Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật Lý Lớp 9 - Năm học 2013-2014 - Phòng Giáo dục và đào tạo Triệu Sơn

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật Lý Lớp 9 - Năm học 2013-2014 - Phòng Giáo dục và đào tạo Triệu Sơn

1. PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI HUYỆN TRIỆU SƠN Năm học 2013 - 2014 Đề chính thức Môn thi: Vật lí 9 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Số báo danh Ngày thi: 04/12/2013 (Đề thi có 02 trang, gồm 06 câu). Câu 1: (4,0 điểm) Ba người đi xe đạp đều xuất phát từ A về B trên đoạn đường thẳng AB. Người thứ nhất đi với vận tốc là v 1 = 10 km/h. Người thứ hai xuất phát sau người thứ nhất 30 phút và đi với vận tốc v2 = 20 km/h. Người thứ ba xuất phát sau người thứ hai 10 phút. Giả thiết chuyển động của ba người đều là những chuyển động thẳng đều. a) Hỏi người thứ hai gặp người thứ nhất cách vị trí xuất phát bao xa? b) Sau khi gặp người thứ nhất, người thứ ba đi thêm 40 phút nữa thì sẽ cách đều người thứ nhất và người thứ hai. Tìm vận tốc người thứ ba. Câu 2: (2,0 điểm) Một thanh mảnh, đồng chất, phân bố đều khối lượng, có thể quay quanh trục O O ở phía trên. Phần dưới của thanh nhúng trong nước, khi cân bằng thanh nằm nghiêng như hình 1, một nửa chiều dài nằm trong nước. Hãy xác định khối lượng riêng của chất làm thanh đó. Hình 1 Câu 3: (4,0 điểm) 0 Có hai bình cách nhiệt. Bình 1 chứa m1 = 2kg nước ở nhiệt độ t1 = 20 C, bình 2 chứa m2 0 = 4kg nước ở nhiệt độ t 2 = 60 C. Người ta rót một lượng nước khối lượng m từ bình 1 sang bình 2. Sau khi cân bằng nhiệt người ta lại rót một lượng nước m như thế từ bình 2 sang bình 1. Nhiệt độ nước trong bình 1 sau khi cân bằng là 21,950C. a) Tính lượng nước m trong mỗi lẫn rót và nhiệt độ cân bằng của nước trong bình 2 sau khi rót. b) Tiếp tục thực hiện hai quá trình rót nói trên thêm một lần nữa. Tính nhiệt độ nước trong mỗi bình sau khi đã cân bằng nhiệt. Câu 4: (4,0 điểm) Một gương phẳng G rộng đặt ngửa, nằm ngang, sát với chân một bức tường cao thẳng đứng. Người ta đặt một thước thẳng MN có chiều dài l = 20cm nghiêng với mặt gương một góc = 30 0. Một chùm ánh sáng song song rộng, hợp với phương ngang một góc  = 45 0 chiếu vào gương. Biết mặt phẳng chứa thước và các tia sáng gặp nó là mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với tường (Hình 2). Xác định chiều dài bóng của thước thu được trên tường. Câu 5: (2,0 điểm) Có ba điện trở mắc hỗn hợp (hai điện trở mắc song song, sau đó nối tiếp với điện trở thứ ba). Hiệu điện thế đặt vào hai đầu đoạn mạch không đổi U = 10V. Biết rằng R1 = 2R2 = 3R3 = 6. Hãy xác định cách mắc đoạn mạch để có công suất tiêu thụ lớn nhất và tính công suất lớn nhất đó.
2. PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI HUYỆN TRIỆU SƠN Năm học 2013 - 2014 Hướng dẫn chấm Môn thi: Vật lí 9 Đề chính thức Ngày thi: 04/12/2013 (Đáp án có 04 trang, gồm 05 câu). Câu 6: (4,0 điểm) Cho mạch điện như hình 3. Nguồn điện U có hiệu điện thế không đổi là 21V; RMN = 4,5Ω, R1 = 3Ω, bóng đèn có điện trở không đổi R Đ = 4,5Ω. Ampe kế và dây nối có điện trở không đáng kể. 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 X (từ M tới C) để đèn tối nhất khi 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. Hình 3 Hết Thí sinh không sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. Câu ý Nội dung đáp án Điểm Sau khi người 2 bắt đầu xuất phát, người 1 đi được quãng đường: 0,5 1 l = 10. = 5 km. 2 0,25 a Quãng đường người 1 đi được là: s1 = 5 + v1.t Quãng đường người 2 đi được là: s = v .t 0,25 2 2 0,75 Khi người 2 gặp người 1, ta có: s1 = s2 ; t 0,5h ; Vậy, người 2 gặp người 1 cách vị trí xuất phát là: 10km. 0,25 1 * Khi người thứ ba xuất phát thì người thứ nhất đã đi được: l 1 = v1t01 = (4đ) 1 1 20 1 10 0,5 10.( ) km ; người thứ hai đi được: l2 = v2t02 = 20. km ; 2 6 3 6 3 * Khi đó quãng đường chuyển động của người thứ 1, người thứ 2, người 20 10 0,25 b thứ 3: s 10t ; s 20t ; s v t ; 1 3 2 3 3 3 20 Khi người thứ 3 gặp người thứ 1, ta có: s3 = s1; t (1) ; 0,25 3(v3 10) * Sau 40 phút tiếp thì quãng đường chuyển động của người thứ 1, người
3. thứ 2, người thứ 3 lần lượt là: 20 2 40 10 2 2 s, 10(t ) 10t ; s, 20(t ) ; s, v (t ) 0,25 1 3 3 3 2 3 3 3 3 3 , , , 90 6v3 Theo giả thiết, ta có: s1 s2 2s3 ; t (2) 4v3 90 0,25 2 2 Từ (1) và (2), ta có: 4v3 90v3 300 0  2v3 45v3 150 0 0,25 Giải phương trình được nghiệm: v 3 18,43(km/h), v3 4,07(km/h) (loại, vì người thứ 3 đuổi kịp người thứ 1 nên v3 > v1) Vậy, vận tốc của người thứ 3 là 18,43km/h. 0,25 Khi thanh cân bằng, các lực tác dụng lên thanh gồm: Trọng lực P FA d1 tập trung ở điểm giữa của thanh O (trọng tâm của thanh) và lực đẩy 0,5 Acsimet FA tập trung ở trọng tâm P d2 phần thanh nằm trong nước (hình bên). Gọi l là chiều dài của thanh. Mô men do lực Acsimet gây ra: FAd1 Mô men do trọng lượng của thanh gây ra: Pd2 2 Ta có phương trình cân bằng lực: 0,5 (2đ) 1 l F d 2 A 2 2 (1) P d 3 3 1 l 4 Gọi Dn và D là khối lượng riêng của nước và chất làm thanh. M là khối lượng của thanh, S là tiết diện ngang của thanh 1 0,5 Lực đẩy Acsimet: FA = S. .Dn.10 (2) 2 Trọng lượng của thanh: P = 10.m = 10.l.S.D (3) 3 Thay (2), (3) vào (1) suy ra: S.l.Dn.10 = 2.10.l.S.D 2 3 Khối lượng riêng của chất làm thanh: D = Dn 0,5 4 Khi rót nước từ bình 1 sang bình 2, gọi nhiệt độ cân bằng của bình 2 là t' 2 ta có: 0,25 m t'2 t1 m 2 t 2 t'2 Sau khi rót nước từ bình 2 sang bình 1, gọi nhiệt độ cân bằng của bình 1 là t' . Lúc này lượng nước còn lại trong bình 1 là (m - m). Do đó, ta có: a 1 1 m t' t' m m t' t 3 2 1 1 1 1 0,25 (4đ) m t'2 t1 m1 t'1 t1 m 2 t 2 m1 t'1 t1 Từ các biểu thức trên ta rút ra: t'2 m 2 0,5
4. m m t' t 0,5 và m 1 2 1 1 m t t m t' t 2 2 1 1 1 1 0,5 0 Thay số vào ta được: t'2 59,025 C ; m 0,1kg . Áp dụng các công thức lập được ở câu a cho lần rót tiếp theo ta có - Sau khi rót từ bình 1 sang bình 2 nhiệt độ cân bằng của bình 2 là: mt'1 m 2 t'2 0 t"2 58,12 C 1,0 m m 2 - Sau khi rót từ bình 2 sang bình 1 nhiệt độ cân bằng của bình 1 là b mt"2 m1 m t1 0 1,0 t"1 23,76 C m1 Phần chùm tia sáng phản xạ từ gương A Hình không bị MN chắn hắt lên tường tạo ra vẽ vùng sáng trên tường, còn phần bị MN chắn 0,5 sẽ tạo bóng của MN trên tường. Phần chùm K sáng tới chiếu trực tiếp lên thước không B phản xạ trên gương. Do đó bóng của thước 0,75 M 4 trên tường là đoạn AB như hình vẽ.  Từ hình vẽ ta thấy AB = NK mà theo định (4đ) I H N luật phản xạ ánh sáng, ta có: G MIN =  = 450 suy ra AB = NK = IN.tan = IN 1,25 IN = IH + HN = MH.tan + MN.cos  = MN.sin .tan + MN.cos = (1 3) 10(1 3) 27,3 cm 1,25 2 Vậy chiều dài bóng của thước trên tường là 27,3cm. 0,25 2 + Công suất của đoạn mạch P = U -> max khi R -> min. R 0,25 Ry Rz + Khi mắc hỗn hợp điện trở đoạn mạch là R = Rx + = R R y z 0,5 R R R R R R 5 x y y z z x R R (2đ) y z + Tử số là hoán vị vòng quanh, không phụ thuộc vào cách mắc. Do đó 0,5 Pmax khi (Ry + Rz)max . 0,25 Tức là Ry và Rz là các điện trở có giá trị lớn. (Rx = 2 ; Ry = 3 ; Rz = 6). 0,5 + Khi đó R = 4 và P = 25W.
5. Khi K đóng và con chạy ở đầu N thì toàn bộ biến trở MN mắc song song với ampe kế. Khi đó, mạch điện trở thành: (R2 // Đ) nt R1 0,5 Lúc này ampe kế đo cường độ dòng điện mạch chính. U 21 0,25 a Rtm 5,25 (1) I 4 0,25 Rđ .R2 4,5.R2 Mặt khác: Rtm R1 3 (2) Rđ R2 4,5 R2 0,5 Từ (1) và (2) suy ra: R2 = 4,5Ω Gọi điện trở của phần biến trở từ M tới con chạy là R X, như vậy điện trở của đoạn từ C đến N là R - RX. Khi K mở mạch điện thành: R1ntRXnt{R2//[(R-RXntRđ)]} 0,5 6 (R R R )R R 2 6R 81 (4đ) Điện trở toàn mạch: R X đ 2 R R X X b tm X 1 0,5 R RX Rđ R2 13,5 RX U U (13,5 RX ) Cường độ dòng điện ở mạch chính: I 2 0,25 Rtm RX 6RX 81 U (13,5 RX ) (9 RX ).4,5 4,5U (9 RX ) 0,25 UPC = I.RPC = 2 . 2 RX 6RX 81 13,5 RX RX 6RX 81 U 4,5U Cường độ dòng điện chạy qua đèn: I PC (3) đ 2 0,25 9 RX RX 6RX 81 Đèn tối nhất khi I nhỏ nhất. Mẫu của biểu thức trong vế phải của (3) là đ 0,25 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) 0,25 Vậy khi Rx = 3Ω thì Iđ nhỏ nhất, đèn tối nhất. 0,25 Theo kết quả câu trên, ta thấy: Khi K mở, nếu dịch chuyển con chạy từ M c tới vị trí ứng với RX = 3Ω thì đèn tối dần đi, nếu tiếp tục dịch chuyển con 0,5 chạy từ vị trí đó tới N thì đèn sẽ sáng dần lên.