Đề thi chọn học sinh giỏi lớp 9 năm học: 2011 – 2012 môn: Vật lý thời gian làm bài: 150 phút

UBND HUYỆN TAM DƯƠNG ĐỀ CHÍNH THỨC PHÒNG GD&ĐT ĐỀ THI CHỌN HSG LỚP 9 Năm học: 2011 – 2012 Môn: Vật lý Thời gian làm bài: 150 phút Đề thi này gồm 01 trang Bài 1: (1.5 điểm) Một chiếc thuyền buồm chạy nhiều lần trên một quãng sông thẳng AB. Người lái đò trên quãng sông này nhận thấy rằng thời gian thuyền buồm chạy từ A đến B khi không có gió nhiều hơn thời gian thuyền chạy khi có gió thuận chiều là 9 phút, thời gian thuyền chạy khi ngược chiều gió là 1 giờ 24 phút. Tính thời gian thuyền chạy từ A đến B khi không có gió. Coi nước đứng yên, vận tốc của thuyền và vận tốc của gió đối với bờ là không đổi. Bài 2: (2,0 điểm) Một khối thép hình trụ cao h=20 cm, khối lượng 15,8kg ở nhiệt độ phòng là t=20oC. Người ta đặt nó vào trong một lò than trong vòng 15 phút rồi lấy ra thì nhiệt độ của khối thép là t1=820oC. Cho rằng 10% nhiệt lượng của lò than tỏa ra được truyền cho khối thép. a) Hãy xác định lượng than trung bình đã cháy trong lò trong 1 giờ. b) Khối thép lấy từ lò ra được đặt trong một vại sành (cách nhiệt) hình trụ tròn, đường kính trong là a =30 cm. Người ta tưới nước ở nhiệt độ t=20oC lên khối thép ấy cho đến khi nó vừa đúng ngập trong nước. Nhiệt độ của nước khi hệ cân bằng nhiệt là t2=70oC. Hãy tính lượng nước mà người ta đã tưới lên khối thép. Cho các thông số vật lý sau: Khối lượng riêng: Dnước=1000kg/m3; Dthép=7900kg/m3. Nhiệt dung riêng: Cnước=4200 j/kg.K; Cthép=460 j/kg.K. Nhiệt hóa hơi của nước Lnước=2,3.106 j/kg; nhiệt độ sôi của nước là 1000C; năng suất tỏa nhiệt của than: q=34.106 j/kg, = 3,14. Đ1 B A O Đ2 C Bài 3: (2.5 điểm) Một dây điện trở đồng chất tiết diện đều có giá trị 72W, được uốn thành vòng tròn tâm O làm biến trở. Mắc biến trở này với 1 bóng đèn Đ1 có ghi 6V - 1,5W và 1 bóng đèn Đ2 có ghi 3V-0,5W theo sơ đồ như hình vẽ. A, B là hai điểm cố định cùng nằm trên một đường kính của đường tròn. Con chạy C có thể dịch chuyển trên đường tròn. Đặt vào hai điểm O, A một hiệu điện thế không đổi U = 9V. Cho biết hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn Đ1 không được vượt quá 8V. Điện trở các dây nối là không đáng kể và nhiệt độ không làm ảnh hưởng đến các điện trở trong mạch. a) Hỏi con chạy C chỉ được phép dịch chuyển trên đoạn nào của đường tròn. b) Xác định vị trí của con chạy C để đèn Đ1 sáng bình thường. c) Có thể tìm được vị trí của C để đèn Đ2 sáng bình thường được hay không, Tại sao? O S G1 G2 600 Bài 4: (2,0 điểm) Hai gương phẳng G1,G2 quay mặt phản xạ vào nhau và hợp với nhau một góc a=600. Một điểm sáng S nằm trên đường phân giác Ox của 2 gương, cách cạnh chung O một khoảng R=5cm ( như hình vẽ). a) Trình bày cách vẽ và vẽ một tia sáng phát ra từ S sau 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 khoảng cách giữa S1 và S2. c) Cho S di chuyển trên Ox ra xa O với vận tốc 0,5m/s Tìm tốc độ xa nhau của S1 và S2 . Bài 5: (2,0 điểm) Một quả cầu làm bằng kim loại có khối lượng riêng D = 7500 kg/m3 nổi trên mặt nước. Biết tâm của quả cầu nằm trên cùng mặt phẳng với mặt thoáng của nước. Bên trong quả cầu có một phần rỗng có thể tích V0. Biết khối lượng của quả cầu là 350g, khối lượng riêng của nước Dn = 103 kg/m3. a) Tính V0. b) Người ta bơm nước vào phần rỗng của quả cầu. Hỏi phải bơm khối lượng nước là bao nhiêu để quả cầu bắt đầu chìm toàn bộ trong nước. --------------------------Hết-------------------------- Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. UBND HUYỆN TAM DƯƠNG PHÒNG GD&ĐT HƯỚNG DẪN CHẤM HSG LỚP 9 Năm học: 2011 – 2012 Môn: Vật lý Thời gian làm bài: 150 phút Đề thi này gồm 01 trang Câu Nội dung Điểm Câu 1 (1.5 đ) Gọi chiều dài quãng sông AB, vận tốc của thuyền, vận tốc của gió lần lượt là S, v, vg. (S > 0 , v > 0 , vg > 0 ) Khi chạy từ A đến B : Thời gian thuyền chạy khi không có gió là: t = . Thời gian thuyền chạy khi có gió thuận chiều là . 0,25 Theo đề bài ra ta có t - t1= 9 phút = Û - = (1). 0,25 Thời gian thuyền chạy khi ngược chiều gió là: (h) (2) 0,25 Chia vế với vế của (1) cho (2) ta được: Û Vì vvg≠0 nên chia cả 2 vế cho vvg ta có phương trình Đặt y= ta có phương trình Û 3y2 – 25y +28 =0 0,25 Giải ra ta được : y1=7 và y2 = . Trường hợp 1 : +) y1=7 Þ =7 Þ vg=v (3) thay (3) vào (1) ta được Þ (h) =1 giờ 12 phút. 0,25 Trường hợp 2 :+) y2 = , giải tương tự như trên ta được t = 21 phút Vậy kết luận có hai trường hợp là: + Nếu vận tốc của thuyền gấp 7 lần vận tốc của gió thì khi không có gió thuyền đi từ A đến B hết thời gian là 1 giờ 12 phút; + Nếu vận tốc của thuyền bằng 4/3 vận tốc của gió thì khi không có gió thuyền đi từ A đến B hết thời gian là 21 phút. 0,25 Câu 2a (1 đ) 15 phút =1/4 giờ Gọi Q là nhiệt lượng than cháy tỏa ra trong 1 giờ. Vậy nhiệt lượng than tỏa ra trong 15 phút là Q. nhiệt lượng than cung cấp cho khối thép là Q.10% = . 0,25 Phương trình cân bằng nhiệt : 0,25 Þ Q = 40.mtct(t1 –t) = 40.15,8.460.(820-20) = 253,576.106 (j) 0,25 Lượng than m cháy trong một giờ là: m = (kg) 0,25 Câu 2.b (1đ) Thể tích miếng thép Vt = (m3) Thể tích trong của vại sành có chiều cao bằng chiều cao của miếng thép là: V= 0,25 Thể tích nước trong vại là: Vn= V - Vt = 0,01413 - 0,002 = 0,01213 (m3) Khối lượng nước trong vại là: m = Vn.Dn = 1000.0,01213 =12,13 (kg). 0,25 Gọi m’ là khối lượng nước hóa hơi trong quá trình tưới vào khối thép. Theo bài ta có phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả = Qthu ó mt.ct(t1-t2) = m’cn(100-t) + m’L + mcn(t2-t) 0,25 Thay số và rút gọn ta có phương trình: 2636.103 m’ = 2903,7.103 Þ m’ = (kg) Vậy lượng nước đã tưới lên khối thép là : mn = m + m’ = 12,13+1,1 =13,23(kg) 0,25 Câu 3a (1,5 đ) Điện trở của các đèn Đ1 và Đ2 lần lượt là: R1= W ; R2= W Gọi điện trở cung AB là R3 Þ R3 = 36W. Gọi điện trở cung AC là r (W) Þ điện trở cung BC là: 36 –r ( với 0 < r <36 ) 0,25 r Đ1 B A O Đ2 C M M’ C’ Vẽ lại mạch điện: R3 Đ1 A O I RBC C IBC Đ2 Hình1 Hình 2 0,25 Ta có : R23=W RAC = I = 0,25 Hiệu điện thế giữa hai đầu đèn Đ1 là: Þ IBC = I - I r = Hiệu điện thế giữa hai đầu đèn Đ2 là: 0,25 Vì U1≤ 8 (V) Û ≤ 8 Û 1296 ≤ 1152 +48r-r2 Û r2 - 48r +144≤ 0 Û (r -24 - )(r - 24 + ) ≤ 0 Û 24 - ≤ r ≤ 24 + 44,8 Û 3,2 ≤ r ≤ 44,8 0,25 Vì r ≤ 36 nên r < 44,8 Khi r = 3,2 W Þ số đo ÐAOC là Và số đo ÐBOC = 1800 - 160 = 1640 Gọi C’ là điểm đối xứng với C qua OA Số đo cung CBC’=1640.2 =328o. Vậy con chạy C chỉ được phép di chuyển trên cung CBC’ có số đo 3280. 0,25 Câu 3b (0.5đ) Để đèn Đ1 sáng bình thường thì U1 = Udm1 Û = 6 Giải ra được: r = 24 (W), 0,25 khi đó điểm C ở vị trí điểm M tương ứng với ÐAOM = hoặc ở vị trí điểm M’ đối xứng với M qua OA. 0,25 Câu3c (0.5đ) Để đèn Đ2 sáng bình thường thì U2 = Udm2 Û =3 Giải ra được: r1 = 6 - r2 = 6 + 0,25 Vì r1 = 6 - < 0 (loại) r2 = 6 + > 36 (loại) Vậy không thể tìm được vị trí của con chạy C để đèn Đ2 sáng bình thường. 0,25 Câu 4a (0,75 đ) O S G1 G2 S1 S’1 K H’ 0,5 Cách dựng: -Lấy S1 đối xứng với S qua G1 , S/1 đối xứng với S1 qua G2 => S1 là ảnh của S qua G1, S/1 là ảnh của S1 qua G2. - Nối S/1 với S cắt G2 tại H , nối S1 với H cắt G1 tại K . Nối K với H ta được SKHS là đường truyền của tia sáng cần dựng . 0,25 Câu 4b (0,75 đ) O S G1 G2 S1 S2 300 300 I 0,25 Xét tam giác cân OSS1 có = 600 => Tam giác OSS1 đều. SS1 = OS = R. Nối S1 với S2 cắt OS tại I => OS vuông góc với SS1 Xét tam giác vuông ISS1 có = 300 => IS = SS1 = . 0,25 Và IS1 = = = . => S1S2 = R = 5 (cm) 0,25 Câu 4c (0,5 đ) Nhận xét: Khi S chuyển động đều ra xa O với vận tốc v thì khoảng cách giữa S1 và S2 tăng dần. Giả sử ban đầu S O => S1 S2 O. Sau khoảng thời gian t (s) dịch chuyển thì S cách O một đoạn OS = a (m) = > t = 0,25 Từ kết quả phần b => Sau khoảng thời gian t (s) thì S1 cách S2 một đoạn là : S1S2 = a (m). Vậy tốc độ xa nhau của S1 và S2 là : = = = v. = 0,5. = (m/s) 0,25 Câu 5a (1,0 đ) Gọi thể tích quả cầu là V, thể tích phần rỗng làV0 , thể tích phần đặc là V1 => V = V1 + V0. Theo bài khi quả cầu nằm cân bằng trên mặt nước thì thể tích phần quả cầu chìm trong nước là , do đó lực đẩy Ácsimet tác dụng lên quả cầu là: FA = Trọng lượng của quả cầu là: P = dV1 = d(V- V0). 0,25 Khi đó ta có: P = FA ó = d(V- V0) V = 0,25 Thể tích phần đặc của quả cầu là: V1= V - V0 = - V0 = 0,25 Khối lượng của quả cầu là: m = DV1= Thay số và tính được: V0 = 6,53.104 m3. 0,25 Câu 5b (1,0 đ) m = 350g = 0,35kg Gọi khối lượng nước bơm vào phần rỗng đến khi quả cầu bắt đầu chìm hoàn toàn trong nước là mn. Khi đó ta có : Trọng lượng quả cầu và nước trong đó là P + Pn = 10.( m+ mn) 0,25 Lực đẩy Ácsimet tác dụng lên quả cầu là: FA = 10.Dn. V = 10. Dn. ( V1 + V0). 0,25 Khi quả cầu nằm cân lơ lửng thì: FA = P + Pn ó 10. Dn. ( V1 + V0) = 10.( m + mn) 0,25 ó Dn. ( V1 + V0) = m + mn => mn = Dn. ( + V0) - m. Thay số và tính ta được : mn 0,35 kg. Vậy khối lượng nước cần bơm vào phần rỗng là mn = 0,35 kg thì quả cầu đó bắt đầu chìm hoàn toàn trong nước. 0,25 Giám khảo chú ý: Ngoài đáp án trên, nếu học sinh làm theo cách khác mà vẫn đúng bản chất vật lý và đáp số thì vẫn cho điểm tối đa. Nếu học sinh làm đúng từ trên xuống nhưng chưa ra kết quả thì đúng đến bước nào cho điểm đến bước đó. Nếu học sinh làm sai trên đúng dưới hoặc xuất phát từ những quan niệm vật lí sai thì dù có ra kết quả đúng vẫn không cho điểm. Nếu học sinh không làm được câu a mà vẫn có kết quả để làm câu b thì bài đó không được tính điểm. Trong mỗi bài nếu học sinh không ghi đơn vị của các đại lượng cần tìm hai lần hoặc ghi sai đơn vị thì trừ 0,25 điểm cho toàn bài. -----------------------------------------