Vat li 10 lao cai Đề thi, đáp án (đề xuất) trại hè hùng vương

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAO CAI TỔ VẬT LÍ – CÔNG NGHỆ ĐỀ THI ĐỀ NGHỊ TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG NĂM 2014 MÔN: VẬT LÝ Lớp 10 Thời gian 150 phút Câu : (5 điểm) Tĩnh điện- dòng không đổi Ba mặt mặt cầu kim loại đồng tâm có bán kính R, 2R 3R Mặt cầu bán kính 2R tích điện Q Khoan lỗ nhỏ cầu bán kính 2R Dùng dây dẫn xuyên qua lỗ nhỏ nối hai mặt cầu bán kính R 3R cho dây không tiếp xúc với mặt cầu bán kính 2R, sau nối mặt cầu với đất a.Tính điện mặt cầu thứ nhất, mặt cầu thứ hai hiệu điện hai mặt cầu b.Tính điện lượng chuyển qua dây dẫn tổng nhiệt lượng tỏa điện trở dây nối thời gian dài Câu 2: (5 điểm) Định luật bảo toàn Dùng sợi dây mảnh dài L, khối lượng không đáng kể, để treo cầu nhỏ vào đầu trụ gỗ có đế đ ngang hình vẽ Khối lượng cầu m , khối lượng trụ đế M = 4m Cầm cầu ké theo phương ngang thả rơi không vận tốc ban đầu Coi va chạm cầu trụ hoàn toàn k 1.Trong trình cầu rơi, đế gỗ không dịch chuyển Hệ số ma sát bàn đế µ a.Tính vận tốc hệ sau va chạm L O b.Sau va chạm đế gỗ dịch chuyển độ dài bao m xa dừng lại? 2.Trong trình cầu rơi xuống để đế gỗ không dịch chuyển hệ số ma sát nhỏ bao nhiêu? Hệ số ma sát p nghỉ cực đại đế mặt bàn xuất lớn ứng với góc treo sợi dây so với phuơng nằm ngang bao nhiêu? p3 2p 3p p M Câu 3.( điểm) Nhiệt Một khí lí tưởng với số đoạn nhiệt γ thực chu tình gồm hai trình đẳng tích đẳng áp Nhiệt độ tuyệt đối tăng p 1p p1 4p n lần trình đốt nóng đẳng tích dãn nở đẳng áp a Quá trình hệ nhận nhiệt, nhả nhiệt? Tìm nhiệt lượng V nhận nhả V1, V2 V4, V3 p b.Tìm hiệu suất chu trình C Câu 4.( điểm) Tĩnh học Người ta muốn treo AB đồng chất, chiều dài l, khối lượng m (khối tâm G trung điểm) mặt phẳng ABC đứng thẳng vuông góc với tường Δ Đầu A tựa vào tường, đầu B neo dây vào điểm C tường đường A thẳng AC Thanh làm với Δ góc 60 ̣ Giả thiết nằm 600 mặt phẳng ABC Giữa đầu A tường có ma sát với hệ số ma sát k ∆ a Bằng sơ đồ lực, nghiên cứu định tính xem khoảng cách AC = x B tăng lực căng T nguy đầu A bị trượt tăng hay giảm? b.Biết k = 0,6 dây chịu lực căng T max = mg, chứng minh x = l cân Câu 5.( điểm) Phương án thực nghiệm Cho dụng cụ: Một xilanh tiêm y tế có kim tiêm có vạch đo thể tích Một cốc nước Một thước dài 1m Một đồng hồ có kim giây Các giá đỡ cần thiết Hãy lập phương án xác định đường kính kim tiêm Trường THPT Chuyên Lao Cai Tổ Vật lí – công nghệ Câu Câu HDC ĐỀ THI ĐỀ NGHỊ TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG NĂM 2014 MÔN: VẬT LÝ Lớp 10 Thời gian 150 phút CÁCH GIẢI Xét trình hai mặt cầu nối với sợi dây dẫn có điện trở lớn Giả sử thời điểm (khi hệ thống chưa ổn định) điện lượng chuyển qua dây dẫn q (điện lượng chuyển từ mặt cầu mặt cầu ngoài) điện tâm mặt cầu (cũng điện mặt cầu trong) là: V1 =k −q Q q =k +k R 2R 3R ĐIỂM 5điểm 0,25 Vì –q +q + Q = Q nên điện mặt cầu là: V2 = k Q 3R 0,5 Hiệu điện mặt cầu mặt cầu là: U12 = V1 – V2 = Q q Q −4q k − k = k R R R 0,25 Điện tích dịch chuyển U12 = điện tích dịch chuyển qua dây dẫn nối hai mặt cầu trình là: q0 = Q Vì U12 phụ bậc q nên giá trị trung bình U12 là: Q U12 = k 12 R +Nhiệt lượng tỏa trình là: W1= Q Q Q2 k = k 12 R 48 R Xét trình mặt cầu nối đất (hai mặt cầu nối với nhau) Giả sử thời điểm điện lượng chuyển qua dây dẫn xuống đất q’ điện tích hai mặt cầu lúc q1 q2 q1 q Q +k +k R 3R 2R q +q +Q + Điện mặt cầu là: V2' =k (với q1 +q2 = -q’) 3R + Điện tâm mặt cầu là: V1' =k Cân điện xảy V’1 = V’2 = Ta có: q1 = - Q Q q2 = - q’ + 4 0,25 0,5 0,5 0,25 0,25 0,5 0,5 0,25 + Khi nối cầu hai với đất, có dịch chuyển điện tích mặt cầu hai với đất cân điện q’ = Q Vậy điện mặt cầu hai giảm Q nên giá trị trung bình hiệu điện 3R Q mặt cầu với đất là: k 6R Q2 + Nhiệt lượng tỏa dây nối đất là: W2 = k R tuyến tính với q’ từ giá trị k 0,5 0,25 0,5 + Nhiệt lượng tỏa trình: W = W1 + W2 = Q2 k 48 R Câu 2: a, Gọi vận tốc cầu trước sau va chạm v v': v = gL m m+M mv = ( m + M ) v ' ⇒ v ' = gL Sau va chạm tác dụng lực ma sát đế gỗ chuyển động chậm dần đến dừng lại u r Quãng đường đế gỗ dịch chuyển x: T f ms x = − ( m + M ) ur mg v '2 (1) ( θu r T uu r N 0,25 f ms = µ ( m + M ) g (2) Với Từ (1) (2) cho: x = M m L µ(m+M) L 25µ = ur Mg b, Gọi góc phương ngang dây treo θ : mgL sin θ = Từ sơ đồ chịu lực: T − mg sin θ = f − T cos θ = N − T sin θ − Mg = mv L điểm 0,5 uuur 0,25 f ms 0,5 mv (3) 0,25 0,25 (4) (5) (6) 0,25 0,25 đế gỗ không dịch chuyển f ≤ µ N (7) 2M = 3m Từ (3) tới (7) : µmin = f ( θ ) A = f (θ ) = sin 2θ A + 2sin θ ' Tìm cực đại hàm số f ( θ ) f = ⇒ 0,25 ( ) cos 2θ A + 2sin θ − sin 2θ 4sin θ cos θ ( A + 2sin θ ) 2 0,25 =0 0,25 Thay cos 2θ = cos θ − = − 2sin θ ta có: sin θ = A ( A + 1) sin 2θ = f (θ ) = A A 1− = A ( A + 1) ( A + 1) A( A + 2) µ = f max ( θ ) = sin θ = Với A = 3m M + 3mM A ( A + 2) 0,25 0,25 A +1 2M = 3m 0,25 = 0, 283 ⇒ sin θ = 0, 6030 ⇒ θ = 37 05' 22 Lưu ý : học sinh đánh giá bất đẳng thức 0,5 Câu Quá trình đẳng tích – 2: 0,5 P2 T2 = = n > => T2 = nT1 P1 T1 Quá trình đẳng áp -3: p V3 T3 = = n > => T3 = nT2 = n 2T1 V2 T2 p2 p3 2p 0,5 3p Quá trình đẳng tích – 4: P3 T3 P2 = = = n > => T3 = nT4 P4 T4 P1 p1 Từ suy T4 = nT1 Nhiệt lượng hệ nhận trình – 2: m m m m Q12 = Cv ∆T = Cv ( T2 − T1 ) = Cv ( nT1 − T1 ) = CvT1 ( n − 1) µ µ µ µ p4 1p V1, V2 0,25 4p V4, V3 V p 0,25 Nhiệt lượng hệ nhận trình 2-3: Q23 = m m m m m CP ∆T = γ Cv ( T3 − T2 ) = γ Cv ( nT2 − T2 ) = γ Cv n 2T1 − nT1 = γ Cv nT1 ( n − 1) µ µ µ µ µ ( ) 0,5 Nhiệt lượng mà hệ nhận trình 3- 4: Q34 = m m m m Cv ∆T = Cv ( T4 − T3 ) = Cv nT1 − n 2T1 = Cv nT1 ( − n ) < µ µ µ µ ( ) 0,5 Thực chất nhả nhiệt: Q34' = −Q34 = m Cv nT1 ( n − 1) µ 0,25 Nhiệt lượng hệ nhận trình – 1: 0,25 m m m Q41 = C p ∆T = γ Cv ( T1 − T4 ) = γ CvT1 ( − n1 ) < µ µ µ Thực chất hệ nhả nhiệt: Q41' = −Q41 = m γ CvT1 ( n − 1) µ 0,5 Vậy hiệu suất chu trình là: η = 1− Câu ' Q34' + Q41 n +γ = 1− Q12 + Q23 + nγ 0,5 → Coi R phản lực tường Từ điều → kiện cân suy giá lực R , → → → , m phải đồng quy tam giác lực g T R, → → T , m g khép kín (Hình vẽ) a) Khi x tăng góc α giảm, góc β → (hợp phản lực R pháp tuyến A) tăng Biến đổi tam giác lực cho thấy → → lực căng T giảm, phản lực R giảm Vẽ: 0,75 C α x A → R β l 60 • G m ∆ m → T → T →05, R B 0,25 → độ lớn nghiêng nhiều hơn, nguy đầu A trượt ( R nón 0,5 ma sát) tăng b) x = l tam giác ABC cân, góc α = C Vẽ: 300 300; đường trung tuyến AD 300 → 0,5 đường cao nên vuông góc với BC T x (Hình vẽ) → Do đó, ta có : T = mgcos30 = mg < Tmax mg → R = , R làm với pháp tuyến A ∆ m R 0,5 β l 600 • G m → T → R 0,5 B góc β = 30 Nón ma sát A có nửa góc đỉnh : βmax = artan 0,6 = 310 Vậy không trượt Câu 0,5 Khi đẩy pittông xilanh chuyển động nước phun theo phương ngang, giả sử thời gian đẩy τ, vận tốc nước phun v, tiết diện kim tiêm S thể tích nước xi lanh là: V = Svτ (1) 0,25 Khi tia nước phun theo phương ngang độ cao là: gt h= v l = vt (3) Tầm xa là: Trong t thời gian chuyển động hạt nước từ khỏi kim đến chạm đất Từ (2) (3) tính vận tốc v: v=l g 2h 0,25 ( 2) h 0,25 l ( 4) Từ (1) (4), ta tính tiết diện kim tiêm: S= V lτ 2h g 0,25 0,25 (5) Gọi đường kính kim tiêm d tiết diện kim tính: πd S= (6) Từ (5) (6) cho ta công thức để xác định đường kính kim: 4V d= lπτ 2h g (7 ) 0,25 Như để xác định đường kính kim ta cần đo: tầm xa tia nước l, thời gian nước chảy hết khỏi pistôn τ, độ cao xilanh h thể tích V nước đọc theo độ chia xilanh Chú ý tiến hành thí nghiệm: * Thí nghiệm phải tiến hành nhiều lần để tính l cho thời gian τ, sau cần tính sai số tương đối vấi số tuyệt đối đường kính d: 0,5 ∆d  ∆V ∆l ∆τ ∆h    εd = =  + + + ; ∆d = ε d d d 2 V l τ 2h  * Trong lần thí nghiệm nước phải đẩy Người đề : Phạm Văn Điệp Số đt : 0914.815.356