vật sáng ABC qua thấu kính. b. Xác định diện tích ảnh của vật sáng ABC. Câu 5 (5,0 điểm): 1. Cho mạch điện như hình 2. Trong đĩ: U = 24 V, R1 = 12  , R2 = 9  , R4 = 6  , R3 là một biến trở, ampe kế, các dây nối cĩ điện trở nhỏ khơng đáng kể. a. Cho R3 = 6  . Tính cường độ dịng điện qua các điện trở R1, R3 và số chỉ của ampe kế. b. Thay ampe kế bằng một vơn kế cĩ điện trở rất lớn. Tìm R3 để số chỉ của vơn kế là 16 V. Nếu điều chỉnh giá trị của biến trở R3 tăng lên thì số chỉ của vơn kế thay đổi thế nào? 2. Một mạng điện trở phẳng, rộng vơ hạn, cĩ dạng giống như mạch vữa của một bức tường đang xây (Hình 3). Điện trở của mỗi đoạn dây nối giữa hai nút gần nhau nhất đều bằng r = 2 Ω. Nối hai điểm a, b vào hai cực của nguồn điện cĩ hiệu điện thế U = 6 V. Tìm cơng suất điện tiêu thụ của mạng điện. Câu 6 (2,0 điểm): Hãy trình bày phương án thí nghiệm xác định khối lượng riêng của thủy tinh vụn. Dụng cụ: - Một cốc nước đủ sâu (biết khối lượng riêng của nước là Dn); - Một ống nghiệm hình trụ; - Thủy tinh vụn; - Một thước chia tới mm. 1
2. L A • • B C F O F’ Hình 1 + ● U ● R1 A R 3 R2 R4 Hình 2 • • • • • a b • • • • Hình 3 HÕT Giám thị coi thi khơng giải thích gì thêm! 2
3. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH THANH HĨA Năm học 2017- 2018 Mơn thi: Vật lí. ĐÁP ÁN CHÍNH THỨC Lớp 9 THCS Thời gian: 150 phút (khơng kể thời gian giao đề thi) HƯỚNG DẪN CHẤM Câu Nội dung Điểm Câu 1 (2,5 điểm) - Gọi độ dài mỗi đoạn đường là L. Thời gian ơ tơ chuyển động trên các đoạn đường BC, CD lần lượt là: LLLL 0,5 đ t2 = = ; t 3 = = v2 0,8v 0 v 3 0,75v 0 - Thời gian xe đi hết quãng đường BC và CD là: 1. L L L 1 1 0,5 đ t + t = + = ( + ) = 1,25 (h) 2 3 0,8v 0,75v v 0,8 0,75 2,5 đ 0 0 0 0,5 đ - Thay số vào ta được: v0 = 74,4 km/h - Tốc độ trung bình của ơ tơ trên cả quãng đường AD là: AD AD 36.3 v = = = 62,29 (km/h) tb t t + t + t 36 36 36 1,0 đ AD 1 2 3 + + 74,4 74,4.0,8 74,4.0,75 Câu 2 (2,5 điểm) - Gọi chiều cao phần chìm của khúc gỗ là h1, khúc gỗ nổi cân bằng, ta cĩ: 2.a P = FA 10DhS1 = 10Dnh1S1 0,5 đ Dh 300.20 1,0 đ h = = = 6 (cm) = 0,06 m 1 0,5 đ Dn 1000 b. Khi lực tác dụng kéo khúc gỗ lên một đoạn là x thì mực nước trong bình hạ xuống một đoạn là y. x x.S1 x.100 x - Ta cĩ x.S1 = y(S – S1) y = = = S - S 300 - 100 2 y 0,25 đ 1 - Khi kéo khúc gỗ lên khỏi mặt nước, ta cĩ h h1 x x + y = h1 x + = 0,06 x = 0,04 (m) S 0,25 đ 2 1 2.b S 1,5 đ - Trọng lượng của khúc gỗ: P = 10D.V = 10D.h.S1 = 10.300.0,2.0,01 = 6 (N) 0,25 đ - Lực kéo khúc gỗ tăng đều từ 0 đến P, lực kéo trung bình: 0 + P 0,25 đ Ftb = 2 - Cơng tối thiểu để kéo khúc gỗ lên khỏi mặt nước: 0 + P 0 + 6 0,5 đ A = Ftb.s = . s = .0,04 = 0,12 (J). 2 2 Câu 3 (4,0 điểm) Gọi khối lượng chất lỏng trong mỗi bình lúc đầu là m, nhiệt dung riêng của chất lỏng , là C, nhiệt độ của chất lỏng ở bình 1 sau vài lần rĩt từ bình này sang bình khác là t1 3.a - Giả sử bình 2 và bình 3 cùng hạ nhiệt độ tới 200C thì chúng tỏa ra nhiệt lượng là: 0,5 đ Q1 = mC(40 - 20) + mC(80 - 20) = 80mC (J) (1) 2,5 đ 1 - Sau vài lần rĩt, khối lượng chất lỏng ở bình 3 là 2m, ở bình 2 là ( .2m ) và ở bình 1 3 0,5 đ 3
4. 2 1 là: 3m - (2m + m ) = m 3 3 0,5 đ - Giả sử cả ba bình đều hạ nhiệt độ tới 200C thì chúng tỏa ra nhiệt lượng là 1 , 2 Q2 = mC( t – 20) + mC(48 – 20) + 2mC(50 – 20) (J) (2) 3 1 3 - Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với bình chứa và mơi trường nên ta cĩ: Q1 = Q2 1 , 56 1,0 đ 80mC = mC( t - 20) + mC + 60mC 3 1 3 , 0 - Giải phương trình trên ta được t1 = 24 C. - Sau nhiều lần rĩt đi rĩt lại thì nhiệt độ chất lỏng trong 3 bình là như nhau và bằng nhiệt độ cân bằng của chất lỏng khi ta trộn chất lỏng ở 3 bình với nhau, gọi nhiệt độ 0,5 đ 3.b đĩ là t. - Vì khơng cĩ sự trao đổi nhiệt với bên ngồi nên ta cĩ: 0,5 đ 1,5 đ Qthu = Qtoa Qthu - Qtoa = 0 mC(t - 20) + mC(t - 40) + mC(t - 80) = 0 - Giải phương trình trên ta được: t 46,670C 0,5 đ Câu 4 (4,0 điểm) * Vẽ ảnh của vật sáng ABC - Dựng tia sáng AI song song với trục chính cho tia lĩ (1) IF’ đi qua tiêu điểm F’. - Dựng tia sáng AO đi qua quang tâm của thấu kính, tia lĩ đi thẳng và cắt tia lĩ (1) tại A’. A’ là ảnh của A. 0,5 đ - Dựng CD vuơng gĩc với trục chính của thấu kính (D nằm trên AI). Từ D kẻ DO đi qua quang tâm của thấu kính, nĩ cắt tia IF’ ở D’, ta xem D’ là ảnh của D qua TK. 4.a - Từ D’ hạ D’C’ vuơng gĩc với trục chính của thấu kính, C’ là ảnh của C qua TK. 1,0 đ * Ta cĩ hình vẽ bên A D I F’ B’ C’ 0,5 đ B C O A’ D’ - Tính diện tích ảnh A’B’C’ Gọi OB = d1; OB’ = d1’; OC = d2; OC’ = d2’ A'B' OB' d' 0,5 đ Ta cĩ: ΔABO~ ΔA'B'O = = 1 (1) ABOB d 1 A'B' B'F' d' - f OIF' ~ ΔB'A'F' = = 1 (2) OI OF' f 0,5 đ - Mặt khác: d1 = d2 + BC = 16 + 4 = 20 cm. (3) d'' - f d d f 20.12 - Từ (1), (2) và (3) suy ra: 1 = 1 d=' 1 = = 30 cm. f d1 d - f 20 - 12 1 1 0,5 đ d' 30 4.b - Thay vào (1) ta cĩ: A’B’ = 1 .AB = .3 = 4,5 cm. d1 20 3,0 đ ' D'C' d - Tương tự: ΔD'C'O ~ ΔDCO = 2 (4) DC d 0,5 đ 2 D'C' D'C' d' - f ΔD'C'F' ~ ΔIOF = = 2 (5) IO AB f 0,5 đ d f 16.12 - Từ (4) và (5) suy ra: d' = 2 = = 48 cm. 2 d - f 16 - 12 2 - Suy ra: B’C’ = d ’ – d ’ = 48 – 30 = 18 cm 2 1 1 1 2 - Diện tích ảnh A’B’C’ là: SA’B’C’ = .A’B’.B’C’ = .4,5.18 = 40,5 (cm ) 0,5 đ 2 2 4
5. Câu 5 (5,0 điểm) - Do ampe kế cĩ điện trở khơng đáng kể, chập M  N, mạch điện cĩ dạng như hình vẽ R2 nt (R 3 // R 4 ) //R1. R 0,5 đ U 24 I1 1 I1 = = = 2 A. R 12 A M, N 1 ● R ● I3 3 5.1.a R3 .R 4 I2 R234 = R2 + = 12  R R + R C I4 4 0,5 đ 3 4 R2 2,0 đ U 24 I = = = 2 A. 2 R 12 234 0,5 đ I2 I3 = I4 = = 1 A. 2 - Quay về sơ đồ gốc, tại nút M: IA = I1 + I3 = 3 A. Vậy ampe kế chỉ 3 A. 0,5 đ - Vơn kế cĩ điện trở rất lớn, mạch điện được mắc: (R1 nt R 3 ) // R 2  nt R4, vơn kế chỉ U . MN Ta cĩ U = U = U – U = 24 – 16 = 8 V AM 1 MN U1 8 2 ● ● I1 = = = A U I R1 12 3 R1 M N 0,5 đ A V I IR1 2 1 = R3 - Mặt khác: I2 R 1 + R 3 I2 I + I = I R 1 2 2 R4 R 9 C I4 5.1.b Suy ra: I = 2 I = I 1 R2 + R+ 1 R 3 21 + R 3 1,5 đ 21 + R2 21 + R I = I3 = . 3 1 9 3 9 2 2 21 + R 3 - Lại cĩ: UMN = UMC + UCN = I1R3 + IR4 Thay số: 16 = R3 + . .6 3 3 9 0,5 đ R3 = 6  - Khi R3 tăng điện trở tồn mạch tăng cường độ dịng điện mạch chính U U2 I = I4 = giảm U4 = I.R4 giảm U2 = U – U4 tăng I2 = tăng R R 0,5 đ tm 2 I1 = I – I2 giảm U1 = I1R1 giảm. UMN = U – U1 sẽ tăng lên, tức là số chỉ của vơn kế tăng. - Từ mạng cĩ dạng ‘‘bức tường’’ ta dễ dàng vẽ lại mạng điện trở thành dạng ‘‘tổ ong’’ như hình bên a • c 5.2 • 1,5 đ b 0,5 đ - Giả sử cĩ dịng điện I đi vào từ a, dịng điện này từ a theo mọi hướng ra vơ cùng, do 5
6. I I tính đối xứng của mạch nên dịng từ a đến c là , dịng từ c đến b là . 3 6 I - Lại giả sử cĩ dịng điện I theo mọi hướng đi tới b tương tự trên ta thấy cĩ dịng từ 0,5 đ 6 I a đến c, dịng từ c đến b. 3 - Tổng hợp 2 trường hợp trên cĩ dịng điện I vào a và ra c thì dịng điện chạy qua I I I I I I đoạn ac là: Iac = + = và dịng điện chạy qua đoạn cb là: Icb = + = 3 6 2 3 6 2 - Điện trở tương tương của mạng điện giữa hai điểm a, b là U U + U Ir + Ir R=ab = ac cb = ac cb = r = 2 Ω 0,5 đ ab III 2 2 Uab 6 * Cơng suất tiêu thụ của mạng điện là: P ab = = = 18 W Rab 2 Câu 6 (2,0 điểm) Bước 1: Dùng thước đo đường kính trong của ống nghiệm là 2r; đo đường kính ngồi 2 của ống nghiệm là 2R. Suy ra tiết diện trong của ống nghiệm là S1 = πr ; tiết diện 0,5 đ 2 ngồi của ống S2 = πR Bước 2: - Rĩt một ít nước vào ống nghiệm sao cho khi thả ống vào cốc thì ống nổi thẳng đứng. - Đo chiều cao cột nước trong ống nghiệm là h , thả h h ' 1 2 2 0,5 đ ống nổi trong cốc nước, đo chiều cao phần ống nghiệm h1 ' chìm trong nước là h2 h1 - Ống nghiệm nổi cân bằng: ■♦ 6 Pống= FA1 = S2.h2.10.Dn (1) •● Bước 3: 2,0 đ - Bỏ vào ống một ít thủy tinh vụn, đo chiều cao cột nước trong ống nghiệm lúc này là h’1, đo chiều cao phần ống nghiệm chìm trong nước là h’2. 0,5 đ - Ống nghiệm nổi cân bằng: Pống + Pthủy tinh = FA2 = S2.h’2.10.Dn (2) Bước 4: Tính tốn - Thể tích thủy tinh vụn là: V = (h1’- h1)S1 - Trọng lượng thủy tinh vụn là: Pthủy tinh = FA2 – Pống = S2.10.Dn(h2’ – h2) - Khối lượng riêng thủy tinh vụn: 0,5 đ 2 thủytinh P S2 .10.D n h 2 ’ – h 2 R .D n h 2 ’ – h 2 D = 2 10V 10.h’hS 1 1 1 rh’-h 1 1 Lưu ý: - Câu 4 (Quang học), nếu thí sinh áp dụng cơng thức thấu kính mà khơng chứng minh thì điểm của câu này trừ đi 0,5 điểm; - Trên đây là lời giải phổ biến. Nếu thí sinh làm cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa. 6