Đề thi khảo sát học sinh giỏi môn Vật Lý Lớp 9 - Đề số 3

Nội dung text: Đề thi khảo sát học sinh giỏi môn Vật Lý Lớp 9 - Đề số 3

1. ĐỀ THI HSG Môn: Vật lý Thời gian làm bài : 150 phút Câu 1(3,0 điểm): a) Hai người khởi hành cùng một lúc tại hai địa điểm A và B cách nhau 20km. Nếu hai người đi ngược chiều nhau thì sau thời gian t1 = 12 phút họ gặp nhau. Nếu đi cùng chiều thì sau t2 = 1h người thứ nhất đuổi kịp người thứ hai. Tính vận tốc của mỗi người. b) Hiện tại đang là 2 giờ chiều. Hỏi sau bao lâu nữa thì kim giờ và kim phút trùng nhau? Câu 2(3,0 điểm) :Một chiếc ống bằng gỗ không thấm nước và xăng, có dạng hình trụ rỗng chiều cao h = 10cm, bán kính trong R1 = 8cm, bán kính ngoài R2 = 10cm. Khối lượng riêng 3 của gỗ làm ống là D1 = 800kg/m . a) Ban đầu người ta dán kín một đầu bằng nilon mỏng. Đổ đầy xăng vào ống rồi nhẹ nhàng thả ống xuống nước theo phương thẳng đứng, sao cho xăng không tràn ra ngoài. Tìm chiều cao phần nổi của ống khi ống nằm thăng bằng. Biết khối lượng riêng của nước là D 0 = 3 3 1000kg/m , của xăng là D2 = 750kg/m . b) Đổ hết xăng ra khỏi ống, bóc đáy nilon và đặt ống trở lại trong nước theo phương thẳng đứng, sau đó từ từ đổ xăng vào ống. Tìm khối lượng xăng tối đa có thể đổ vào được trong ống. 0 Câu 3(4,0 điểm): Một cục nước đá có khối lượng m 1 = 100g ở nhiệt độ –10 C. a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đưa nhiệt độ của cục nước đá lên đến 0 0C. Biết nhiệt dung riêng của nước đá c 1 = 1800J/kg.K. 0 b) Người ta đặt một thỏi đồng có khối lượng m 2 = 150g ở nhiệt độ 100 C lên trên cục nước 0 đá nói trên ở 0 C. Tính khối lượng nước đá bị nóng chảy. Cho nhiệt dung riêng của đồng c2 = 380J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nước đá  = 3,4.10 2J/g. c) Sau đó cả hệ thống trên được đặt vào trong bình cách nhiệt. Tìm khối lượng hơi nước m3 cần phải dẫn vào bình để toàn bộ hệ thống có nhiệt độ 200C. Cho biết nhiệt hóa hơi, nhiệt dung riêng 3 của nước lần lượt là L = 2,3.10 kJ/kg, c3 = 4200J/kg.K. Bỏ qua nhiệt dung của bình cách nhiệt. K Câu 4(4,0 điểm): Cho mạch điện như hình vẽ (Hình 1). R1 R4 UAB = 90V; R1 = 40; R2 = 90; R4 = 20; R3 là một biến A R trở. Bỏ qua điện trở của ampe kế, dây nối và khoá K. C 3 R2 D a) Cho R3 = 30. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch AB và số chỉ của ampe kế trong hai trường hợp: + - - Khóa K mở. A B - Khóa K đóng. Hình 1 b) Tìm R3 để số chỉ của ampe kế khi K mở bằng 3 lần số chỉ của ampe kế khi K đóng. c) Khi K đóng. Tìm R3 để công suất tiêu thụ trên R3 đạt cực đại. Tính công suất cực đại đó. Câu 5 (4,0 điểm): Một căn buồng hình hộp chữ A B nhật có chiều dài AB= 5m, như hình 2 chiều cao O2 AD = 4,5 m. trên tường AD có một lỗ nhỏ O1 O1 cách mặt sàn một khoảng h, trên tường BC có h một lỗ nhỏ O2 cách sàn 3m trên sàn có gương D C M nhỏ G1 đặt nằm ngang cách chân tường D là 1m. Hình 2 Trên trần có gương nhỏ G2 treo nghiêng một cách thích hợp để ánh sáng mặt trời sau khi chiếu qua O1lần lượt phản xạ trên G1 và G2 thì ló ra ngoài qua O2 và tạo trên mặt đất một vệt sáng M cách tường BC 4m. Tính h? Câu 6 (2,0 điểm): Cho các dụng cụ sau: + Hai khối trụ đồng chất có hình dạng bên ngoài giống hệt nhau, làm từ cùng một chất, có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của nước. Một khối đặc và một khối rỗng ở giữa
2. (kín hai đầu), lỗ rỗng hình trụ, có trục trùng với trục của khối, chiều dài lôc bằng chiều dài của khối. + Một thước đo thẳng. + Một bình nước. Nước có khối lượng riêng D0 đã biết. Hãy trình bày phương án thí nghiệm để xác định: a) Khối lượng riêng của chất cấu tạo nên các khối trụ trên. b) Bán kính của lỗ rỗng. Hết Họ và tên thí sinh: Số báo danh:
3. Đáp án Câu Đáp án Điểm 1) Khi hai xe đi ngược chiều ta có: 0,5 AB = v1t1 + v2t1 => v1 + v2 = 100 (km/h) (1) Khi hai xe đi cùng chiều ta có: 0,5 AB = v1t2 - v2t2 => v1 - v2 = 40 (km/h) (2) Từ (1) và (2) => v1 = 60km/h; v2 = 20km/h 0,5 1 0,25 2) Vận tốc của kim giờ là v1= vòng / giờ 12 Câu 1 (3,0 Vận tốc của kim phút là v2 = 1vòng / giờ 0,25 điểm) Khoảng cách từ kim phút đến kim giờ là s = 1/6 vòng 0,25 Thời gian kim phút đuổi kịp kim giờ là 0,75 1 s 2 t = 6 h v v 1 11 2 1 1 12 a) R2 R1 + Gọi h1 là chiều cao phần ống chìm trong nước. 0,25 h P1; P2 lần lượt là trọng lượng của ống và xăng. h1 - Khi ống nằm thăng bằng, tổng trọng lượng của ống và của xăng trong ống 0,25 cân bằng với lực đẩy Ácsimet tác dụng lên ống. P P F Câu 2 1 2 A (3,0 2 2 2 2 10D1.h. .(R 2 R1 ) 10D2.h. .R1 10D0.h1. .R 2 điểm) 0,25 h1 0,0768 m 7,68 cm . + Vậy chiều cao phần nổi của ống là: h - h1 = 2,32(cm). 0,25 b) + Từ từ đổ xăng vào ống thì xăng sẽ đẩy x nước ra khỏi đáy ống. Khi xăng đã đầy thì trong ống cột xăng cao x (cm) và cột nước h'1 y cao y = h - x (cm). A. B 0,5 + Gọi h’1 là chiều cao phần ống chìm trong
4. nước. + Khi ống nằm thăng bằng, trọng lượng của ống cân bằng với lực đẩy Ácsimet tác dụng lên ống. P1 F A 2 2 2 2 0,5 10 D 1 .h. .( R 2 R1 ) 10 D 0 .h1 '. .( R 2 R1 ) D 1 .h 800 .10 h '1 8(cm ). D 0 1000 + Trên cùng mặt phẳng ngang đáy ống, áp suất của nước gây ra tai A và B là bằng nhau. PA PB 10.D0.h1' 10x.D2 10(h x).D0 1000.0,08 x.750 (0,1 x).1000 0,5 x 0,08m 8cm. + Khối lượng xăng tối đa có thể đổ vào là: 0,5 2 2 m V.D2 .R1 .x.D2 3,14.0,08 .0,08.750 1,206(kg). a. Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đưa nhiệt độ của cục nước đá lên đến 00C 0 0 0 0 Gọi các nhiệt độ lần lượt là: t1 = - 10 C; t1’ = 0 C; t2 = 100 C; t = 20 C. Nhiệt lượng cần cung cấp để đưa nhiệt độ khối nước đá lên đến 00C: 1,0 ’ Q1 = m1c1(t1 - t1) = 0,1.1800.10 = 1800J b. Tính khối lượng nước đá bị nóng chảy + Giả sử nước đá nóng chảy hoàn toàn thì nhiệt lượng cần cung cấp là: Q1’ = m1 = 0,1. 340000 = 34000J Câu 3 + Nhiệt lượng miếng đồng tỏa ra khi hạ nhiệt độ xuống 00C là: 0,5 ’ (4,0 Q2 = m2c2( t2 – t1 ) = 0,15.380.100 = 5700J điểm) Ta thấy Q1’ > Q2 nên chỉ có một phần nước đá bị nóng chảy. Gọi khốilượng nước đá bị nóng chảy là m. + Nhiệt lượng nước đá thu vào để nóng chảy là: Q1’’ = m.  + Phương trình cân bằng nhiệt: Q1’’ = Q2 m. = Q2 Q 1,0 Khối lượng nước đá bị nóng chảy là: m = 20,0167kg l c. Tìm khối lượng hơi nước m 3 cần phải dẫn vào bình để toàn bộ hệ thống
5. có nhiệt độ 20 0C Nhiệt lượng do hơi nước tỏa ra: 6 0,5 Q3 = m3L + m3c3(t2 – t) = m3.2,3.10 + m3.4200.(100 – 20) = 2636000 m3 Nhiệt lượng nước đá và thỏi kim loại thu vào: Q’ = m’ + m c (t – t ’) + m c (t – t ’) 1 3 1 2 2 1 0,5 Với m’ = m1 - m Thay số vào và tính được Q’ = 37842J Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q = Q’ 3 0,5 2636000m3 = 37841,6 => m3 0,0144kg a. Tính điện trở tương đương RAB và số chỉ của ampe kế Khi K mở: Khi K mở đoạn mạch được vẽ lại : R14.R2 0,5 RAB = RAN + R3 = R3 = 66 R14 R2 U AB + IAB = = 1,36A RAB + UAD = IAB . RAD = 48,96V 0,5 U AD + Số chỉ của ampe kế khi khoá K mở: IA = I4 = 0,816A R14 Khi K đóng: Khi K đóng đoạn mạch được vẽ lại: Câu 4 R (4,0 A 1 B điểm) A R4 R2 D R3 R3R4 + R234 = R2 + R34 = R2 + = 102  R3 + R4 R1R234 0,5 + RAB = = 28,7 R1 + R234 UAB + I234 = = 0,88A R234 + U34 = I234 .R34 = 10,56 V U34 + Số chỉ ampe kế là: IA = I4 = = 0,528A 0,5 R4 b. Tìm R3 để số chỉ của ampe kế khi K mở bằng 3 lần số chỉ của ampe kế khi
6. K đóng + K mở: R14.R2 U AD 54 RAB = R3 = 36 +R3 IAm = I14 = (1) R14 R2 R14 36 R3 0,5 + K đóng: R3.R4 20R3 90(20 R3 ) 20R3 R34 = R234 = R2 + R34 = R3 R4 20 R3 20 R3 U AB 9 20 R3 I34 = I234 = ; R234 180 11R3 180R3 9R3 U34 = I34 . R34 = I Ađ = I4 = (2) 180 11R3 180 11R3 2 Từ (1) và (2): IAm = 3IAđ => R3 + 14R3 – 360 = 0 0,5 => R3 = 13,2  c.Khi K đóng. Tìm R3 để công suất tiêu thụ trên R3 đạt cực đại. Tính công suất cực đại đó U 180 180 1802 Ta có I 34 ; P R .I 2 R .( )2 3 R3 3 3 3 180 R3 180 11R3 180 11R3 2 0,5 ( 11 R3 ) R3 180 P đạt giá trị cực đại khi R 16,4 R3 3 11 0,5 1802 Khi đó P 4,1W R3 484R3 1,0 Biểu diễn tia sáng qua lỗ O1, phản xạ tại I1 trên gương G1 lại phản xạ tại I2 trên gương G2, rồi qua lỗ O2 tới M như hình vẽ Xét hai tam giác đồng dạng CO2M và BO2I2 ta có: BI BO BC CO 4,5 3 1,5 1 Câu 5 2 2 2 0,5 4(điểm) CM CO2 CO2 3 3 2 1 4 Do đó: BI CM 2m 0,5 2 2 2 Gọi H là giao điểm của pháp tuyến I H (của gương G ) với trần nhà ta có: 1 1 0,5 AH = DI1 = 1m Do đó : HI2 = AB - AH – BI2 = 5 - 1 - 2 = 2m 0,5 DO1 DI1 1 Xét hai tam giác đồng dạng DI1O1và HI2I1 ta có: 0,5 HI1 HI 2 2 1 1 4,5 Do đó DO HI AD h O D 2,25m 1 2 1 2 2 1 0,5 Câu 6 Lần lượt thả hai khối trụ vào bình nước. Gọi hđ là phần chìm của khối trụ 0,25
7. (2điểm) đặc, hr là phần chìm của khối trụ rỗng, H là chiều cao của các khối trụ. H hr H hđ Trụ đặc Trụ rỗng a) Gọi D là khối lượng riêng của khối trụ, P là trọng lượng của khối trụ, R là bán kính đáy khối trụ. 0,25 Ta có: P = 10.m = 10.D.V = 10.D.π.R2.H Gọi FA là lực đẩy Acsimet tác dụng lên khối trụ. Khi khối trụ cân bằng ta có: 2 2 hd 0,5 P = FA 10.D.π.R .H = 10. D0.π.R .hđ =>D D . (1) 0 H Dùng thước đo hđ và H tatìm được khối lượng riêng của khối trụ. b) Tương tự, với khối trụ rỗng, gọi r là bán kính lỗ rỗng ta có: 2 2 2 2 P' = F'A => 10.D.π.(R-r) .H = 10. D0.π.R .hr => D.(R-r) H = D0.R .hr 0,5 (2) h Thay (1) vào (2) ta được: r R. 1 r hd 0,5 Đo R bằng thước ta tìm được bán kính lỗ rỗng.