ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ NĂM 2015 -Vật lý 10 trường chuyên lào Cai

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ KHỐI 10 TRƯỜNG THPT CHUYÊN TỈNH LÀO CAI NĂM 2015 ĐỀ THI ĐÈ XUẤT Thời gian làm bài 180 phút (Đề này có .02 trang, gồm.05 câu) Câu 1: Động học chất điểm Hai thanh kim loại có chiều dài OA = l 1 ; OB = l 2 , liên kết với nhau bằng một khớp nối O, được đặt trên mặt bàn nhẵn nằm ngang. Người ta kéo hai đầu A, B của thanh theo cùng phương AB về hai phía ngược chiều nhau với vận tốc không đổi là 21 , vv . Tìm gia tốc của khớp nối O lúc hai thanh vuông góc? Câu 2 : Động lực học- các định luật bảo toàn Buộc vào hai đầu một sợi dây dài 2l hai quả cầu nhỏ A và B giống nhau có cùng khối lượng m, ở chính giữa sợi dây gắn một quả cầu nhỏ khác khối lượng M. Đặt ba quả cầu đứng yên trên mặt bàn nằm ngang nhẵn, dây được kéo căng.(Hình vẽ 1) Truyền tức thời cho vật M một vận tốc 0 V theo phương vuông góc với dây. Tính lực căng của dây khi hai quả cầu A và B ngay trước khi đập vào nhau. Câu 3. Nhiệt Trong một xilanh cách nhiệt khá dài nằm ngang có nhốt 1 mol khí lí tưởng đơn nguyên tử có khối lượng m nhờ hai pittông cách nhiệt có khối lượng bằng nhau và bằng M có thể chuyển động không ma sát trong xilanh (Hình 4). Lúc đầu hai pittông đứng yên, nhiệt độ của khí trong xilanh là T o . Truyền cho hai pittông các vận tốc 21 , vv cùng chiều (v 1 =3v o , v 2 =v o ). Tìm nhiệt độ cực đại mà khí trong xilanh đạt được, Hình vẽ 1 0 V B A M biết bên ngoài là chân không. Câu 4: Cơ vật rắn Một khung sắt hình tam giác ABC vuông góc, với góc B = 30 0 được đặt thẳng đứng, cạnh huyền nằm ngang. Hai hòn bi nối với nhau bằng thanh cứng, trọng lượng không đáng kể, có thể trượt không ma sát trên hai cạnh góc vuông. Bi I trên cạnh AB có trọng lượng P 1 , bi J trên cạnh AC trọng lượng P 2 . 1. Khi hệ thống đã cân bằng, tính góc α. 2. Cân bằng là bền hay không bền. Xét hai trường hợp: a) P 1 = P 2 . b) P 2 = 3P 1 . Câu 5: Thực nghiệm Xác định hệ số ma sát nhớt Cho các dụng cụ: Một ống hình trụ (kích thước và chiều cao đủ lớn), can lớn đựng đầy dầu nhớt, các viên bi xe đạp nhỏ, thước kẹp (Panme), thước dài, đồng hồ bấm giây, các vòng dây đàn hồi. Biết khối lượng riêng thép là ρ và dầu nhớt là 0 ρ , gia tốc rơi tự do g. Lực cản lên bi được tính bởi biểu thức f C = 6π µ Rv trong đó: µ là hệ số ma sát nhớt, R là bán kính viên bi, v là vận tốc viên bi. Yêu cầu và xây dựng phương án thí nghiệm: -Trình bày cơ sở lý thuyết. -Cách bố trí thí nghiệm. -Cách tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả. Người ra đề: Lại Thị Hương Số ĐT: 0978715292 M M m V 1 F 2 (1) (2) V 2 F 1 ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN VẬT LÝ KHỐI 10 Câu Lời giải Thang điểm 4 điểm Câu 1 Kí hiệu là véc tơ gia tốc toàn phần của khớp nối O Tại thời điểm hai thanh OA, Ob hợp với nhau một góc 90 0 . Ta có + với a 1 và a 2 là các thành phần gia tốc dọc theo các thanh OA và OB. : Không đổi trong mọi HQC quán tính nên ta xét chuyển động của cơ hệ trong HQC chuyển động với vận tốc v 2 sang trái. Trong hệ này đầu B của thanh OB đứng yên còn đầu A của thành OA chuyển động sang phải với vận tốc + (độ lớn v A = v 1 +v 2 ), đồng thời điểm O vạch theo quỹ đạo tròn tâm B, bán kính l 2 và ta vẫn có: + TẠi thời điểm mà hai thanh vuông góc với nhau thì véc tơ vận tốc của khớp nối O nằm dọc theo OA, Vì OA là thanh cứng nên nên hình chiếu vận tốc của đầu A phải bằng độ lớn v, nghĩa là : v = v A cosα = (v 1 + v 2 ). độ lớn gia tốc a 2 = (a 2 là gia tốc hướng tâm B) và a 2 Lập luận tương tự như trên ta tìm được a 1 Véc tơ gia tốc toàn phần của khớp nối O khi đó có độ lớn a = = hợp với thanh OA một góc β sao cho tanβ = 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 2 1 2 1 4 điểm Câu 2: Hệ kín động lượng bảo toàn 0 1 2 MV mv mv M v= + + uur ur ur r → 0 1 2 1 2 0 y y M x x MV mv mv Mv mv mv = + + = + Ta luôn có: 1 2 1 2 ; y y x x v v v v = = − Khi hai quả cầu sắp đập vào nhau: 1 2y y M y v v v v = = = → 0 2 y MV v m M = + v Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng: 2 2 2 2 0 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 y x y MV mv mv Mv = + + ( x v độ lớn vận tốc của hai quả cầu A,B lúc chúng sắp đập vào nhau) 2 2 0 2 x mMV mv m M → = + Gia tốc của quả cầu M: 2T a M = Trong hệ quy chiếu gắn với M hai quả cầu m chuyển động tròn áp dụng định luật 2 Niutơn, chiếu xuống phương Oy: 2 x q v T F m l + = 2 0 2 (2 ) mMV T T m M l m M → + = + Lực căng của dây khi đó: 2 2 0 2 (2 ) mM V T l m M = + 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 4 điểm Câu 3 - Đối với pittông (1): lực tác dụng vào pittông theo phương ngang là lực 2 y v 2 y v 2 y v 2 y v 2 y v 1y v T ur T ur T ur 1y v 1x v T ur 2 y v 2x v O x y đẩy F 1 ngược chiều v 1 nên pittông (1) chuyển động chậm dần đều. - Đối với pittông (2): tương tự, lực đẩy F 2 cùng chiều v 2 nên pittông (2) chuyển động nhanh dần đều. - Trong quá trình hai pittông chuyển động, khối khí nhốt trong xi lanh chuyển động theo. - Chọn hệ quy chiếu gắn với pittông (2), vận tốc của pittông (1) đối với pittông (2) là: 2112 vvv −= → pittông (1) chuyển động về phía pittông (2) chậm dần rồi dừng lại lúc t o , sau đó t>t o thì pittông (1) chuyển động xa dần với pittông (2) và khí lại giãn nở. - Gọi G là khối tâm của khối khí trong xi lanh lúc t<t o : khí bị nén, G chuyển động về phía pittông (2). - Lúc t>t o : khí bị giãn, G chuyển động ra xa dần pittông (2). Vậy ở nhiệt độ t o thì v G =0 → cả hai pittông cùng khối khí chuyển động cùng vận tốc v. - Định luật bảo toàn động lượng ta có: M3v o +Mv o =(2M+m)v→ v=4Mv o /(2M+m). - Động năng của hệ lúc đầu: W đ1 = 22 2 2 1 5)( 2 1 o MvvvM =+ . - Động năng của hệ lúc ở t o là: W đ2 = 2 )2( 2 1 vmM + . → Độ biến thiên động năng: ∆W=W đ2 -W đ1 = mM mMMv o + + 2 )52( 2 . - Nội năng của khí: )( 2 3 2 3 2 3 2 max o TTnRTnRUnRTnRT i U −=∆=∆→== . - Vì ∆U=∆W nên mM mMMv R TT o o + + += 2 )52( 3 2 2 max (do n=1) 0,25 0,25 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 M M m V 1 F 2 (1) (2) V 2 F 1 5 điểm Câu 4 1. Khi hệ thống cân bằng: - Chọn mốc thế năng là mặt phẳng ngang qua A. Đặt IJ l = , thế năng của hệ là: 1 2 os sin30 sin os30 o o U Plc P l c α α = − − 1 2 3 cos sin 2 2 Pl P l U α α ↔ =− − - Đạo hàm U theo α ta có: 1 2 sin 3 os 2 dU l P P c d α α α   = −   2 1 2 2 os 3 sin 2 d U l Pc P d α α α   = +   - Khi thanh cân bằng thì 2 1 3 0 tan PdU d P α α = ↔ = (*) 2. Khảo sát sự cân bằng: - Khi P 1 =P 2 , thay vào (*) ta được: tan 3 60 o α α = → = 2 2 60 0 o d U d α α = → > nên cân bằng bền. - Khi P 2 =3P 1 , thay vào (*) ta được: tan 3 3 79 o α α = → = 2 2 79 0 o d U d α α = → > nên cân bằng bền. 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 0,75 0,75 3 điểm Câu 5. 1. Cơ sở lí thuyết. +áp dụng định luật II Niutơn ta có phương trình chuyển động của viên bi: ma = Vg(ρ - ρ o ) - 6π 1y v Rv +Khi v đạt giá trị đủ lớn thì: Vg (ρ - ρ o ) - 6π 1y v Rv ≈ 0. Bi chuyển động đều . +Suy ra: µ = 2 0 0 ( ) ( ) 2 6 9 Vg R g Rv v ρ ρ ρ ρ π − − = (*) +Nếu dùng phép tính chi tiết ta có kết quả rõ ràng hơn: m dt dv = Vg(ρ - ρ o ) - 6π 1y v Rv. ⇔ 0 0 0 ( ( ) 6 Rv) 1 . ( ) 6 Rv 6 R ( ) 6 Rv d Vg dv dt dt Vg m Vg m ρ ρ πµ ρ ρ πµ πµ ρ ρ πµ − − = ⇒ = − − − − ⇔ v = 6 0 ( ) (1 ) 6 R t m Vg e R πµ ρ ρ πµ − − − 0, 5 0,5 Vạch số 1 Vạch số 2 30 0 A B C m 1 m 2 I J α +Khi t đủ lớn thì e - α t → 0 ⇒ v = 2 0 0 ( ) ( ) 2 6 9 Vg R g R ρ ρ ρ ρ πµ µ − − = ⇔ µ = 2 0 0 ( ) ( ) 2 6 9 Vg R g Rv v ρ ρ ρ ρ π − − = . 2. Bố trí thí nghiệm – cách tiến hành: + Dựng ống thẳng đứng. +Đổ dầu nhớt vào gần đầy ống. +Dùng 2 vòng dây lồng vào phần trên và phần dưới ống. + Bước 1: Dùng thước kẹp đo đường kính viên bi một số lần, suy ra giỏ trị trung bỡnh bán kính viên bi. Ghi lại kết quả đo. + Bước 2: - Thả thử 1 viên bi để xác định tương đối vị trí nó bắt đầu chuyển động đều, vòng dây vị trí đó (vạch số 1). Vạch gần đáy (cách khoảng 7 - 10cm), vạch số 2. Đo khoảng cách D 1 D 2 = l, ghi lại kết quả. + Bấm đồng hồ khi bi đi từ vạch số 1 tới vach số 2, ta đo được khoảng thời gian chuyển động của bi là t, ghi lại kết quả. +Thay đổi vị trí D 1 xuống gần D 2 hơn, thả bi, đo lại l và t như trê +Thay đổi D 1 một số lần nữa và tiến hành như trước. +Sau mỗi lần đo ta ghi tất cả các kết quả tương ứng vào giấy. 3. Xử lý số liệu. +Ta thay các giá trị R, l, t tương ứng mỗi lần đo vào công thức (*). 4. Đánh giá sai số và nhận xét. +Sau mỗi lần thay đổi l, t ta lại tìm được một giá trị 1y v . +Tính µ và sai số ∆ 1y v . +Kết luận hệ số ma sát nhớt là : 1y v = µ + ∆ 1y v . +Sai số do : Đo kích thước bi và xác định vị trí vạch số 1 chưa chính xác, bấm đồng hồ đo thời gian không kịp thời 0,5 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5 . HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ KHỐI 10 TRƯỜNG THPT CHUYÊN TỈNH LÀO CAI NĂM 2015 ĐỀ THI ĐÈ XUẤT Thời gian làm bài 180 phút (Đề này có .02. vận tốc viên bi. Yêu cầu và xây dựng phương án thí nghiệm: -Trình bày cơ sở lý thuyết. -Cách bố trí thí nghiệm. -Cách tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả. Người ra đề: Lại Thị Hương Số ĐT:. thả bi, đo lại l và t như trê +Thay đổi D 1 một số lần nữa và tiến hành như trước. +Sau mỗi lần đo ta ghi tất cả các kết quả tương ứng vào giấy. 3. Xử lý số liệu. +Ta thay các giá trị R, l,