ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH ĐỀ MÔN: VẬT LÝ Thời gian: 120 phút Đề thức Câu (2,0 điểm): Hai vật A B hình lập phương cạnh a = 30cm Vật A nặng 40,5kg; vật B nặng 21,6kg Hai vật nối với sợi dây tâm mặt vật Dây không dãn, khối lượng không đáng kể chịu lực căng tối đa 300N Thả hai vật vào bể nước sâu a Tính lực căng dây hệ cân bằng, biết cân mặt đáy vật song song mặt thoáng nước.Biết trọng lượng riêng nước d0 = 10000N/m3 b Kéo từ từ hệ vật lên theo phương thẳng đứng (điểm đặt lực kéo tâm mặt vật B) Hỏi dây nối có bị đứt không Nếu bị đứt xảy Câu ( 2.0 điểm): Một bình hình trụ có bán kính đáy R1 = 20cm chứa nước nhiệt độ t1 = 200C đặt mặt bàn nằm ngang Thả cầu đặc nhôm có bán kính R2 = 10cm nhiệt độ t2 = 400C vào bình cân mực nước bình ngập cầu, cho biết khối lượng riêng nước D1 = 1000kg/m3, nhôm D2 = 2700kg/m 3, nhiệt dung riêng nước c1 = 4200J/kg.K,của nhôm c2 = 880J/kg.K a Tìm nhiệt độ nước cân nhiệt b Đổ thêm dầu nhiệt độ t3 = 150C vào bình cho vừa đủ ngập cầu Biết khối lượng riêng dầu D3 = 800kg/m3, nhiệt dung riêng dầu c3 = 2800J/kg.K; Hãy xác định: nhiệt độ hệ cân nhiệt áp lực cầu lên đáy bình (Bỏ qua trao đổi nhiệt nước, cầu, dầu với bình môi trường, Thể tích cầu tính theo công thức V =  R23 ) TaiLieu.VN Page Câu (2.0 điểm): Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ: Cho R1 = R4 =  ; R2 = R3 =  ; R5 =  ; điện trở vôn kế vô lớn Khi K mở vôn kế 1,2 V Khi K đóng vôn kế 0,75 V K R1 M A C Đ N Tính hiệu điện U điện trở R6 R2 Câu (2.5 điểm) Cho mạch điện hình bên Biết U AB = 21V không đổi; RMN = 4,5Ω, R1 = 3Ω; A B RĐ = 4,5Ω không đổi;Ampe kế lí tưởng Đặt RCM = x K đóng: Khi chạy C trùng N ampe kế 4A a Tính điện trở R2 b Tính hiệu suất sử dụng điện Biết điện tiêu thụ đèn R1 có ích K mở: Xác định giá trị x để độ sáng đèn tối Câu ( 1.5điểm): Một vật sáng AB đặt vị trí trước thấu kính hội tụ, cho AB vuông góc với trục thấu kính A nằm trục chính, ta thu ảnh thật lớn gấp lần vật Sau đó, giữ nguyên vị trí vật AB dịch chuyển thấu kính dọc theo trục chính, theo chiều xa vật đoạn 15cm, thấy ảnh dịch chuyển đoạn 15cm so với vị trí ảnh ban đầu Tính tiêu cự f thấu kính (không sử dụng trực tiếp công thức thấu kính) TaiLieu.VN Page Đáp án Câu Nội dung Câu a (1,0đ) Điểm FB Trọng lượng riêng vật A : P 10m 10.40,5 dA = A  A   15000( N / m ) V a (0,3) T T PB FA Q Trọng lượng riêng vật B : P 10m 10.21,6 dB = B  B   8000( N / m ) V a (0,3) §¸y b×nh PA Trọng lượng riêng hệ vật : d= PA  PB 10m A  10m B 405  216    11500( N / m ) 3 2V 2.a 2.(0,3) Ta thấy d > d0 nên hệ vật chìm hoàn toàn nước Vì dB < d0 < dA nên vật A chìm tới đáy bể kéo theo vật B chìm vào nước làm dây nối bị căng ( hình vẽ ) 0,25 Vật B chịu tác dụng lực : - Trọng lực PB : PB = 10 mB = 10.21,6 = 216( N ) 0,25 - Lực đẩy Acsimet nước FB : FB = d0 V = d a3 => FB = 10000 ( 0,3 )3 = 270( N ) - Lực căng T sợi dây Khi hệ vật nằm cân bằng, xét vật B ta có: PB + T = FB TaiLieu.VN Page => T = FB – PB = 270 – 216 = 54( N ) 0,25 Vậy lực căng dây nối hai vật 54N b (1,0đ) Kéo từ từ hệ vật lên theo phương thẳng đứng *Khi vật A dời khỏi đáy bình nằm hoàn toàn nước: 0,25 Lúc vật A chịu tác dụng lực: - Trọng lực PA : PA = 10 mA = 10 40,5 = 405 ( N ) - Lực đẩy Acsimet nước FA : FA = d 0.a3 = 10000 ( 0,3 )3 = 270 ( N ) - Lực căng T sợi dây Xét vật A ta có: FA + T = PA => T = P A – FA = 405 – 270 = 135 ( N ) < 300 ( N ) Vậy dây nối hai vật chưa bị đứt 0,25 *Nếu vật A kéo khỏi mặt nước: Lực căng dây nối hai vật lúc là: T = PA = 405N > 300N : Dây đứt 0,25 Vậy dây nối hai vật đứt vật A chìm phần nước Khi dây vừa đứt lực căng dây Tmax = 300N Gọi chiều cao phần vật A chìm nước lúc x ( 0 d0a2x = PA - Tmax => x = PA  Tmax 405  300   11,67(cm) d0a 10000.(0,3) Vậy dây bắt đầu đứt vật A chìm nước đoạn 11,67cm 0,25 Câu a.(1đ) Tìm nhiệt độ nước cân nhiệt: Khối lượng nước bình là: m1 = V1D1 = (  R 12 R2 -  R23 )D 1, thay số ta tính được: m1  10, 47kg 0,5 Khối lượng cầu: m2 = D 2.V2 =  R23 D2, thay số ta m2  11,30kg 0,25 Từ điều kiện toán cho, ta có phương trình cân nhiệt: c1m1 (t – t1) = c2m2 (t2 – t) ta có nhiệt độ nước cân nhiệt: TaiLieu.VN Page t= c1m1t1  c2 m2t2 c1m1  c2 m2 thay số ta tính t  23, 0C 0,25 b.(1đ) Tính nhiệt độ hệ cân nhiệt, áp lực cầu lên đáy bình : Tính khối lượng dầu m3 : thể tích dầu nước nên khối lượng dầu : m3 = m1 D3 , thay số m3  D1 8,38kg 0,25 Khi cân nhiệt, nhiệt độ hệ tx, ta có phương trình : c1m1 (t – tx) + c2m2 (t – tx) = c3m (tx – t3)  tx = 0,25 c1m1t1  c2 m2t2  c3m3t3 , c1m1  c2 m2  c3m3 thay số ta tính tx  21,05 0C 0,25 Áp lực cầu lên đáy bình : F = Pcầu – FA(cầu) = 10m1 -  R 32 (D1 + D 3), thay số ta : F  75N 0,25 Câu Khi K mở ta có sơ đồ: ((R1 nt R3) // (R2 nt R4)) nt R5 TaiLieu.VN Page 0,25 * Ta có R13 = R1 +R3 = 1+3 =  R24 = R2 +R4 = 1+3 =  Nhận xét: R13 = R24 mà R13 // R24 suy I1 = I2 =I3 = I4 = I0 = U AB (1) * Ta có: UCD = UCA + U AD 0,25 0,25 = - UA c + UAD = - I0R1 + I0 R2 = - I0 + I0 = I0 * UAB = U + U3 = I0R1 + I0 R3 = I0 + I0 = I0 = U AC = 1,2 = 2,4V 0,25 Thay số vào (1) ta có I0 = 2,4 :4 = 0,6A Và cường độ dòng điện qua mạch I = I1 + I2 = I0 = 1,2A * HĐT đầu mạch: 0,25 U = I R5 + UAB = 1,2 + 2,4 = 6V Khi K đóng ta có mạch tương đương: ((R1 nt R3) // (R2 nt R4) //R6) nt R5 Hoặc HS vẽ lại mạch TaiLieu.VN Page U R5 C R1 R2 D R3 B R4 R6 * CM ta có: U AB/ = UCD = 2.0,75 = 1,5V I0/ = UAB/ : = 1.5:4 = 0.375A 0,25 * Ta có: U = UAB/ + I/ R5  I /  0,25 U  U AB  1,5   1,5 A R5 * I/ = I/1+I/2+I6 = 2I0/+I6  I6 = I/ - 2.I0/ = 1,5 - 0,375 = 0,75A * R6 = U U / AB 1,5    2 I6 I 0,75 0,25 I3 Câu A 1.(1,25đ) K đóng: a Khi C ≡ N ta có sơ đồ mạch điện:  I  § R1 A B C R I2   0,25 Hiệu điện hai đầu điện trở R1 là: TaiLieu.VN Page U AC = U1 = I.R1 = 4.3 = 12(V) Hiệu điện hai đầu điện trở R2: U = UCB = U – U1 = 21-12 = 9(V) I3  Cường độ dòng điện qua R2 là: I2 = I – I3 = 4-2 = 2(A) Điện trở R2 là: R2  0,25 UCB   2( A) R§ 4,5 Cường độ dòng điện qua đèn là: UCB   4,5() I2 b Hiệu suất sử dụng điện mạch điện: P1  P§ U1 I  UCB I3 12.4  9.2 66 P H  ci      0, 786  78, 6% Ptm Ptm U AB I 21.4 84 0.25 0.5 2.(1,25đ) K mở: Ta có sơ đồ mạch A điện tương đương  hình vẽ I3 I  R1 M RCM RCN N §  B C  I2 R2 Điện trở tương đương toàn mạch điện: RCB     0,25 R2 ( RCN  R§ ) R2  RCN  R§ 4, 5(9  x ) 13,5  x RAB  R1  RCM  RCB   x  4,5(9  x ) 81  x  x  13,  x 13,  x Cường độ dòng điện qua mạch chính: I 0,25 U AB 21.(13,5  x )  RAB 81  x  x Hiệu điện hai đầu đoạn mạch CB: TaiLieu.VN Page UCB  IRCB  21.(13,5  x ) 4,5(9  x ) 94,5.(9  x )  81  x  x 13,  x 81  x  x Cường độ dòng điện chạy qua đèn: 0,25 U 94,5.(9  x ) 94,5 94,5 I3  CB    2 RCNB (81  x  x )(9  x ) 81  x  x 90  ( x  3)2 Để độ sáng đèn yếu I3  90 - (x-3)2 max  x = Hay RMC = 3 0.25 0.25 Vẽ hình - Gọi khoảng cách từ vật đến thấu Câu kính d, khoảng cách từ ảnh đến 0,25 đ B I F' A F A' O thấu kính d’ B' Ta tìm mối quan hệ d, d’ f:  AOB ~  A'OB'  TaiLieu.VN AB OA d = = ; AB OA d 0,25 đ Page 10  OIF' ~  A'B'F'  hay AB AF AB ; = = OI OF AB B I' F' d - f d  d(d' - f) = f d A = fd' F A'' O' d2 B'' d'2  dd' - df = fd'  dd' = fd' + fd ; Chia hai vế cho dd'f ta được: 1 = + (*) f d d 0,25 đ - Ở vị trí ban đầu (Hình A): Ta có: AB d = =  d’ = 2d AB d 1 = + = f d 2d 2d (1) 0,25 đ - Ở vị trí 2: Ta có: d = d + 15 Ta nhận thấy ảnh AB di chuyển xa thấu kính, di chuyển xa lúc d2 = d , không thoả mãn công thức (*) Ảnh AB dịch chuyển phía gần vật, ta có: O’A” = OA’ - 15 - 15 = OA’ - 30 - Ta có phương trình: hay: d 2 = d - 30 = 2d - 30 1 1 = + = + f d2 d2 d + 15 2d - 30 - Giải hệ phương trình (1) (2) ta tìm được: f = 30(cm) TaiLieu.VN 0,25 đ (2) 0,25 Page 11 đ * Chú ý: Học sinh làm cách khác, cho điểm tối đa - Hết - TaiLieu.VN Page 12 [...]... vế cho dd'f ta được: 1 1 1 = + (*) f d d 0,2 5 đ - Ở vị trí ban đầu (Hình A): Ta có: AB d = = 2  d’ = 2d AB d 1 1 1 3 = + = f d 2d 2d (1) 0,2 5 đ - Ở vị trí 2: Ta có: d 2 = d + 15 Ta nhận thấy ảnh AB không thể di chuyển ra xa thấu kính, vì nếu di chuyển ra xa thì lúc đó d2 = d , không thoả mãn công thức (*) Ảnh AB sẽ dịch chuyển về phía gần vật, và ta có: O’A” = OA’ - 15 - 15 = OA’ - 30... = OA’ - 15 - 15 = OA’ - 30 - Ta có phương trình: hay: d 2 = d - 30 = 2d - 30 1 1 1 1 1 = + = + f d2 d2 d + 15 2d - 30 - Giải hệ phương trình (1) và (2) ta tìm được: f = 30(cm) TaiLieu.VN 0,2 5 đ (2) 0,2 5 Page 11 đ * Chú ý: Học sinh có thể làm cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa - Hết - TaiLieu.VN Page 12