HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI, ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ TRƯỜNG THPT CHUYÊN BIÊN HOÀ, T HÀ NAM ĐỀ THI ĐỀ XUẤT ĐỀ THI CHỌN HSG GIỎI LẦN THỨ XIV MƠN THI: VẬT LÍ – KHỐI 10 Ngày thi 15/07/2023 Thời gian làm 180 phút (Đề có câu; gồm 02 trang) Câu (5,00 điểm): CƠ CHẤT ĐIỂM Hai cầu nhỏ coi chất điểm, có khối lượng m, lồng vào vịng cứng, nhẵn có khối lượng M, bán kính R, đặt thẳng đứng sàn nhà Tác động nhẹ vào hai cầu để chúng trượt xuống theo vịng sáng hai bên vịng hình Để cho vịng nảy lên khỏi sàn q trình chuyển động hai cầu tính: R Lực lớn mà hai cầu tác dụng lên vòng Giá trị nhỏ tỷ số m M Độ lớn góc  mà vịng nảy lên Câu (4,00 điểm): CƠ HỌC VẬT RẮN Một đồng chất đặt cạnh bàn vị trí thẳng đứng thả từ trạng thái nghỉ Tìm góc mà hợp với phương thẳng đứng khơng cịn tiếp xúc với bàn hai trường hợp Cạnh bàn khơng có ma sát có gờ nhỏ hình (a) Cạnh bàn có ma sát lớn nhọn, tức bán kính cong cạnh bàn nhỏ so với chiều rộng Phân nửa chiều rộng ngồi bàn hình (b) khiến cho thả quay quanh cạnh bàn Chiều dài lớn so với chiều rộng Câu (4,00 điểm): NHIỆT HỌC Một động nhiệt có tác nhân mol khí lí tưởng p đơn nguyên tử hoạt động theo chu trình 1-2-3-1 vẽ hệ tọa độ pOV hình vẽ 3, đó: p1 (1) + Q trình 1-2 biểu diễn đường thẳng + Quá trình 2-3 trình đẳng áp p1 + Quá trình 3-1 q trình đẳng tích Tính nhiệt độ cao mà tác nhân đạt chu trình nói Trong q trình biến đổi trạng thái từ (1  2) , khí nhả nhiệt trạng thái nào? Tính hiệu suất động nhiệt Câu (4,00 điểm): TĨNH ĐIỆN Một lưỡng cực điện có momen lưỡng cực p, bay vào vùng điện trường khơng gian có mặt cắt O v0 - + N x -a HV3 (3) (2) V V1 4,5V1 P x a O M Q x MNPQ MN PQ cắt trục Ox - a a Vectơ cường độ điện trường song song với trục Ox hình vẽ Biết tốc độ lưỡng cực v cường độ điện trường biến  x2    E  E  đổi theo trục Ox với quy luật 0  Coi lưỡng cực chịu tác dụng điện  a  trường, hệ thống đặt khơng khí Tìm mật độ điện tích khối để tạo nên điện trường Tìm tốc độ cực đại lưỡng cực Tìm thời gian lưỡng cực điện chuyển động vùng điện trường Câu (3,00 điểm): PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH Đo hệ số Poatxon  Cho dụng cụ thiết bị: - Một bình kín có dung tích đủ lớn (có thể tạo lỗ để nối với ống khóa) - Bơm nén (chứa khí cần thiết, coi khí lý tưởng cần xác định  ) - Áp kế chứa nước hình chữ U, có tiết diện nhỏ - Các ống nối khóa - Thước đo chiều dài Nêu sở lý thuyết, cách bố trí tiến hành thí nghiệm để xác định hệ số Poatxon  ==== Hết ==== Ghi chú: Cán coi thi không giải thích thêm Họ tên thí sinh: Số báo danh: Họ tên giám thị số 1: Chữ ký: Họ tên giám thị số 1: Chữ ký: HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI, ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LẦN THỨ XIV MÔN THI: VẬT LÍ – KHỐI 10 Ngày thi 14/07/2022 (Hướng dẫn chấm gồm có 06 trang) HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI ĐỀ XUẤT Câu (5,00 điểm): CƠ CHẤT ĐIỂM Ý HƯỚNG DẪN Do tính đối xứng nên hai cầu trượt xuống, vòng đứng yên chỗ Tại vị trí lệch góc , áp dụng định luật II Newton cho cầu ta có: v2 mg cos   N m R ĐIỂM 0,5 (1) Áp dụng định luật bảo tồn cho cầu ta có: 0,5 mv mgR   cos   2 (2) Từ (1) (2) ta có: N = mg(2 – 3cos) (3) Theo định luật III Newton, cầu tác dụng lên vòng phản lực có độ lớn N Tổng hợp lực lực mà cầu tác dụng lên vịng có phương thẳng đứng, chiều từ lên có độ lớn là: F = 2Ncos (4) 1  1  Thay (3) vào (4) ta có: F 6mg    cos     (5)     Từ (5) ta có: Fmax = mg  cos   3 m  Để vịng nảy lên Fmax  Mg  M 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 Với Fmax = Mg 3 Thay vào (5) ta tính được: cos    M  6m 1,0 Câu (4,00 điểm): CƠ HỌC VẬT RẮN Ý HƯỚNG DẪN Thế hấp dẫn chuyển thành động lệch góc θ so với phương thẳng đứng l Mg (1  cos ) Mơ men qn tính trục quay qua điểm đầu tựa đầu Ml Ml Ml   12 ĐIỂM 0,25 Kết hợp với biểu thức động (sử dụng Wd=I w2/2) thu w2=3g(1-cos θ)/l.)/l Gia tốc hướng tâm ac=w2l/2=3g(1-cos θ)/l.)/2 Mơ men qn tính mơ men tức thời (Mgl sin θ)/2 thu gia tốc tiếp tuyến at=γl/2=l/2= M =(3g sin θ)/l.)/4 2I Bàn tác dụng lên đầu lực theo phương thẳng đứng phương ngang V, H Thanh rời bàn V 0 H 0 0,25 0,25 0,25 0,25 Chiếu phương trình định luật II Niuton lên phương thẳng đứng phương ngang ta 0,25 H=M(at cos θ)/l – ac sin θ)/l.), Mg-V= M(ac cos θ)/l + at sin θ)/l.) Giải hệ phương trình thu 4H=3Mg sin θ)/l.(3 cos θ)/l.-2), 4V=Mg (3 cos θ)/l.-1)2 0,25 0,25 0,5 Thanh rời bàn cos θ 2/3 tức θ 480 Phản lực N dọc theo trục Lực ma sát nghỉ vng góc với phương N 0,25 Trọng lực phản lực N tổng hợp thành lực hướng tâm Mg cos θ)/l.- N=M ac=M lw2/2= 3Mg(1-cos θ)/l.)/2 0,25 Từ rút N=Mg(5 cos θ)/l.-3)/2 0,5 0,5 Thanh rời bàn N 0 tức θ 530 Câu (4,00 điểm): NHIỆT HỌC Ý HƯỚNG DẪN ĐIỂM Xét trình 1-2: Vì trạng thái (1)(2) nằm đường thẳng nên chúng có quy luật biến đổi: Ta có: p  p1 V  V1 p V   p  (5  ) p  p1 V2  V1 V1 (1) Áp dụng PT Claperonmendele-ep  T  0,25 p1 V2 (5V  ) (2) R V1 0,25 Nhiệt độ khí cao trình biến đổi trạng thái từ (1  2) Gọi điểm N (V N ; p N ) thuộc q trình biến đổi khí từ trạng thái (1  2) mà nhiệt độ khí đạt cực đại 25 p1V1 25T1  TN 16nR 16 pV pV Với T1  1  1 (4) nR R Từ (2)  Tmax  Từ (1)(2)(3)  0,5 (3) p1  pN     5V1 V  N   0,5 (5) b Trong q trình từ 1-2 có giai đoạn khí nhận nhiệt có giai đoạn khí nhả nhiệt Gọi M (V ; p ) điểm khí cịn nhận nhiệt Xét q trình biến đổi khí từ (1  M ) ta có giai đoạn khí thực cơng nội lúc tăng lúc giảm: ( p  p )(V  V1 )  A  0   1M  CV  U ( pV  p1V1 )  ( pV  p1V1 ) 1M  nCV (T  T1 )    R 2 (6) 0,5 Mặt khác M thuộc trình biến đổi (1  5) nên áp suất thể tích M có mối lên hệ (1)  p1  4V    25V  21V1   V1  15  p  p1 32 Từ (1)(6)  Q1M  A1M  U 1M  Từ (7)  (Q1M ) max  V  25.V1 Vậy điểm M điểm nhận nhiệt (7) 25  V V M  V1    15 p p  p1 M  32  0,5 0,5 Vậy khí nhận nhiệt trình từ  M nhả nhiệt trình từ M  Đúng M khí chuyển từ trạng thái nhận nhiệt sang nhả nhiệt A Hiệu suất động nhiệt cho cơng thức: H  Q (8) Khí nhận nhiệt trình từ  M trình từ  + Xét trình từ  M ta có: Thay V   Q1M  25 V1 vào (7) 289 p1V1  128 0,25 + Xét trình biến đổi từ  ta có: 0,25 pV pV 21 p1V1 Q31 CV (T1  T3 ) CV ( 1  3 )  0 R R 16 457 p1V1  Q1 Q1M  Q31  (9) 128 p    p1   (4,5.V1  V1 ) + Từ đồ thị 49 p1V1   A   32 Từ (8)(9)(10)  H  Câu (4,00 điểm): TĨNH ĐIỆN 0,5 (10) 196 42,89% 457 Ý HƯỚNG DẪN Xét lớp có diện tích S, dày dx, vng góc với Ox dV Sdx  (E + dE).S – E.S = 0 0 →   ĐIỂM 0,5 0,5 dE Ex  2 02 dx a Khi lưỡng cực có tọa độ x, lực tác dụng lên nó: 2         x  l     x  l    2      2lxE0 q  xE0 p F qE0     qE0     2    a2 a a a2         F m Mặt khác: 0,5 dv vdv  E0 p m xdx mvdv → dt dx a2  E0 p ( x  a ) m(v  v02 ) a → v  v02  dx  v 0,5 E0 p (a  x ) ma vmax x = → v  v02  dt  0,5 0,5 E0 p m dx 2E p v02  (a  x ) ma a a dx t   → v a a 2ma dx t a sin E p → E p v02  (a  x ) ma 0,5 a 0,5 ma 2 v0  a E0 p Câu (3,00 điểm): PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH Ý HƯỚNG DẪN ĐIỂM Mục đích: Xác định hệ số Poat xơng phương pháp dãn nở đoạn nhiệt Cơ sở lý thuyết - K1 mở, K2 đóng, khí bơm vào bình B đến thể tích V 1, áp suất P, nhiệt độ T (bằng nhiệt độ môi trường) Áp suất khơng khí P 0, độ chênh lệch mực nước áp kế h  P = P0 + h (P0 tính độ cao cột nước áp kế) - Đóng K1, mở K2, lượng khí bình giãn nhanh, áp suất giảm xuống P0, nhiệt độ giảm đến T' Sau giãn, coi gần trình đoạn nhiệt thuận nghịch trình diễn nhanh, độ biến thiên áp suất bé, ta có: 1    T'  P   T  P0  1     P h    P0  0,5 1  h 1   P0 (1) - Sau mở K2 thời gian ngắn đóng lại bình B cịn lại lượng nhỏ khí, áp suất P 0, thể tích V1, nhiệt độ T' Lượng khí nóng dần lên biến đổi đẳng tích đến áp suất P' = P0+ h', nhiệt độ T T ' P0  T P' T' P h'  1   (2) T P0  h ' P0 A 0,5 K2 K1 Từ (1) (2) suy ra: 1 h'   h 1  P0  P0  h (3) h  h' h B Bố trí thí nghiệm: - Đặt bình B nối với ống với hai khố K1 K2, K1 nối bình với bơm nén, K2 nối bình B với mơi trường bên ngồi Bình nối thơng với áp kế nước hình chữ U(hình vẽ) Trong áp kế, mực nước hai cột áp kế có độ cao khoảng 15 20cm Tiến hành thí nghiệm: - Đóng khố K2, mở K1: Dùng bơm nén khí cần đo  vào bình gây nên chênh lệch độ cao hai cột nước áp kế chữ U Đóng K1 lại, chờ lúc bình trao đổi nhiệt độ với mơi trường Khi độ chênh lệch h hai cột nước áp kế không đổi nữa, ta dùng thước đo h -Sau mở khố K2 cho khí ngồi, độ cao hai cột nước áp kế đóng K2 lại Lúc ổn định độ chênh lệch hai cột nước áp kế h’ Dùng thước đo h’ - Thay h h’ vào biểu thức (3) để tính  - Lặp lại số lần thí nghiệm để tính giá trị trung bình  Điểm tồn tổng điểm ý, câu; khơng làm trịn số 0,5 0,5 0,5 0,5