Đề thi môn: Vật lý khối 10 năm 2015 thời gian làm bài: 180 phút trường THPT chuyên Vĩnh Phúc13593

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ TRƯỜNG THPT CHUYÊN VĨNH PHÚC ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ KHỐI 10 NĂM 2015 Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian phát đề ĐỀ THI ĐỀ XUẤT (Đề thi gồm 02 trang, gồm 05 câu) Câu (4 điểm): Một bánh xe có bán kính R, đặt cách mặt đất đoạn h, quay với vận tốc góc  Từ điểm A bánh xe bắn giọt nước rơi chạm đất điểm B, tâm bánh xe Xác định vị trí điểm A thời gian rơi giọt nước Câu 2(4 điểm): Trên mặt phẳng ngang có bán cầu khối lượng m Từ điểm cao bán cầu có vật nhỏ khối lượng m trượt không vận tốc đầu xuống Ma sát vật nhỏ bán cầu bỏ qua Gọi  góc phương thẳng đứng bán kính nối từ tâm bán cầu tới vật (Hình 2) Giả sử bán cầu giữ đứng yên a) Xác định vận tốc vật, áp lực vật lên mặt bán cầu vật chưa rời bán cầu, từ tìm góc m vật bắt đầu rời bán cầu b) Xét vị trí có  < m Viết biểu thức thành phần gia tốc tiếp tuyến gia tốc pháp tuyến vật theo g  Viết biểu thức tính áp lực bán cầu lên mặt phẳng ngang theo m, g  Giả sử bán cầu mặt phẳng ngang có hệ số ma sát  Tìm  biết  = 300 bán cầu bắt đầu bị trượt mặt phẳng ngang Giả sử khơng có ma sát bán cầu mặt phẳng ngang Tìm góc  vật bắt đầu rời bán cầu Câu (4 điểm): Xi lanh có tiết diện S =100 cm2 với pittông p vách ngăn V làm chất cách nhiệt (Hình 2) Nắp K vách mở áp suất bên phải lớn áp suất bên trái Ban đầu phần bên trái xi lanh có chiều dài l=1,12 m chứa m1=12 g khí Hêli, phần bên phải có chiều dài l=1,12 m chứa m2=2 g khí Hêli nhiệt độ hai bên T0 =273 K Ấn từ từ pittông sang trái, ngừng chút nắp mở đẩy pittơng tới sát vách V Tìm cơng thực biết áp suất khơng khí bên ngồi P0 =105 N/m2 nhiệt dung riêng đẳng tích đẳng áp Hêli bằng: Cv = 3,15.103 J/kg.độ; Cp=5,25.103J/kg.độ Bỏ qua ma sát Câu (5 điểm): Cho vành hình trụ mỏng đều, đồng chất, bán kính R có khối lượng M Trong lịng vành trụ có gắn cố định A cầu nhỏ (bán kính nhỏ so với R), khối lượng m Biết A nằm mặt phẳng mà mặt phẳng vng góc với trục hình trụ qua khối tâm C vành hình trụ Người ta đặt vành trụ mặt phẳng nằm ngang Biết gia tốc rơi tự g Giả thiết khơng có ma sát vành trụ mặt phẳng Đẩy vành trụ cho AC nghiêng góc αo so với phương thẳng đứng buông cho hệ chuyển động với vận tốc ban đầu khơng (Hình 4) ThuVienDeThi.com a) Tính động cực đại hệ b) Viết phương trình quỹ đạo A hệ quy chiếu gắn với mặt đất c) Xác định tốc độ góc bán kính AC AC lệch góc α (α< αo) so với phương thẳng đứng Câu (3 điểm): Cho vật dụng sau: - Một số tờ giấy ô ly giống (loại giấy thường dùng vẽ đồ thị thí nghiệm giấy viết học sinh); - Một kim khâu biết khối lượng - Một số kim khâu kích thước khoảng từ 5cm đến 10cm bị nhiễm từ; - Một cuộn mảnh; - Một kéo cắt; - Một giá treo thường dùng phòng thí nghiệm Hãy nêu phương án thực hành để xác định: 1) Khối lượng kim khâu; khối lượng giấy kích thước 1cm2 2) Lực từ tương tác hai kim khâu đặt dọc đường thắng, hai đầu kim gần Chú ý: Chỉ yêu cầu thí sinh nêu sở lý thuyết, phương án đo bước đo; khơng cần tính giá trị trung bình sai số -Hết Người đề: Nguyễn Văn Quyền ThuVienDeThi.com ĐT: 0988.615.618 ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN: VẬT LÝ 10 Ghi chú: Nếu thí sinh sai thiếu đơn vị đáp số trung gian đáp số cuối lần sai thiếu trừ 0,25đ, tổng số điểm trừ phần không nửa số điểm phần kiến thức Nếu thí sinh làm cách khác cho đủ điểm CÂU Câu (4 đ) Nội dung Ý Điểm Để giọt nước rơi chạm đất B phải bắn từ điểm A thuộc nửa bên trái bánh xe …………… 0, Gọi   ฀AOB , chọn hệ trục toạ độ Oxy hình vẽ, ta có phương trình toạ độ giọt nước: 0,5 0,5 x  v.cos  t v   R  y  v.sin  t  gt Khi giọt nước chạm đất B ta có: 0,5 x  R sin  ; y  h  R cos  R sin  tan  (1)  t  (3)   R cos   tan   tan   (2), (3)   R sin   g   h  R cos       g  2 h cos   2 R cos   g   '   R  2 gh  g   R   R  2 gh  g  cos   g  2 h   R   R  2 gh  g 2  sin    cos      g  2 h         2 h  gh   R  R  R  2 gh  g g  2 h Thời gian rơi: 1,0  1,0 ThuVienDeThi.com t Câu (4 đ) tan     2 h  gh   R  R  R  2 gh  g  R   R  2 gh  g  Q  P Hình Khi vật trượt mặt cầu vật chịu tác dụng trọng lực P phản lực Q mặt cầu có tổng hợp tạo gia tốc với hai thành phần tiếp tuyến hướng tâm Quá trình chuyển động tuân theo bảo toàn năng: 0,25 mv  mgR1  cos   …………… (0,5) 1.a (0,75) mv a Fht  P cos   Q  …………… R 0,25 v  gR1  cos   …… ……… … Q  3 cos   .mg 0,25 Suy ra: ……………………… Vật rời bán cầu bắt đầu xảy Q = Lúc đó: suy :    m  48,2 ……… cos   cos  m  ; ThuVienDeThi.com 0,25 0,25 1.b (0,75) Xét vị trí có  < m: v  g 1  cos   …… R at  g sin  …… … …… Các thành phần gia tốc: a n  0,25 0,25 Lực mà bán cầu tác dụng lên sàn bao gồm hai thành phần: áp lực N lực đẩy ngang Fngang: N  PcÇu  Q cos   mg  cos   cos  … … …… ……  (1đ)  Bán cầu bắt đầu trượt sàn  = 300, lúc vật chưa rời khỏi mặt cầu Thành phần nằm ngang lực vật đẩy bán cầu là: 0,25 Fngang  Q sin   3 cos   mg sin  …………… ……… Ta có: Fms  Fngang   N ………… …… …… …… ……………   (1đ) 0,25 Fngang N  3 cos   2mg sin   mg  cos   cos    3 cos   2sin   cos   cos  …………… 0,25 0,25 0,25 Thay số:   0,197  0,2… …… …… ……… ……………… Giả sử bỏ qua ma sát Khi vật đến vị trí có góc  vật có tốc độ vr so với bán cầu, cịn bán cầu có tốc độ V theo phương ngang    Vận tốc vật so với mặt đất là: v  v r  V  Tốc độ theo phương ngang vật: v x  v r cos   V V Hệ bảo toàn động lượng theo phương ngang: m.V  m.v x  vx = V  2V = vr cos Bảo toàn năng: mv  m.V  mgR1  cos   2 v r  V  2v rV cos   V  gR1  cos   gR1  cos    sin  Tìm áp lực vật lên mặt bán cầu Để làm điều ta xét HQC phi quán tính gắn với bán cầu Q sin  Gia tốc bán cầu: ac  m Trong HQC gắn với bán cầu, vật chuyển động tròn chịu tác dụng lực (hình vẽ) Theo định luật II Niutơn ta có:  vr  P cos   Q  Fq sin   m vr R mg cos   Q  Q sin   m mg cos   mv r / R  Q  sin  2 vr R 4mg 1  cos   cos   cos    sin   mg  sin   sin  mg cos     Vật rời bán cầu Q =  cos   cos     cos    hay  = 42,90 …………… …………… 1,0 ThuVienDeThi.com Câu (4 đ) m1 R.T0 lớn áp suất bên phải vách μ lS Lúc đầu áp suất khí bên trái P1 = m R.T0 μ lS P2= 0,5 Khối khí bên phải bị nén đoạn nhiệt từ thể tích V0 = lS xuống V1, áp suất tăng lên đến P1: g P2V0     = P1 V1  V1 = V0  P2  = V0  m2  P m   1  1 g (1) PV m  Khi nhiệt độ bên phải: T1 = 1 T0 = T0   m  P2 V0  1 1   =559K (2) 0,5 0,5 Sau nắp K mở hai khí hồ trộn vào có nhiệt độ T2: Cvm1(T2T0) = Cvm2(T1 - T0)   m1T0  m 2T1 m1   m  γ   0,5  T2 = = T0 =314K (3) 1  m1  m m1  m   m1     Sau lượng khí m = m1 + m2 bị nén đoạn nhiệt từ thể tích V = V0 + V1 đến V0 , nhiệt độ tăng từ T2 đến T, ta có : T V0g -1 = T2(V0 + V1)g -1 (4)……… …… 0,5 Thay (1) (3) vào (4) ta được: γ   γ  V0  V1    m T m  =382K (5)  T = T2   V   m  m 1   m         Công lực tác dụng lên pittông áp suất khí P0 thực làm tăng nội chất khí bị nén đoạn nhiệt: A= A1 + A2 = U = Cv(m1 + m2) (T- T0) (6), với A1 = P0S.l Thay (5) vào (6), thay số vào ta A2 = 3687 (J) ………… (Học sinh tính sai số ±20 J) Vì khơng có ma sát, ngoại lực tác dụng lên hệ theo phương thẳng đứng, nên vị trí theo phương ngang khối tâm G không đổi Áp dụng định luật bảo toàn năng, động cực đại hệ độ giảm cực đại vật m Wd max  mgR 1  cos ………… γ 1 Câu (5 đ) a (1đ) b (2đ) 0,5 0,5 0,5 1,0 Chọn hệ tọa độ xOy đứng yên với mặt đất có Oy qua khối tâm G, Ox qua tâm C vành Gọi tọa độ m (x, y) tâm C vành M (X, Y) Khi CA lệch phương thẳng đứng (Oy) góc  M M X x  X  R sin  nên suy x  R sin  (1)……… m Mm Và y  R 1  cos  (2)……………… x Từ (1) (2) thay vào hệ thức sin   cos   ta thu phương trình 2 quỹ đạo m hệ qui chiếu gắn với mặt ThuVienDeThi.com 0,5 đất 0,5 x2  M  R  Mm   y2 1 R2 (3)…… Phương trình (3) mô tả quỹ đạo chuyển động m elip bán trục lớn R dọc theo Oy bán trục nhỏ M R dọc theo Ox …… Mm 0.5 0,5 c (2đ) Vì khơng có ma sát, khối tâm G chuyển động theo phương thẳng đứng nên vận tốc điểm G theo phương thẳng đứng Điểm tiếp xúc B có vận tốc theo phương ngang, từ tâm quay tức thời K thời điểm góc lệch AC phương thẳng đứng  xác định hình vẽ Động hệ : Wd  1 I K 2  M.R  M.CK  m.KA 2 (1)…… 2 0,5 Trong đó: CK  mCG.cos = m R cos  (2) mM KA  CK  R  2.R.CK.cos (3) Áp dụng định luật bảo tồn ta có mgR cos-cos   I K 2 (4)………… 0,5 Thay (1), (2), (3) vào (4) thu biểu thức tốc độ góc bán kính CA  Câu (3 đ) (1,5đ) 2mg cos-cos  ……   m 2  R m  M 1    cos     M  m   1,0 1) Xác định khối lượng kim khâu; ô giấy: - Cắt lấy tờ giấy kích thước khoảng 10cmx20cm, gấp hình chữ U, xuyên ( vài cái) kim khâu vào tờ giấy gấp hình vẽ - Đặt tờ giấy thăng ngang giá đỡ, giá đỡ chia đôi tờ giấy thành hai phần nhau, đếm số milimet từ vị trí hai kim khâu đế giá đỡ t z ô, M.t  z.m  m  M.t z (1) - Làm nhiều lần với kim để xác định khối lượng kim m1, m2… ThuVienDeThi.com 1,0 - Giả sử ô milimet dọc theo chiều dài giấy có khối lượng q Vì hệ cân nên (cân mômen): M.t  (x.q) x y  z.m  (y.q) 2 (2) - Từ (2) tính q khối lượng diện tích 1cm2 là: 10q (1,5 đ) 0,5 2) Xác định lực từ - Cắt lấy đoạn ngắn, xâu vào kim CD treo lên giá, đoạn dài xâu vào kim khác treo vào giá đỡ để làm phương thẳng đứng, lấy kim khác DE đặt gần CD dịch từ từ để K1 lệch góc α so với phương thẳng đứng (hình vẽ) - Dùng giấy ơ-li đo AB,BC xác định góc α ( tan   BC ), tương tự xác định góc ,  AB     - CD cân bằng: T  P  F  Chiếu lên phương ngang phương thẳng đứng ta được: T.sin   F.cos  (1) T.cos   F.sin   P (2) Từ (1)+(2): F  mg tan  sin   cos .tan  1,0 - Gần đúng: Lực từ tương tác hai kim khâu đặt dọc đường thắng, hai đầu kim gần là: Fo  F tan   mg cos  (sin   cos .tan ) cos  Nguyễn Văn Quyền 0988.615.618 ThuVienDeThi.com 0,5 ... Người đề: Nguyễn Văn Quyền ThuVienDeThi.com ĐT: 0988.615.618 ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN: VẬT LÝ 10 Ghi chú: Nếu thí sinh sai thi? ??u đơn vị đáp số trung gian đáp số cuối lần sai thi? ??u trừ... gh  g g  2 h Thời gian rơi: 1,0  1,0 ThuVienDeThi.com t Câu (4 đ) tan     2 h  gh   R  R  R  2 gh  g  R   R  2 gh  g  Q  P Hình Khi vật trượt mặt cầu vật chịu tác dụng... sát Khi vật đến vị trí có góc  vật có tốc độ vr so với bán cầu, cịn bán cầu có tốc độ V theo phương ngang    Vận tốc vật so với mặt đất là: v  v r  V  Tốc độ theo phương ngang vật: v x