Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật Lý Lớp 9 - Đề số 1 - Năm học 2017-2018 (Kèm đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật Lý Lớp 9 - Đề số 1 - Năm học 2017-2018 (Kèm đáp án)

1. SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 NĂM HỌC 2017 - 2018 ĐỀ THI MÔN: VẬT LÍ ĐỀ CHÍNH THỨC Thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề) (Đề thi gồm 02 trang) Câu 1 (2,0 điểm). Hai người chạy đua trên một đoạn đường thẳng dài s = 200m. Anh A chạy nửa đầu đoạn đường với vận tốc v1 = 4m/s, nửa sau với vận tốc v 2 = 6m/s. Anh B chạy nửa đầu thời gian chạy với vận tốc v1, nửa sau với vận tốc v2. Hỏi ai sẽ đến đích trước? Khi người ấy đến đích thì người kia còn cách đích bao xa? Câu 2 (2,0 điểm). Cho một gương phẳng cố định, một điểm sáng S chuyển động đều đến gần gương phẳng trên một đường thẳng vuông góc với gương. Gọi S’ là ảnh của S qua gương. Biết ban đầu S cách gương 3m, sau 2s kể từ lúc chuyển động khoảng cách giữa S và S’ là 4m. Tính tốc độ chuyển động của S đối với gương và tốc độ chuyển động của S đối với S’. Câu 3 (2,0 điểm). Có hai bình cách nhiệt, bình một chứa 4 lít nước ở nhiệt độ 800C, bình hai chứa 2 lít nước ở nhiệt độ 200C. Người ta rót một ca nước từ bình một vào bình hai. Khi bình hai đã cân bằng nhiệt thì lại rót một ca nước từ bình hai sang bình một để lượng nước hai bình như lúc đầu. Nhiệt độ nước ở bình một sau khi cân bằng là 740C. Cho biết khối lượng riêng của nước là 1kg/lít. Xác định khối lượng nước đã rót trong mỗi lần. Câu 4 (2,0 điểm). N a) Trình bày hai cách tạo ra dòng điện xoay chiều và giải thích. S b) Một thanh sắt hình trụ có thể tích V = 10cm3 nằm cân bằng trong dầu dưới tác dụng của một nam châm thẳng như Hình 1. Tính độ lớn lực mà thanh nam châm tác dụng lên thanh sắt. Biết trọng lượng riêng của sắt là 79000N/m3 và của dầu là 8000N/m3. Câu 5 (2,0 điểm). Một bếp điện có công suất tiêu thụ P = 1,1kW khi được dùng ở mạng Hình 1 điện có hiệu điện thế U = 120V. Dây nối từ ổ cắm vào bếp điện có điện trở rd=1 . a) Tính điện trở của bếp điện khi đó. b) Tính nhiệt lượng tỏa ra ở bếp điện khi sử dụng liên tục bếp điện trong thời gian 30 phút. + - Câu 6 (2,0 điểm). Cho mạch điện như Hình 2, trong đó U = 24V, R0 = 2 , U R0 R 2 12 , R1 là một điện trở, R b là một biến trở. Vôn kế lí tưởng và bỏ qua điện R2 V trở các dây nối. Người ta điều chỉnh biến trở để công suất của nó đạt giá trị lớn nhất R Rb thì vôn kế chỉ 12,6V. 1 Tính công suất lớn nhất của biến trở và điện trở của biến trở khi đó. Hình 2 Câu 7 (2,0 điểm). Một dây dẫn, khi dòng điện có cường độ I 1 = 1,4A đi qua thì nóng lên đến nhiệt độ 0 0 t1 55 C ; khi dòng điện có cường độ I 2=2,8A đi qua thì nóng lên đến nhiệt độ t2 160 C .Coi nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh tỉ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ giữa dây và môi trường. Nhiệt độ môi trường không đổi. Bỏ qua sự thay đổi của điện trở dây theo nhiệt độ. Tìm nhiệt độ của dây dẫn khi có dòng điện cường độ I3 = 5,6A đi qua. Câu 8 (2,0 điểm). Trên mặt hộp có lắp ba bóng đèn (gồm 2 bóng loại1 V-0,1W K và 1 bóng loại 6V-1,5W), một khóa K và hai chốt nối A, B như Hình 3. Nối hai chốt A, B với nguồn điện có hiệu điện thế không đổi U = 6V thì thấy như sau: A B - Khi mở khóa K thì cả ba bóng đèn cùng sáng. - Khi đóng khóa K thì chỉ có bóng đèn 6V-1,5W sáng. Hình 3 2 Biết rằng, nếu hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi bóng đèn nhỏ hơn hiệu điện thế 3 định mức của nó thì bóng đèn không sáng. Vẽ sơ đồ mạch điện trong hộp. 1
2. Câu 9 (2,0 điểm). Cho mạch điện như Hình 4a, vôn kế V chỉ 30V. Nếu M R0 + - N thay vôn kế bằng ampe kế A mắc vào hai điểm M, N của mạch điện trên U0 thì thấy nó chỉ 5A. Coi vôn kế, ampe kế đều là lí tưởng và bỏ qua điện trở các dây nối. V Hình 4a a) Xác định giá trị hiệu điện thế U0 và điện trở R0. b) Mắc điện trở R1, biến trở R (điện trở toàn phần của nó bằng R), M R0 + - N vôn kế và ampe kế trên vào hai điểm M, N của mạch điện như Hình 4b. U0 Khi di chuyển con chạy C của biến trở R ta thấy có một vị trí mà tại đó R A ampe kế chỉ giá trị nhỏ nhất bằng 1A và khi đó vôn kế chỉ 12V. C R1 Xác định giá trị của R1 và R. Hình 4b V R R A+ R Câu 10 (2,0 điểm). Cho mạch điện như Hình 5, các điện trở R có giá trị bằng nhau và các vôn kế có điện trở bằng nhau. Biết vôn kế V 1 chỉ V4 V3 V2 V1 1V, vôn kế V3 chỉ 5V. Tìm số chỉ của các vôn kế V2 và V4. R R R B - Hình 5 Hết Thí sinh không được sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. Họ tên thí sinh: SBD: 2
3. SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 NĂM HỌC 2017 – 2018 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN: VẬT LÍ (Hướng dẫn chấm gồm: 04 trang) * Thí sinh làm cách khác nếu đúng vẫn cho điểm tối đa. * Thí sinh viết thiếu hoặc viết sai đơn vị từ hai lần trở lên thì trừ 0,5 điểm cho toàn bài Câu Ý Nội dung Điểm 1 100 100 0,5 Thời gian A đi hết đường chạy: tA= 41,67s (2đ) 4 6 t 0,5 Thời gian B đi hết đường chạy: B (4 6) 200m t 40s 2 B B đến trước, sớm hơn 1,67s 0,5 A còn cách đích 1,67.6=10m 0,5 2 Khoảng cách từ S đến gương sau 2 s: 3 2v 0,5 (2đ) Khoảng cách giữa S và S’ sau 2 s là d 2(3 2v) 4 0,5 Vận tốc của của S là v 0,5 m/s 0,5 Do S và S’ chuyển động ngược chiều nên, tốc độ của S đối với S’ là v/ 2v 1 m / s 0,5 3 Gọi khối lượng nước đã rót là m, nhiệt độ bình 2 sau khi cân bằng nhiệt là t1. Sau (2đ) khi rót lần 1 thì m.c.(80-t1)=2.c.(t1-20) (1) 0,25 Sau khi rót lần 2 thì (4-m).c.(80-74)=m.c.(74-t1) (2) 0,25 Từ (1) có: 80m mt1 2t1 40 0,25 0,25 Từ (2) có: 74m mt1 24 6m 80m 40 (2 m) t1 và 80m 24 m t1 0,25 Suy ra (80m 40) m (2 m)(80m 24) 0,25 Vậy m 0,5kg 0,5 4 a Cách 1: Cho nam châm quay trước cuộn dây dẫn kín. 0,25 (2đ) Khi đưa nam châm quay liên tục thì số đường sức từ luân phiên tăng giảm. Vậy 0,25 dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây là dòng điện xoay chiều. Cách 2: Cho cuộn dây dẫn quay trong từ trường. Trụ quay 0,25 Cuộn dây quay từ vị trí 1 sang 2 thì số đường sức từ tăng. Khi từ vị trí 2 sang vị trí 1 thì số 1 đường sức từ giảm. 2 - Khi cuộn dây quay liên tục thì số đường sức từ N S luân phiên tăng giảm. Vậy dòng điện xuất hiện 0,25 trong cuộn dây là dòng điện xoay chiều.  b Tác dụng vào thanh sắt có 3 lực: Trọng lực P , Lực đẩy Ác si mét FA , lực hút của thành nam châm F 0,5 Khi thanh sắt cân bằng: F FA P Suy ra : F P FA (dt dd ) V 0,71N 0,5 5(2đ) a) U Cường độ dòng điện qua bếp I R rd 0,25 2 0,25 U P R rd R Thay số: 11R2-122R+11=0 0,25 3
4. 1 0,25 Có hai nghiệm R=11  ; R=  11 1 0,5 (R= loại vì nếu thế, hiệu điện thế ở bếp điện U=pR 10V ) 11 Vậy điện trở của bếp điện R=11  b) Q=P.t=1980 kJ 0,5 6 - Mạch điện cấu trúc: R0ntR1nt(R2//Rb) (2đ) + R0,1 = R0+R1=2+R1 R 2.R b 12R b 24 12R1 (14 R1).R b + R2,b = = Rtđ = R0,1 + R2,b = R 2 R b 12 R b 12 R b U.(12 R b ) - Cường độ mạch chính: Itm = = I1. (*) 0,25 12(R1 2) (14 R1).R b U.12.R Hiệu điện thế hai đầu biến trở: U = U = I .R = b b 2b tm 2b 0,25 12(R1 2) (14 R1).R b U2.122.R b 0,25 Vậy Công suất trên biến trở: P 2 (12.(R1 2) (14 R1).R b ) Áp dụng bất đẳng thức côsi ta có: U2.122.R U2.3 P b 4.12.(R1 2).(14 R1).R b (R1 2).(14 R1) 2 U .3 12(R1 2) 0,25 Vậy Pmax Khi Rb= ( ) (R1 2).(14 R1) 14 R1 U.24.(R1 8) U.(R 1 8) Thay ( ) vào (*) ta có: I1= = 2.12(R1 2).(14 R1) (R1 2).(14 R 1) 0,5 24(R1 8).R1 - Ta có U1=Uv= I1.R1 => 12,6 V (R1 2).(14 R 1) 0,5 Giải ra được: R1 = 6 , thay vào ( ) ta có Rb = 4,8 và Pmax 10,8 (W) 7 Khi nhiệt độ của dây dẫn ổn định thì công suất điện của dây dẫn bằng công suất tỏa 0,25 2 (2đ) nhiệt ra môi trường: I R k(t t0 ) 2 0,25 Khi dây có nhiệt độ t1 ta có RI1 k(t1 t0 ) (1) 0,25 t RI2 k(t t ) (2) Khi dây có nhiệt độ 2 ta có 2 2 0 0,25 2 Khi dây có nhiệt độ t3 ta có RI3 k(t3 t0 ) (3) 0 0,5 Lấy (1) chia cho (2) suy ra to=20 C 0 0,5 Lấy (2) chia cho (3) suy ra t3=580 C 8 Để thỏa mãn điều kiện khi K mở thì cả 3 bóng đèn sáng và Khi K đóng thì chỉ đèn 6V (2đ) sáng, các linh kiện được mắc theo hai sơ đồ như hình sau: 0,25 A A 1V 1V 6V B 6V B 1V 0,25 Hình 1 Hình 2 Với điều kiện các đèn chỉ sáng khi hiệu điến thế giữa hai đầu bóng đèn phải lớn hơn hoặc bằng 2/3 hiệu điện thế định mức mỗi bóng đèn, ta xét xem sơ đồ nào thỏa mãn 4
5. U2 Điện trở của bóng đèn 1V: R 10 . 1 P 62 Điện trở của bóng đèn 6V là: R 24 0,25 2 1,5 Ở sơ đồ 1, khi K mở, hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn 6V là U 6 2 U AB .R .24 3,27 6V nên bòng 6V-1,5W không sáng. 2 0,25 R AB 10 10 24 3 Sơ đồ này không thỏa mãn. Sơ đồ 2, Khi K mở thì hiệu điện thế giữa hai đầu các bóng đèn là: 6 0,25 Bóng 1V-0,1W U .5 1,03V 1V 1 5 24 6 2 0,25 Bóng 6V-1,5W U .24 4,96V 6V 2 5 24 3 Vậy sơ đồ 2 thỏa mãn các yêu cầu của đề bài. 0,5 9 a Vôn kế có điện trở rất lớn nên U0=UV=30V 0,25 (2đ) U Thay vôn kế bằng ampe kế: R 0 6 0 0,25 IA b Đặt RMC=x suy ra RCN=R-x (0<x<R) R1.x RMN= R x R1 x R1.x Tổng trở của mạch điện: Rt=R0+RMN=R0+ R x R1 x I R A 1 U0 IR1 I (1) I1 x IA (2) R .x R x 1 R R x 1 0 IA I1 I R1 x U R U R Thay (1) vào (2) ta được: I 0 1 0 1 (3) A 0,25 R1x (R 0 R x)(R1 x) y(x) Do tích U0R1 không đổi nên IA cực tiểu khi mẫu số đạt giá trị cực đại ở một giá trị xác định x. 2 Biểu thức mẫu số có dạng y(x)=-x +(R0+R)x+(R0+R)R1 2 2 R 0 R R 0 R y(x)= (R 0 R)R1 x 2 2 R 0 R R 0 R y(x) có giá trị cực đại khi x 0 x x0 (4) 2 2 0,25 R R y (R R)(R 0 ) max 0 1 4 x0.Imin=12V x0=12 R=18  0,5 U R I 0 1 R 24 min R R 1 0,5 (R R)(R 0 ) 0 1 4 5
6. 10 Gọi số chỉ các vôn kế là U 1, U2, U3, U4 còn điện trở của chúng là R v. Giả sử I1, I2, (2đ) I3 là cường độ dòng điện qua các vôn kế V1, V2, V3. U U U Ta có: I 1 , I 2 , I 3 1 2 3 0,25 R v R v R v U1 2R R 1 U2 U2 (2R R v )I1 (2R R v ) U1 U1 1 (1) R v R v R v 2 U1 2R Ta lại có: U3 2R(I1 I2 ) U2 (U1 U2 ) U2 (2) R v 0,25 (U2 U1)(U2 U1) Thay (1) vào (2) ta được: U3 U2 U1 2 2 0,25 Hay U2 U1U2 U1 U1U3 0 (3) 2R Mặt khác: U4 2R(I1 I2 I3 ) U3 (U1 U2 U3 ) U3 (4) R v Từ (1) và (4) suy ra: U1U4 (U2 U1)(U1 U2 U3 ) U1U3 (5) 0,25 2 Với U1 = 1V, U3 = 5V (3) U2 U2 6 0 Phương trình có nghiệm U2 = 2V. 0,5 Thay U1, U2, U3 vào (5) ta được U4 = 13V. 0,5 ==HẾT= 6