Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật Lý Khối 9 - Năm học 2012-2013 (Kèm đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật Lý Khối 9 - Năm học 2012-2013 (Kèm đáp án)

1. ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 THCS NĂM HỌC: 2012-2013 Đề chính thức Môn: Vật lý Thêi gian: 150phót, kh«ng kÓ thêi gian giao ®Ò. §Ò thi cã: 01 trang Câu 1(4,0 điểm). Người ta thả một quả cầu đặc, đồng chất vào một bình chứa nước thì thấy quả cầu bị ngập 90% thể tích khi ở trạng thái cân bằng. Biết trọng lượng riêng của nước là 10000N/m3. a. Xác định trọng lượng riêng của chất làm quả cầu. b. Người ta tiếp tục đổ thêm dầu vào bình cho tới khi quả cầu bị ngập hoàn toàn. Xác định tỉ số giữa phần thể tích của quả cầu bị ngập trong nước với phần thể tích quả cầu bị ngập trong dầu khi quả cầu ở trạng thái cân bằng. Biết trọng lượng riêng của dầu là 8000N/m3. Câu 2(3,0 điểm). Bình A chứa 3kg nước ở 200C; bình B chứa 4kg ở 300C. Đầu tiên trút 1 ca nước từ bình A sang bình B. Sau khi cân bằng nhiệt, trút 2 ca nước từ bình B sang bình A. Nhiệt độ cân bằng của bình A là 240C. Tính nhiệt độ của bình B khi có cân bằng nhiệt và khối lượng của 1 ca nước. Cho rằng khối lượng của các ca nước bằng nhau và chỉ có sự trao đổi nhiệt của nước trong hai bình. Câu 3 (4,0 điểm). 0 Hai gương phẳng G1,G2 quay mặt phản xạ vào nhau và hợp với nhau một góc =60 . Một điểm sáng S nằm trên đường phân giác Ox của 2 gương, cách O một khoảng R=10cm ( như hình vẽ). a) Trình bày cách vẽ và vẽ một tia sáng phát ra từ S sau G1 khi phản xạ lần lượt trên G1, G2 lại truyền qua S. b) Gọi S1, S2 lần lượt là ảnh đầu tiên của S qua G1, G2. Tính x khoảng cách giữa S1 và S2. S 0 O 60 Câu 4 (4,0 điểm). G2 Cho mạch điện ( hình vẽ ). Biết R1 = R3 = R4= 4  , R2= 2 , U = 6 V a) Nối A, D bằng một vôn kế có điện trở rất lớn. Tìm chỉ sốcủa vôn kế? b) Nối A, D bằng một Ampe kế có điện trở không đáng kể. Tìm số chỉ của Ampe kế và điện trở tương đương của mạch Câu 5 (5,0 điểm). Cho mạch điện như hình vẽ bên. Hiệu U D điện thế U không đổi và U = 18V; điện trở r = A B r 2; bóng đèn Đ có hiệu điện thế định mức M N 6V; biến trở có điện trở toàn phần là R; bỏ A qua điện trở các dây nối, ampe kế và con C chạy của biến trở. Điều chỉnh con chạy của biến trở để số chỉ của ampe kế nhỏ nhất bằng Đ 1A và khi đó đèn Đ sáng bình thường. Hãy xác định công suất định mức của đèn Đ. Hết Họ và tên thí sinh: SBD: Cán bộ coi thi không cần giải thích gì thêm./. 1
2. HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 NĂM HỌC 2012-2013 MÔN: VẬT LÝ CÂU YÊU CẦU VỀ NỘI DUNG ĐIỂM Câu 1 a. Gọi V là thể tích quả cầu, khi vật nằm cân bằng thì FA = P. 0,5 (4,0 điểm) Ta có: 0,9V.d = V.d . n c 1,0 Vậy: dc = 0,9dn 3 Thay số: dc = 9000N/m 0,5 b.Gọi V1 là phần thể tích của quả cầu ngập trong nước và phần thể tích ngập trong dầu là V2. 0,5 Ta có: P = FAd + FAn Vdc = V1dn + V2dd (V1+V2)dc = V1dn + V2dd 1,0 V d d - Ta có: 1 = c d = 1 0,5 V2 dn dc Câu 2 Gọi khối lượng một ca nước là m (0<m<3); (3,0 điểm) Gọi m1, m2 là khối lượng nước lúc đầu ở bình A, bình B Gọi nhiệt độ của bình B khi có cân bằng nhiệt là tB 0,5 - Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt cho lần đổ 1 ca nước từ bình A sang bình B: cm(tB - 20) = c.m2(30 - tB) m(tB - 20) = 4(30 - tB) (1) - Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt cho lần đổ 2 ca nước từ bình B trở lại bình A: 0,5 c(m1- m)(24 - 20) = c.2m(tB - 24) (3- m).4= 2m(tB - 24) (2) 120 20m Từ (1) t (3) B m 4 0,5 22m 6 Từ (2) t (4) B m 120 20m 22m 6 Từ (3) và (4) suy ra = m2 - 13m +12 = 0 0,5 m 4 m (m - 1)(m - 12) = 0 m=1(kg) hoặc m=12(kg) 0,5 Vì m < 3 nên ta lấy nghiệm m = 1kg 0 Thay m=1 vào (4) ta được tB = 28 C 0,5 S1 G1 Câu 3 (4,0 điểm) a. K -Vẽ hình S O 1,0 H ’ G2 S’1 2
3. Cách dựng: -Vẽ ảnh S1 của S qua G1 (Bằng cách lấy đối xứng) ’ -Vẽ ảnh S 1 của S1 qua G2 (Bằng cách lấy đối xứng) ’ 1,0 - Nối S 1 với S cắt G2 tại H , nối S1 với H cắt G1 tại K . -Nối K với S, H với S ta được SKHS là đường truyền của tia sáng cần dựng. b.Vẽ hình S1 G1 300 0 I S O 30 0,25 G2 S2 · 0 Xét tam giác cân OSS1 có gócSOS1 = 60 => ∆ OSS1 đều. SS 1 = OS = OS1= R. Tương tự: SS2 = OS = OS2= R. 0,5 Nối S1S2 cắt OS tại I Ta có: OS1=OS2=SS1=SS2=>Tứ giác SS1OS2 là hình thoi => OS vuông góc với SS1 · 0 Xét tam giác vuông ISS1 có gócIS1S = 30 1 R 0,5 => IS = SS1 = . 2 2 2 2 2 2 R R 3 =>IS1 = SS IS = R = . 0,5 1 4 2 => S1S2 =2.IS1= R3 =103 (cm) 0,25 Câu 4 a. Do vôn kế có điện trở rất lớn nên ta có thể bỏ vôn kế ra (4,0 điểm) khỏi mạch 0,25 Vậy ta có mạch điện: R1 nt[R2 // ( R3 nt R4)]. suy ra R = R + R = 8  => R = 1,6  34 3 4 CB = 0,5 - Điện trở toàn mạch là: R = R1 + RCB = 5,6  - Cường độ dòng qua mạch chính (qua điện trở R1 )là : I1=I= = ≈1,07 A 0,5 =>UCB = RCB . I =1,6.1,07 ≈1,7V => I3 =I4= = 0,2125 A Vôn kế chỉ UAD = UAC + U CD = U1+ U3= = I1 .R1 + I3 .R3 = 1,07.4 + 0,2125.4= 5,13 V. 0,75 Vậy số chỉ của vôn kế là 5,13 V. b. Do điện trở của ampe kế không đáng kể nên ta có thể chập A với D . 0,25 Phân tích mạch điện : [( R1// R3 ) nt R2] // R4 . 3
4. R1 . R3 R13= = 2 => R123 = R2 + R13 = 4  R R 1 3 0,5 R .R - Điện trở toàn mạch là R’ = 123 4 2 R123 R4 * Số chỉ của ampe kế: 0,25 Dòng điện trong mạch chính có cường độ I’ = U /R’=3 A I 4 = U / R4 = 1,5 A suy ra I2 =I – I4 = 1,5 A => U2 = I2 . R2 = 3 V suy ra U1 = U – U2 = 3V 0,5 => I 3 = U3 / R3 = U1 / R3 = 0,75 A Vậy số chỉ của ampe kế là IA= I3 + I4 = 2,25A 0,5 Câu 5 Đặt RMC=x thì RCN=R-x (5,0 điểm) U D A B r M N A C 0,5 Đ Rtd là điện trở tương đương của đèn và RMC RD x Rtd = (1) RD x Cường độ dòng điện qua mạch chính (qua điện trở r) là : I = U (2). 0,5 r R x Rtd Thay (1) vào (2) và biến đổi (2) ta được: U (x RD ) 0,5 I = 2 (3) x (R r)x (R r)RD Từ sơ đồ mạch điện ta có: I x ID I x ID I UMC = xIx = RDID = = = RD x x RD x RD I (x R ) I = x D (4) R D 0,5 I x (x RD ) U (x RD ) Từ (3) và (4) ta có: = 2 RD x (R r)x (R r)RD URD Ix = 2 x (R r)x (R r)RD URD Ix = 2 2 = (r R) 2 R r (R r) (R r)RD x 2 x 4 2 4 0,5 URD 2 (5) R r P x 2 4
5. (r R)2 ở đây ta đặt : P = (R + r)RĐ + 4 r R Nhận xét : Mẫu số (5) ≤ P, dấu (=) xảy ra khi x = 2 Điều đó có nghĩa mẫu số (5) đạt giá trị lớn nhất khi 0,5 r R x = (6) khi đó số chỉ ampe kế nhỏ nhất là (1A). 2 Theo đầu bài, lúc này đèn Đ sáng bình thường nên U x 6 0,5 Ux = UĐ = 6V x = = = 6 I x 1 thay x vào (6) ta được: R = 2x - r = 10 0,5 Từ các dữ kiện trên, ta có: UCB = U - UMC = 18 - 6 = 12V, do đó cường độ dòng điện mạch chính là: 0,5 U 12 I = CB = = 2A r R x 2 10 6 IĐ = I - Ix = 2 - 1 = 1A. Vậy công suất định mức của đèn Đ là: 0,5 PĐ = IĐ.UĐ = 6.1 = 6W Chú ý: + ở từng phần hoặc cả một câu học sinh có thể làm các cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa từng phần và cả câu. Điểm từng phần hoặc cả câu theo phân phối điểm trong hướng dẫn này; + Nếu học sinh sai đơn vị thì trừ điểm toàn bài như sau: nếu sai 3 lỗi trở xuống thì trừ toàn bài 0,25 điểm; nếu sai trên 3 lỗi thì trừ toàn bài 0,5 điểm. Hết 5