Đề thi học sinh giỏi môn: Vật lí thời gian làm bài: 150 phút

Đề thi học sinh giỏi Môn: Vật lí Thời gian làm bài: 150 phút đề bài Câu 1: (6 điểm). 1. (2 điểm) Xe 1 và 2 cùng chuyển động trên một đường tròn với vận tốc không đổi. Xe 1 đi hết 1 vòng hết 10 phút, xe 2 đi một vòng hết 50 phút. Hỏi khi xe 2 đi một vòng thì gặp xe 1 mấy lần. Hãy tính trong từng trường hợp. a. Hai xe khởi hành trên cùng một điểm trên đường tròn và đi cùng chiều. b. Hai xe khởi hành trên cùng một điểm trên đường tròn và đi ngược chiều nhau. 2. (2 điểm) Một người đang ngồi trên một ô tô tải đang chuyển động đều với vật tốc 18km/h. Thì thấy một ô tô du lịch ở cách xa mình 300m và chuyển động ngược chiều, sau 20s hai xe gặp nhau. a. Tính vận tốc của xe ô tô du lịch so với đường? b. 40 s sau khi gặp nhau, hai ô tô cách nhau bao nhiêu? 3. (2 điểm) Một quả cầu bằng kim loại có khối lượng riêng là 7500kg/m3 nổi một nửa trên mặt nước. Quả cầu có một phần rỗng có thể tích V2 = 1dm3. Tính trọng lượng của quả cầu. Biết khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3) V2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Câu 2: (4 điểm) 1. (2 điểm) Người ta đổ một lượng nước sôi vào một thùng đã chưa nước ở nhiệt độ của phòng 250C thì thấy khi cân bằng. Nhiệt độ của nước trong thùng là 700C. Nếu chỉ đổ lượng nước sôi trên vào thùng này nhưng ban đầu không chứa gì thì nhiệt độ của nước khi cân bằng là bao nhiêu? Biết rằng lượng nước sôi gấp 2 lần lượng nước nguội. 2. (2 điểm) Một bếp dầu đun một lít nước đựng trong ấm bằng nhôm, khối lượng m2 = 300g thì sau thời gian t1 = 10 phút nước sôi. Nếu dùg bếp và ấm trên để đun 2 lít nước trong cùng 1 điều kiện thì sau bao lâu nước sôi. Cho nhiệt dung riêng của nước và ấm nhôm là C1 = 4200J/Kg.K, C2 = 880J/Kg.K. Biết nhiệt do bếp dầu cung cấp một cách đều đặn. Câu 3: (6 điểm). 1. (4 điểm) Cho mạch điện như hình vẽ: Biết R = 4, bóng đèn Đ: 6V – 3W, R2 là một biến trở. Hiệu điện thế UMN = 10 V (không đổi). a. Xác định R2 để đèn sáng bình thường. b. Xác định R2 để công suất tiêu thụ trên R2 là cực đại. Tìm giá trị đó. c. Xác định R2 để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch mắc song song là cực đại. Tìm giá trị đó. Đ M R N R 2 2. (2 điểm) Mạch điện có sơ đồ như hình vẽ. Trong đó R1 = 12, R2 = R3 = 6 ; UAB 12 v RA 0 ; Rv rất lớn. a. Tính số chỉ của ampekế, vôn kế và công suất thiêu thụ điện của đoạn mạch AB. b. Đổi am pe kế, vôn kế cho nhau thì am pe kế và vôn kế chỉ giá trị bao nhiêu. Tính công suất của đoạn mạch điện khi đó. A R1 R 2 B R3 A V Câu 4: (4 điểm) 1. (2 điểm) Một người cao 170 cm, mắt cách đỉnh đầu 10cm đứng trước một gương phẳng thẳng đứng để quan sát ảnh của mình trong gương. Hỏi phải dùng gương có chiều cao tối thiểu là bao nhiêu để có thể quan sát toàn bộ người ảnh của mình trong gương. Khi đó phải đặt mép dưới của gương cách mặt đất bao nhiêu ? 2. (2 điểm) Hai gương phẳng M1, M2 đặt song song có mặt phản xạ quay vào nhau, cách nhau một đoạn d = 12cm. Nằm trong khoảng giữa hai gương có điểm sáng O và S cùng cách gương M1 một đoạn a = 4cm. Biết SO = h = 6cm. a, Hãy trình bày cách vẽ một tia sáng từ S đến gương M1 tại I, phản xạ tới gương M2 tại J rồi phản xạ đến O. b, Tính khoảng cách từ I đến A và từ J đến B. (AB là đường thẳng đi qua S và vuông góc với mặt phẳng của hai gương). Hướng dẫn chấm Môn: Vật lí thi học sinh giỏi cấp trường Năm học 2009 – 2010 Câu Nội dung Thang điểm Câu 1 (6 điểm) 1. Gọi vận tốc của xe 2 là v đ vận tốc của xe 1 là 5v Gọi t là thời gian tính từ lúc khởi hành đến lúc 2 xe gặp nhau. đ (C < t 50) C là chu vi của đường tròn 0,25 điểm a. Khi 2 xe đi cùng chiều. Quãng đường xe 1 đi được: S1 = 5v.t; Quãng đường xe 2 đi được: S2 = v.t Ta có: S1 = S2 + n.C Với C = 50v; n là lần gặp nhau thứ n đ 5v.t = v.t + 50v.n đ 5t = t + 50n đ 4t = 50n đ t = 0,5 điểm Vì C < t 50 đ 0 < 50 đ 0 < 1 đ n = 1, 2, 3, 4. Vậy 2 xe sẽ gặp nhau 4 lần 0,5 điểm b. Khi 2 xe đi ngược chiều. Ta có: S1 + S2 = m.C (m là lần gặp nhau thứ m, mẻ N*) đ 5v.t + v.t = m.50v Û 5t + t = 50m đ 6t = 50m đ t = m Vì 0 < t 50 đ 0 <m 50 0,5 điểm đ 0 < 1 đ m = 1, 2, 3, 4, 5, 6 Vậy 2 xe đi ngược chiều sẽ gặp nhau 6 lần. 0,25 điểm 2. Gọi v1 và v2 là vận tốc của xe tải và xe du lịch. Vận tốc của xe du lịch đối với xe tải là : v21 0,25 điểm Khi chuyển động ngược chiều: V21 = v2 + v1 (1) Mà v21 = (2) Từ (1) và ( 2) ị v1+ v2 = ị v2 = - v1 Thay số ta có: v2 = 0,75 điểm Gọi khoảng cách sau 40s kể từ khi 2 xe gặp nhau là l l = v21 . t = (v1+ v2) . t ị l = (5+ 10). 4 = 600 m. l = 600m 0,75 điểm 3. Gọi: + V là thể tích quả cầu + d1, d là trọng lượng riêng của quả cầu và của nước. Thể tích phần chìm trong nước là : 0,25 điểm Lực đẩy Acsimet F = Trọng lượng của quả cầu là P = d1. V1 = d1 (V – V2) 0,25 điểm Khi cân bằng thì P = F ị = d1 (V – V2) ị V = 0,5 điểm Thể tích phần kim loại của quả cầu là: V1 = V – V2 = - V2 = Mà trọng lượng P = d1. V1 = 0,5 điểm Thay số ta có: P = vậy: P = 5,35N 0,5 điểm Câu 2 (4 điểm) 1. Theo PT cân bằng nhiệt, ta có: Q3 = QH2O+ Qt 2Cm (100 – 70) = Cm (70 – 25) + C2m2(70 – 25) C2m2. 45 = 2Cm .30 – Cm.45 C2m2 = (1) 0,5 điểm Nến chỉ đổ nước sôi vào thùng nhưng trong thùng không có nước nguội: Thì nhiệt lượng mà thùng nhận được khi đó là: C2m2 (t – tt) Nhiệt lượng nước tỏa ra là: 2Cm (ts – t) 0,5 điểm Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: m2C2( t-25) = 2Cm(100 – t) (2) Từ (1) và (2), suy ra: (t – 25) = 2Cm (100 – t) (3) 0,5 điểm Giải phương trình (3) ta tìm được: t 89,30 C 0,5 điểm 2. Gọi Q1 và Q2 là nhiệt lượng cần cung cấp cho ấm và cho nước trong 2 lần đun ta có: Q1 = ( C1.m1 + C2.m2).Dt ; Q2 = ( C1.2m1 + C2.m2). Dt ( m1 và m2 là khối lượng nước và ấm trong lần đun đầu) 0,5 điểm Mặt khác do nhiệt tỏa ra một cách đều đặn nghĩa là thời gian T đun càng lớn thì nhiệt tỏa ra càng lớn. Do đó : Q1 = K.T1; Q2 = K.T2 ( K là hệ số tỉ lệ nào đó) 0,25 điểm Nên : K.T1 = ( C1.m1 + C2.m2).Dt ; K.T2 = = ( C1.2m1 + C2.m2). Dt ị ị T2 = ( 1 + )T1 0,75 điểm Vậy T2 = ( 1 + ).10 = ( 1 + 0,94).10 = 19,4 phút 0,5 điểm Câu 3 (6 điểm) 1. Sơ đồ mạch R nt (Rđ // R2). Từ CT: P = đ Rđ = = = 12() đ Iđ = = = 0,5 (A) 0,25 điểm a. Để đèn sáng bình thường đ uđ = 6v, Iđ = 0,5(A). Vì Rđ // R2 đ RAB = ; uAB = uđ = 6v. đ uMA = uMN – uAN = 10 – 6 = 4v 0,5 điểm Vì R nt (Rđ // R2) đ = = = đ 3RMA = 2RAN. đ = 3.4 đ 2.R2 = 12 + R2 đ R2 = 12 Vậy để đèn sáng bình thường R2 = 12 0,5 điểm b. Vì Rđ // R2 đ R2đ = đ Rtđ = 4 + = 0,25 điểm áp dụng định luật Ôm: I = = . Vì R nt R2đ đ IR = I2đ = I = đ u2đ = I.R2đ = . 0,25 điểm áp dụng công thức: P=đP2 = = = Chia cả 2 vế cho R2 đ P2 = 0,5 điểm Để P2 max đ đạt giá trị nhỏ nhất đ đạt giá trị nhỏ nhất 0,25 điểm áp dụng bất đẳng thức Côsi ta có: + 162.R2 2. = 2.48.16 đ P2 Max ==4,6875 (W). 0,25 điểm Đạt được khi: = 162.R2 đ R22 = = 32 đ R2 = 3 Vậy khi R2 = 3 thì công suất tiêu thụ trên R2 là đạt giá trị cực đại. 0,25 điểm Câu 3 (tiếp) c. Gọi điện trở đoạn mạch song song là x đ RAB = x đ Rtđ = x + 4 đ I = đ PAB = I2.RAB=.x = = 0,5 điểm Để PAB đạt giá trị lớn nhất đ đạt giá trị nhỏ nhất áp dụng bất đẳng thức Côsi: x + 2. = 2.4 = 8 đ PAB Max = = = 6,25 (W) 0,25 điểm Đạt được khi: x = đ x2 = 16 đ x = 40,25 đ Mà R2 // Rđ đ = + đ = - = - = đ R2 = 6. Vậy khi R2 = 6 thì công suất tiêu thụ trên đoạn mạch song song đạt cực đại. 0,25 điểm 2. a. R1 // R2 nt R3 R = R1,2 + R3 = = 10 Cường độ dòng toàn mạch I = = 1,2 A 0,5 điểm Tính U3 = I . R3 = 7,2 V vôn kế chỉ 7,2 V U1,2 = I R1,2 = 1,2. 4 = 4,8 VI2 == 0,8 A -> am pe kế chỉ IA= 0,8 A Công suất của đoạn mạch AB: P = UI = 14, 4 w 0,5 điểm b. .( R1nt R3) // R2 I1,3 = = + U3 = I3 . R3 = 4 v vôn kế chỉ 4 V 0,5 điểm + IA = I2 = -> I = I1,3 + I2 = (A) + Công suất của đoạn mạch khi đó là: P = U . I = 12 = 32 (w) 0,5 điểm Câu 4 (4 điểm) 1. - Vẽ hình vẽ D I M M’ H K C J 0,5 điểm ảnh và người đối xứng nên : MH = M'H Để nhìn thấy đầu trong gương thì mép trên của gương tối thiểu phải đến điểm I IH là đường trung bình của MDM' : Do đó IH = 1/2MD = 10/2 = 5 (cm) 0,5 Trong đó M là vị trí mắt. Để nhìn thấy chân (C) thì mép dưới của gương phải tới điểm K (2đ) HK là đường trung bình của MCM' do đó : HK = 1/2 MC = 1/2 (CD - MD ) = 1/2(170 - 10) = 80cm Chiều cao tối thiểu của gương là : IK = IH + KH = 5 + 80 = 85 (cm) 0,5 điểm Gương phải đặt cách mặt đất khoảng KJ KJ = DC - DM - HK = 170 - 10 - 80 = 80 (cm) (2 đ) Vậy gương cao 85 (cm) mép dưới của gương cách mặt đất 80 cm 0,5 điểm S A S1 O1 O M2 B H J a a d (d-a) I 2. - Vẽ hình vẽ 0,5 điểm a. Lấy S1 đối xứng với S qua gương M1, O1 đối xứng với với O qua gương M2 - Nối S1O1 cắt gương M1 tại I, cắt gương M2 tại J. - Nối SIJO ta được tia sáng cần vẽ. 0,5 điểm b. Xét tam giác S1IA đồng dạng với tam giác S1BJ: AI/BJ = S1A/S1B = a/(a+d) (1) 0,5 điểm Xét tam giác S1AI đồng dạng với tam giác S1HO1: AI/HO1 = S1A/S1H = a/2d => AI = a.h/2d = 1cm (2) 0,25 điểm Thay (2) vào (1) ta được: BJ = (a+d).h/2d = 16cm. 0,25 điểm