Bộ đề thi học sinh giỏi môn vật lý lớp 10,11,12 chuyên có lời giải chi tiết

Bài 1: Một tàu vũ trụ đang chuyển động tự do quanh trái đất theo quỹ đạo tròn với vận tốc v0 ở độ cao h, biết bán kính trái đất R >> h. Để hạ cánh an toàn xuống trái đất người ta mở động cơ trong thời gian rất ngắn để truyền cho tàu một vận tốc phụ v. 1.Tính v trong hai trường hợp sau: a, v ngược hướng với v0 b, v hướng về phía tâm trái đất 2. Biết nhiên liệu khi động cơ hoạt động được đốt cháy rồi bay khỏi động cơ với vận tốc không đổi. Tìm tỉ số khối của nhiên liệu mà động cơ dùng trong hai trường hợp

TRƯỜNG THPT CHUYÊN TUYÊN QUANG -ĐỀ THI ĐỀ XUẤT KỲ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LẦN THỨ XI, NĂM 2018 ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ LỚP 10 Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề) (Đề thi gồm 02 trang) Bài 1: Một tàu vũ trụ chuyển động tự quanh trái đất theo quỹ đạo tròn với vận tốc v0 độ cao h, biết bán kính trái đất R >> h Để hạ cánh an toàn xuống trái đất người ta mở động thời gian ngắn để truyền cho tàu vận tốc phụ v 1.Tính v hai trường hợp sau: a, v ngược hướng với v0 b, v hướng phía tâm trái đất Biết nhiên liệu động hoạt động đốt cháy bay khỏi động với vận tốc không đổi Tìm tỉ số khối nhiên liệu mà động dùng hai trường hợp Bài Động học – động lực học Hai cầu nhỏ giống có khối lượng m, nối với sợi dây dài ℓ, không dãn, nhẹ, lúc đầu chúng đứng yên, dây thẳng Truyền cho A vận tốc v0 thẳng đứng Biết q trình chuyển động dây ln căng, B không bị nhấc lên, bỏ qua ma sát Xác định quỹ đạo chuyển động A, tìm thơng số quỹ đạo Tìm điều kiện v0 để tượng xảy Bài Nhiệt học Một lượng khí đơn nguyên tử thực chu trình p 123a1 hình vẽ Biết độ biến thiên thể tích từ trạng thái sang có giá trị độ biến p2 thiên thể tích từ trạng thái sang thể a tích ban đầu Độ biến thiên áp suất từ trạng thái sang giá trị áp suất ban đầu Đường biểu diễn chu trình 123b1 có diện tích giới hạn p1 diện tích đường trịn bán kính độ dài b đường biểu diễn trạng thái sang trạng thái sang Cung tròn 3a1 cung 3b1 O V1 V2 V3 Cơng mà khí thực chu trình A Hãy xác định nhiệt lượng trình theo A, cho biết q trình khí nhận hay tỏa nhiệt? Bài Cơ học vật rắn Tấm ván dài có khối lượng M nằm mặt 0 phẳng nằm ngang nhẵn Một cầu đặc khối m lượng m bán kính R quay quanh trục nằm ngang qua tâm với tốc độ góc  thả khơng vận tốc ban đầu từ độ cao h xuống ván Trong suốt trình h va chạm cầu ván, cầu bị trượt Độ lớn vận tốc theo phương thẳng đứng M cầu sau trước va chạm với ván liên hệ: v 'y vy  e  số Cho hệ số ma sát V ván cầu  Coi trọng lực cầu nhỏ so với lực tương tác va chạm a) Tính tốc độ góc quay quanh khối tâm cầu sau va chạm với ván b) Tìm vận tốc khối tâm cầu sau va chạm với ván Bài Phương án thí nghiệm Giả sử bạn cần phải lấy nước từ vòi để chứa đẩy bể lớn có dung tích biết trước nhờ ống dẫn mềm có đầu cuối ống kim loại hình trụ Bạn muốn biết trước thời gian hồn tất cơng việc chán ngất Liệu bạn tính thời gian khơng, bạn có tay thước? (Trình bày sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm, bảng số liệu, cách tính sai số ý trình làm thí nghiệm để giảm sai số)./ Người đề : Đinh Ngọc Tuyến- 0915.195.288 TRƯỜNG THPT CHUYÊN TUYÊN QUANG HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN VẬT LÝ LỚP 10 Bai 1: Một tàu vũ trụ chuyển động tự quanh trái đất theo quỹ đạo tròn với vận tốc v0 độ cao h, biết bán kính trái đất R >> h Để hạ cánh an toàn xuống trái đất người ta mở động thời gian ngắn để truyền cho tàu vận tốc phụ v 1.Tính v hai trường hợp sau: a, v ngược hướng với v0 b, v hướng phía tâm trái đất Biết nhiên liệu động hoạt động đốt cháy bay khỏi động với vận tốc không đổi Tìm tỉ số khối nhiên liệu mà động dùng hai trường hợp Giải” Tính v  v0   a, Truyền v1 ngược hướng v0 Bảo toàn moomen động lượng L = m (v0 - v1) (R+h) = mvB R (1) Bảo toàn GMm GMm m (v0 - v1)2 = m vB2 R+h R Lực hướng tâm lực hấp dẫn mv02 GMm = (3) R+h (R+h)2 Khi hạ cánh vB = Giải hệ (1),(2), (3) ta được: h h v1 = v0 ≈ v0 2(2R+h) 4R  b, Truyền v2 hướng vào tâm trái đất R B (2)  v1  vB  v0 h C Bảo toàn moomen động lượng L = m (v0 (R+h) = mvC R (1) Bảo toàn A  GMm GMm v2 m (v02 + v22 ) = m vC2 (2) R+h R Lực hướng tâm lực hấp dẫn mv02 GMm = (3) R+h (R+h)2 Khi hạ cánh vC = Giải hệ (1),(2), (3) gần ta được: h v2 ≈ v0 = v1 R Gọi M0 khối lượng tàu, m0 khối lượng nhiên liệu cần tiêu thụ để truyền cho tàu vận tốc v: m0 mv02  - 5mg ≤ mg  v02 ≤ 3gℓ ℓ  mv02 - 5mg ≥  v02 ≥ 2,5 gℓ ℓ 2,5gℓ ≤ v0 ≤ 3gℓ y vA A’ v0 x x G y B vB O A A  vA T T  vB x B B’ Bài Một lượng khí đơn nguyên tử thực chu trình 123a1 hình vẽ Biết độ biến thiên thể tích ptừ trạng thái sang có giá trị độ biến thiên thể tích p2 từ trạng thái sang thể tích ban đầu Độ biến thiên áp suất từ trạng thái sang giá trị áp suất ban đầu Đường biểu diễn chu trình 123b1 có diện tích giới hạn a 1 p1 diện tích đường trịn bán kính độ dài đường biểu diễn trạng thái sang trạng thái sang Cung trịn 3a1 cung 3b1 Cơng mà khí thực chu trình A Hãy xác định nhiệt lượng trình theo A, cho biết q trình khí O nhận hay tỏa nhiệt? Lời giải: b V1 V2 V3 V2  V1  V3  V2  V  V1 Vì p2  p1  p2  p3  p  p1 Và đường biểu diễn chu trình có diện tích diện tích giới hạn đường trịn bán kính độ dài đường biểu diễn trạng thái sang trạng thái sang Nên p p2  a p1 1    300 tan   V V1   tan 300   p1  O3V1 p p1 3 b V1 Cơng khí thực chu trình : 1 A = 2pV -  (p2 + V2) + 2pV = V12 - V12 3A  V12 = (1) 3-2 - Xét trình  2, độ biến thiên nội năng: 9 3A U12 = nCV(T2 - T1) = (2p1V1- p1V1) = V1 = (2) 2 3-2 Công khí thực q trình  : 3 3 3A A12 = (p1 + V1)(V2 - V1) = V1 = 2 3-2 Nhiệt lượng khí nhân q trình 12 : 3A Q12 = U12 + A12 = 3- - Xét trình 2 3, độ biến thiên nội năng: 3 3 3A U23 = nCV(T3 - T2) = (p3V3 - p2V2) = V1 = 2 3-2 Cơng khí thực trình 23: V2 V3 V V A23 = A12 = 3 3 3A V1 = 2 3-2 Nhiệt lượng khí trình 23 : Q23  U 23  A23  - Xét q trình từ 31: Khí thực chu trình nên U =  Q = A  Q31 = Q - Q12 - Q23 = A - Q12 - Q23 = A - 3A thấu kính O TKHT, nằm khoảng Ay + SĐTA Lần 1: TK S A   S B' d1   2,0đ 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 d1' d1  OA d1'    d1   d  d  2 1 1   '    f  1 f d1 d1 d1 d1  + SĐTA Lần 2: 1 TK S B   Sc' d2 0,25 d 2' d  d1  d 2'    d1    d   d1   1 1   '    f  f d d d1  d1   2 d1   cm  + Từ (1) (2) giải được:   f  24  cm  Kết luận: TKHT có tiêu cự f  24  cm  , nằm khoảng Ay, cách A đoạn  cm  b Vật qua vị trí ảnh qua hệ đổi chiều Sơ đồ tạo ảnh: O' O MH   M H1   M 2H2 d1 d1' d2 0,25 0,25   1,5đ 0,25 d 2' d1'  f '.d1 6.d1  d1  f ' d1  d  l  d1'   k  k1.k  6.d1 2d  48  d1  d1  0,5 f' f d1  f ' d  f  24 d1  2d1  48  24 d1   144 22d1  96 Xét dấu k theo d1 : d1 0,5 48 cm 11 k + Ảnh Cùng chiều  Ngược chiều Từ bảng xét dấu suy ra: Khi vật MH qua vị trí cách thấu kính O ' đoạn 48  cm  ảnh qua hệ đổi chiều 11 a Tính gia tốc MN (4,0đ) C   3,0đ M (+) I K B f H 0,25 F N (-) G - Khi tác dụng lực F , MN chuyển động xa tụ C Trên MN xuất suất điện động cảm ứng tuân theo quy tắc bàn tay phải, có đầu M cực (  ) đầu N cực (  ) 0,25 -Tại thời điểm t , MN có vận tốc v , có suất điện động cảm ứng eC  Bvl + Mạch hở nên hiệu điện hai tụ: u  eC  Bvl + Điện tích tụ điện: q  Cu  CBvl 0,25 dv dq  CBl  CBla dt dt + Lực từ tác dụng lên MN có phương vng góc với MN , 0,5 + Cường độ dịng tích điện: i  song 0,25 0,25 0,5 song với hai ray, chiều hướng tụ C, có độ lớn: f  Bil  B 2l 2Ca - Áp dụng định luật II Niu tơn ta có: 0,5 F m  CB 2l - Thay số:  a   m / s2  2 0,49  0,01.0,5 b) Khi nâng hai đầu lên góc   300 F  f  ma  a  0,5   1,0đ Lập luận tương tự câu a ta có hiệu điện hai đầu tụ điện   u  ec  Blv sin      Blv.cos 2  q  Cu  CBlv.cos N 0,25  f v P  i dq dv  CBl.cos  CBl.cos a dt dt Lực từ tác dụng lên thanh: f  Bil  CB 2l 2a cos 0,25 Áp dụng định luật II Niu tơn ta có: 0,25  mg sin   CB 2l a.cos2   ma mg sin  m  4,925   a 2 m  CB l cos  s  0,25 P sin   f cos   ma a) Tính tốc độ dao động cực đại điểm M (3.0đ)  =20  Hz  f  2 v 40     (cm) f 20  AM  2.4 cos  20,5  16  =  cm  vmax   AM  40  160  (cm / s)  710,86  cm / s  b) Tính số điểm đoạn PQ dao động pha với nguồn Gọi N điểm OQ cách hai nguồn đoạn d1  d  d Phương trình sóng tổng hợp N là:    d  d1  cos  40 t   d  d1   (cm)     2 d    8cos  40 t  ( cm)    uN  2.4 cos   1,0đ 0,25 0,25 0,25 0,25   2,0đ 0,5 Để N dao động pha với nguồn thì: 2 d   k 2 ; 0,5 suy ra: d  k  ; k  Gọi x khoảng cách từ N đến AB: 0,25  AB   x  (k  )     4k  100   Vì N thuộc đoạn OP nên  x  22  cm  =>5  k  12,08 0,5  k  5,6,7,8,9,10,11,12 0,25 Vậy đoạn OQ có điểm dao động pha với hai nguồn  Trên đoạn PQ có 15 điểm dao động pha với hai nguồn Trình bày phương án xác định thể tích phịng lớn có   2,5đ (2,5đ) dạng hình khối hộp chữ nhật 0,25 - Xác định điện trở R đoạn dây đồng có chiều dài l độ cao phòng, cách mắc mạch điện kín gồm ăcquy, mạch ngồi gồm đoạn dây dẫn xét, ampe kế mắc nối tiếp vôn kế mắc song song với đoạn dây 0,5 Lúc đó: Ampe kế cường độ dịng điện I qua dây đồng; vôn kế hiệu điện U hai đầu dây Ta có: R  U l  (1) I S ( S tiết diện ngang dây,  điện trở suất đồng) - Mặt khác, khối lượng m đoạn dây dẫn xác định cân biểu diễn hàm l , S khối lượng riêng D đồng: m  DlS (2) - Nhân hai đẳng thức (1) (2) vế theo vế ta được: mU   D.l  tính được: I l mU  D.I 0,5 0,5 (3) - Các giá trị I , U , m xác định thực nghiệm Các giá trị  D tra cứu bảng vật lý Bằng cách đó, ta lần lược xác định chiều cao c , chiều dài d , chiều rộng r phịng - Từ xác định thể tích V phòng: 0,25 0,5 V  c.d r - Nếu độ giảm hiệu điện đoạn dây có chiều dài (hoặc chiều rộng) phòng nhỏ khó đo vơn kế cần phải mắc đoạn dây có chiều dài (hoặc chiều rộng) số nguyên lần -Hết -