Đề+ĐA thi HSG Vât lý 9 (Nga Son) V2

PHÒNG GD&ĐT ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 CẤP HUYỆN HUYỆN NGA SƠN NĂM HỌC 2010 - 2011 Môn thi: Vật lý - Vòng 2 ( Thời gian làm bài 150 phút ) Câu 1:(4,5 ñiểm) Một khối gỗ hình hộp chữ nhật có tiết diện ñáy S=150 cm 2 , cao h = 30 cm ñược thả nổi trong một bể nước sao cho khối gỗ thẳng ñứng. Biết trọng lượng riêng của gỗ ng dd 3 2 = (Với n d là trọng lượng riêng của nước=10000 N/m 3 ). Tính công của lực ñể nhấn chìm khối gỗ xuống ñáy bể. Biết mực nước của bể H=0,8 m. Bỏ qua sự thay ñổi mực nước của bể. Câu 2:(4,0 ñiểm) Dùng một ca múc nước ở thùng chứa nước A có nhiệt ñộ t A = 20 0 C và ở thùng chứa nước B có nhiệt ñộ t B = 80 0 C rồi ñổ vào thùng chứa nước C. Biết rằng trước khi ñổ, thùng C ñã có sẵn một lượng nước có nhiệt ñộ t C = 40 0 C và bằng tổng số các ca nước của hai thùng A và B ñã ñổ thêm vào nó. Tính số ca nước của mỗi thùng A và B ñể có nhiệt ñộ nước ở thùng C là 50 0 C. Bỏ qua sự trao ñổi nhiệt với môi trường, với bình nước và ca múc nước. Câu 3: (3,0 ñiểm) Có hai loại ñiện trở gồm R 1 =20Ω và R 2 =30Ω. Người ta dùng một số ñiện trở ñể mắc thành một mạch ñiện, trong mỗi mạch ñiện ñó ñều sử dụng cả hai loại ñiện trở. Hỏi: a) Phải dùng mỗi loại bao nhiêu ñiện trở ñể mắc nối tiếp thành một mạch ñiện có ñiện trở toàn mạch R = 200Ω. b) Phải dùng mỗi loại bao nhiêu ñiện trở ñể mắc song song thành một mạch ñiện có ñiện trở toàn mạch R = 5Ω. Câu 4: (4,0 ñiểm) Cho mạch ñiện như hình vẽ. Hiệu ñiện thế ñặt vào mạch ñiện U=6V không ñổi. R 1 =2Ω. R 2 =3Ω, biến trở R x có ghi 12Ω, ñèn Đ ghi 3V-3W. Coi ñiện trở của ñèn không ñổi và không phụ thuộc nhiệt ñộ. Điện trở của dây nối không ñáng kể. a, Biết giá trị biến trở R x ñang ở vị trí 2Ω. Tính công suất của ñèn Đ. b, Xác ñịnh giá trị của ñiện trở R x ñể ñèn Đ sáng bình thường. Câu 5: (4,5 ñiểm) Hai gương phẳng G 1 , G 2 có mặt phản xạ quay vào nhau và hợp với nhau một góc nhọn α như hình 1. Chiếu tới gương G 1 một tia sáng SI hợp với mặt gương G 1 một góc β. a) Vẽ tất cả các tia sáng phản xạ lần lượt trên hai gương trong trường hợp α=45 0 , β=30 0 . b) Tìm ñiều kiện ñể tia sáng SI sau khi phản xạ hai lần trên G 1 lại quay về theo ñường cũ. Hết G 1 α G 2 β S I O U C R x R 2 R 1 Đ D 1 PHÒNG GD&ĐT HƯỚNG DẪN CHẤM THI HỌC SINH GIỎI LỚP 9 HUYỆN NGA SƠN NĂM HỌC 2010 - 2011 Môn thi: Vật lý (Vòng 2) Câu Nội dung – Yêu cầu Điểm Khi khối gỗ nổi trong nước, trọng lượng P của khối gỗ cân bằng với lực ñẩy Acsimet (F A ). 0,5 Gọi x là phần khối gỗ chìm trong nước ta có P=F A , hay: => d g .S.h = d n .S.x (1) => x = hh n d g d 3 2 . = => x = 20 (cm) 0,5 Khi khối gỗ ñược nhấn chìm thêm một ñoạn y, lực ñẩy Acsimet tăng lên và bằng lực tác dụng F: F = F A -P => F =d n .S.(x+y) – d g .S.h F = d n .S.x + d n .S.y – d g .S.h (2) Từ (1) và (2) suy ra : F = d n .S.y 0,50 0,50 0,50 Khi khối gỗ chìm hoàn toàn, lực tác dụng lúc này là: F = d n .S.(h-x) = 10000.150.10 -4 (30-20)10 -2 ; => F = 15 (N) 0,50 Từ khi khối gỗ nổi ñến khi chìm xuống sao cho mặt trên của khối gỗ ngang với mặt thoáng của nước, lực tác dụng tăng dần từ 0 ñến 15N và công thức hiện trong giai ñoạn này là: A 1 = 2 10).2030.(15. 2 1 ).( 2 1 − −=− xhF = 0,75 (J) 0,50 Trong giai ñoạn tiếp theo lực tác dụng không ñổi và bằng F=15N, ñến khi khối gỗ chạm ñáy bể nó ñã ñi ñược quãng ñường s = H-h = 50 (cm) = 50.10 -2 (m). Do ñó công của giai ñoạn này là: F 2 = F.s = 15.50.10 -2 =7,5 (J) 0,50 Câu 1 (4,5 ñiểm) Vậy tổng cộng công của lực dùng ñể nhấn khối gỗ xuống ñáy bể là: A = A 1 + A 2 = 0,75 + 7,5 = 8,25 (J) 0,5 Gọi : c là nhiệt dung riêng của nước ; m là khối lượng nước chứa trong một ca ; n 1 và n 2 lần lượt là số ca nước múc ở thùng A và thùng B ; (n 1 + n 2 ) là số ca nước có sẵn trong thùng C. 0,25 0,5 0,5 - Nhiệt lượng do n 1 ca nước ở thùng A khi ñổ vào thùng C ñã hấp thụ là : Q 1 = n 1 .m.c(50 – 20) = 30cmn 1 0,50 Câu 2 (4,0 ñiểm) - Nhiệt lượng do n 2 ca nước ở thùng B khi ñổ vào thùng C ñã toả ra là : Q 2 = n 2 .m.c(80 – 50) = 30cmn 2 0,50 H x h-x P F A 2 - Nhiệt lượng do (n 1 + n 2 ) ca nước ở thùng C ñã hấp thụ là : Q 3 = (n 1 + n 2 )m.c(50 – 40) = 10cm(n 1 + n 2 ) 0,50 - Phương trình cân bằng nhiệt : Q 1 + Q 3 = Q 2 ⇒ 30cmn 1 + 10cm(n 1 + n 2 ) = 30cmn 2 ⇒ 2n 1 = n 2 0,25 0,50 Vậy, khi múc n ca nước ở thùng A thì phải múc 2n ca nước ở thùng B và số nước ñã có sẵn trong thùng C trước khi ñổ thêm là 3n ca. 0,50 Gọi x là số ñiện trở R 1 =20Ω và y là số ñiện trở R 2 =30Ω (Điều kiện: x, y ≠ 0) a) Theo bài ra ta có: 20x + 30y = 200 => 10 2 3 =+ yx (1) 0,25 Đặt y = 2t => (1) <=> x = 10-3t x, y nguyên dương , x ≥ 0 => t < 4 => t ứng với một trong bốn giá trị: 0,5 + Với t = 0 => x = 10; y = 0 (loại) + Với t = 1 => x = 7 ; y = 2 + Với t = 2 => x = 4; y = 4 + Với t = 3 => x = 1 ; y = 6 0,5 Vậy có 3 phương án sử dụng cả hai loại ñiện trở ñã cho ñể mắc nối tiếp thành một mạch ñiện thoả mãn yêu cầu của bài: - hoặc dùng 7 ñiện trở R 1 mắc nối tiếp với 2 ñiện trở R 2 ; - hoặc dùng 4 ñiện trở R 1 mắc nối tiếp với 4 ñiện trở R 2 ; - hoặc dùng 1 ñiện trở R 1 mắc nối tiếp với 6 ñiện trở R 2 ; 0,25 b) Xét trong mạch ñiện gồm x ñiện trở loại R 1 mắc song song và y ñiện trở loại R 2 mắc song song với nhau. Ta có Ry x RR 111 += (*) ; với : 0,25 R x là ñiện trở tương ñương của n ñiện trở loại R 1 mắc song song, => R x = x R 1 ; R y là ñiện trở tương ñương của y ñiện trở loại R 2 mắc song song, => R y = y R 2 0,5 Từ ñó ta có 21 1 R y R x R += Theo bài ra: 30 20 5 1 yx += <=> 4 3 2 =+ yx 0,5 Câu 3 (3 ñiểm) Giải tương tự câu a): Đặt y = 3t, ta có 3 giá trị tương ứng của t: t=0, t=1, t=2 chỉ có một giá trị x = 2 ; y = 3 thoả mãn ñầu bài. Vậy dùng 2 ñiện trở R 1 và 3 ñiện trở R 2 ñể mắc song song thành một mạch ñiện có ñiện trở toàn mạch R = 5Ω. 0,25 3 Câu 4 (4 ñiểm) a) Ta có ñiện trở ñèn R D = )(9 3 3 22 Ω== P U Điện trở mạch chính: R C = R 1 + btD btD RRR RRR ++ + 2 2 ).( thay số ta có R C = )( 8 31 Ω Cường ñộ dòng ñiện mạch chính (và qua R 1 ) I C = I 1 = )( 31 48 8 31 6 A R U C == => U 1 = I 1 .R 1 = 18 41 .2 = 31 96 (V) Hiệu ñiện thế qua ñèn: U D = U C -U 1 = 6 - 31 96 = 31 90 (V) Cường ñộ dòng ñiện qua CD (qua biến trở và R 2 ) I CD = )( 31 18 5: 31 90 A R U CD CD == => Cường ñộ dòng ñiện qua ñèn: I D = 31 48 - 31 18 = 31 30 (A) => Công suất của ñèn P D = U D . I D = 31 90 . 31 30 ≈ 2,8 (W) b) Để ñèn hoạt ñộng bình thường thì U D = 3V => Cường ñộ dòng ñiện qua ñèn I D = )(1 A U P = . Do U 1 =3V => I C = )(5,1 2 3 A R U == => Cường ñộ dòng ñiện qua biến trở: I CD = I C -I D = 0,5 (A) => Điện trở ñoạn CD ( qua biến trở) R CD = )(6 5,0 3 Ω== I U =R 2 +R x Suy ra ñiện trở biến trở R x = R CD - R 2 = 3 Ω 0,5ñ 0,5ñ 0,5ñ 0,5ñ 0,5ñ 0,5ñ 0,5ñ 0,25ñ 0,25ñ U C R x R 2 R 1 Đ D 4 Câu 5 ( 4,5 ñiểm) Hình vẽ ñúng, Gọi I, K, M, N lần lượt là các ñiểm tới trên các gương, Vẽ ñúng các tia tới, tia phản xạ ở mỗi ñiểm I, K, M, N cho 0,25 ñiểm. Dựa vào tính chất các góc của tam giác, tính chất tia phản xạ ta tính ñược các góc: ∠OIK= β = 30 0 ; ∠IKO= 180 0 -(α+β) = 105 0 ; ∠IKM =30 0 ; ∠KMI=120 0 ; ∠KMN =60 0 ; Xét ∆MON ta có ∠MNO =ϕ = 180 0 -(∠MON+∠OMK+∠KMN) = 180 0 - (45 0 +60 0 +60 0 ) = 15 0 Suy ra NS’ không thể tiếp tục cắt G1 Vậy tia sáng chỉ phản xạ hai lần trên mỗi gương Vẽ hình ñúng 0,5ñ 0,5ñ 0,5ñ 0,5ñ Tia sáng SI sau khi phản xạ trên gương G1 thì chiếu tới G2 theo ñường IN và phản xạ tới G1 theo ñường NK Để tia sáng phản xạ trở lại theo ñường cũ thì NK phải vuông góc với G1, Gọi NM là pháp tuyến của G2 tại N (M ∈G1) Xét tam giác vuông OMN (vuông tại N)có ∠OMN=90 o - α (*) Xét tam giác MNI có: ∠OMN=∠MNI+∠MIN mà ∠MIN = β và ∠MNI= 1/2∠KNI=∠KNM= 2 90 β − o (Tam giác IKN vuông tại K) Suy ra: 90 o - α =β+ 2 90 β − o ⇔ β=90 0 -2α Vậy ñể có hiện tượng trên thì ñiều kiện là: α <45 0 và ⇔β=90 0 -2α Vẽ hình 0,5 ñ 0,5ñ 0,5ñ 0,5ñ Chú ý: Nếu học sinh có cách giải khác nhưng kết quả ñúng vẫn cho ñiểm tối ña. O α G 1 G 2 β S I M K N ϕ S’ N α G 1 G 2 β S I M K O . N)có ∠OMN =90 o - α (*) Xét tam giác MNI có: ∠OMN=∠MNI+∠MIN mà ∠MIN = β và ∠MNI= 1/2∠KNI=∠KNM= 2 90 β − o (Tam giác IKN vuông tại K) Suy ra: 90 o - α =β+ 2 90 β − o ⇔ β =90 0 -2α Vậy. R 2 R 1 Đ D 1 PHÒNG GD&ĐT HƯỚNG DẪN CHẤM THI HỌC SINH GIỎI LỚP 9 HUYỆN NGA SƠN NĂM HỌC 2010 - 2011 Môn thi: Vật lý (Vòng 2) Câu Nội dung – Yêu cầu Điểm Khi khối gỗ nổi. I 1 .R 1 = 18 41 .2 = 31 96 (V) Hiệu ñiện thế qua ñèn: U D = U C -U 1 = 6 - 31 96 = 31 90 (V) Cường ñộ dòng ñiện qua CD (qua biến trở và R 2 ) I CD = )( 31 18 5: 31 90 A R U CD CD == =>