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

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ X TRƯỜNG THPT CHUYÊN HÙNG VƯƠNG TỈNH PHÚ THỌ ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ KHỐI 10 (Đề có trang, gồm câu) ĐỀ THI ĐỀ XUẤT Câu (5 đ): Hai vật nhỏ A B nằm đường thẳng đứng có độ cao chênh lệch l=2m Ném αA đồng thời hai vật lên cao theo phương hợp với phương nằm ngang góc α A = 300 α B = 450 Hai vật chuyển động ngược chiều có vận tốc ban đầu l αB v0A = 4m / s; h v0B = 5m / s Bỏ qua sức cản không khí coi độ cao ban đầu đủ lớn, lấy g=10m/s2 Tính khoảng cách hai vật vận tốc toàn phần chúng vuông góc với Câu (5 đ): Hai nặng có khối lượng m1=10kg m m2=20kg mắc vào hai đầu lò xo có m2 m1 α khối lượng không đáng kể, độ cứng lò xo k=100N/m Quả nặng m2 đặt tựa vào tường thẳng đứng Hệ đặt mặt phẳng nằm ngang Hệ số ma sát mặt phẳng vật μ=0,1 Ban đầu hệ trạng thái cân bằng, lò xo không biến dạng Một viên đạn có khối lượng m=1kg bay với vận tốc v 0=10m/s hợp với phương ngang góc α=300 đến cắm vào vật m1 Giả lực tương tác m m1 lớn so với trọng lực chúng a Xác định vận tốc vật m1 sau va chạm b Xác định độ biến dạng cực đại lò xo? c Trong trình hệ chuyển động vật m2 có dịch chuyển không? p Câu (4 đ): Một khối khí lý tưởng lưỡng nguyên tử thực chu trình diễn tả đồ thị hệ toạ độ (p,V) hình vẽ a Tính hiệu suất chu trình b So sánh hiệu suất chu trình với hiệu suất lí thuyết cực đại chu trình, mà nhiệt 2p0 P0 V V0 3V0 Page of độ đốt nóng nhiệt độ làm lạnh tương ứng với nhiệt độ cực đại nhiệt độ cực tiểu chu trình khảo sát Câu (4đ): Thanh OA nhẹ gắn vào tường nhờ lề O Đầu A có treo vật nặng với trọng lượng P Để giữ cho nằm ngang cân C ta dùng dây treo điểm B lên Biết OB=2AB a Tính lực căng T dây phản lực Q lề theo góc α Xác định lực căng nhỏ phản lực α O nhỏ mà ta nhận thay đổi vị trí A B P điểm treo C b Vì dây treo chịu lực căng tối đa 4P Hãy xác định vị trí dây treo để dây không bị đứt Câu (2đ): Hãy nêu phương án xác định nhiệt dung riêng vật rắn đồng điều kiện có dụng cụ sau: - Nhiệt lượng kế có khối lượng M cách nhiệt hoàn toàn với môi trường bên - Ấm điện với nguồn điện thích hợp - Cốc thủy tinh có vạch chia thể tích, chứa vật rắn cho - Thùng đựng nước, nhiệt kế, que gắp Nhiệt dung riêng co, khối lượng riêng Do nước khối lượng riêng D vật rắn biết trước .HẾT Người đề Phạm Văn Đoàn (SĐT: 0977277930) ĐÁP ÁN Câu (5đ): Sau ném, chuyển động hai vật chuyển động vật ném xiên Trong chuyển động vật tham gia đồng thời hai chuyển động chuyển Page of động thẳng theo phương nằm ngang (do bỏ qua lực cản không khí) chuyển động với gia tốc g theo phương thẳng đứng Chọn hệ quy chiếu gồm hệ trục toạ độ Oxy (Oy có hướng thẳng đứng lên trên; Ox nằm ngang hướng theo chiều chuyển động vật) chọn gốc thời gian thời điểm ném vật………………………(1đ) Khảo sát chuyển động vật theo hai phương Ox Oy  v Ax = v0 A cos α 0A Vật A:  ………………………………………… (0,5đ)  v Ay = v0 A sin α 0A − gt  vBx = v0B cos α 0B Vật B:   vBy = v0B sin α 0B − gt …………………………………… ……(0,5đ) Gọi αA αB góc hợp véc tơ vận tốc toàn phần vật A vật B so với phương nằm ngang v Ay v0 A sin α 0A − gt  tan α = = A  v Ax v A cos α 0A  Ta có:  …………………………………(0,5đ) v v sin α − gt  tan α = By = 0B 0B B  vBx v0B cos α 0B Điều kiện để vận tốc toàn phần hai vật vuông góc với là: α + β = 900 (0,5đ) Khi ta có: tan α A tan α B = ↔ v0 A sin α 0A − gt v 0B sin α 0B − gt =1↔ v0 A cos α 0A v 0B cos α 0B ……… (1đ) ↔ g t − (v A sin α 0A + v 0B sin α 0B )gt − v A v 0B cos(α 0A + α 0B ) = 2  t = 0,2569s Thay số ta thu nghiệm phương trình là:  (0,25đ)  t = −0,2015s < (lo¹i ) Trong khoảng thời gian từ ném hai vật tới véctơ vận tốc toàn phần hai vật vuông góc với khoảng cách hai vật theo phương Ox Oy là: Phương Ox: x AB = (v Ax + v Bx )t = 1,7982m ………………………… (0,25đ) Phương Oy: y AB = h + (v Bx − v Ax )t = 2,0183m ….…………………… (0,25đ) Suy khoảng cách hai vật thời điểm là: r = x 2AB + y 2AB = 2,7032m …………………………………………… (0,25đ) Page of Bài (5đ): a Xét động lượng hệ hai vật m m1 Trước va chạm: p x = mv0 cos α; p y = mv sin α ……………………………….(0,25đ) ' ' Sau va chạm: p x = (m + m1 )v1; p y = …………………………………………(0,25đ) Như trình va chạm động lượng hệ theo phương Oy biến thiên ' lượng: ∆p y = p y − p y = − mv sin α …………………………………………….(0,25đ) Sự biến thiên tạo phản lực Fy tác dụng lên hệ: Fy = ∆p y ∆t =− mv0 sin α ………………………………………………… (0,5đ) ∆t Do có ma sát vật với mặt phẳng nằm ngang nên độ biến thiên động lượng theo phương Ox trình va chạm là: ∆p x = Fms ∆t …………………… (0,25đ) Với: ∆p x = (m + m1 )v1 − mv0 cos α; Fms = µ (m + m1 )g + Fy  ……………(0,5đ) Theo giả thiết lực tương tác Fy lớn so với trọng lực suy ra: Fms = µ (m + m1 )g + Fy  ≈ µFy ………………………………………… (0,25đ) Ta có: ∆p x = Fms ∆t ↔ (m + m1 )v1 − mv cos α = −µmv sin α ↔ v1 = mv0 (cos α − µ sin α) ⇒ v1 = 0,74m / s m + m1 ………………… (0,25đ) b Sau tương tác hệ vật chuyển động chịu tác dụng lực ma sát nên hệ giảm dần độ biến dạng cực đại lò xo độ nén cực đại lò xo sau thời điểm va chạm………………………………………………….(0,5đ) Áp dụng định luật bảo toàn lượng ta có: 1 (m + m1 )v12 = kx + µ(m + m1 )gx ↔ 2 ……………………… (0,5đ)  x = 15,96cm ↔ 50x + 11x − 3,03 = ↔   x = −37,96cm(lo¹i ) Vậy độ biến dạng (nén) cực đại lò xo trình hệ dao động là: xmax=15,96cm Page of c Giả sử sau lò xo bị nén cực đại, vật m m1 dịch chuyển sang trái tới vị trí lò xo biến dạng đoạn x dừng lại Trong trình ta giả sử vật m2 vận đứng yên Áp dụng định luật bảo toàn lượng ta có: kx max = kx + µ(m + m1 )(x max + x) ↔ 2 ……………… … (0,75đ)  x = 13,76cm ↔ 50x + 1,1x − 1,098 = ↔   x = −15,96cm (lo¹i) Như lò xo bị dãn đoạn 13,76cm vật m m1 dừng lại Tại vị trí lực đàn hồi lò xo là: Fdh = kx = 6,88N …………………………………… .(0,25đ) Mặt khác để vật m2 dịch chuyển sang trái điều kiện là: Fdh ≥ Fmsn max = µm 2g = 20N > 6,88N …………………………………… (0,5đ) Suy suốt trình chuyển động m m1 m2 đứng yên Bài (4đ) p a Công mà khối khí thực chu trình là: A = (2p − p )(3V0 − V0 ) = p V0 2p0 P0 (0,5đ) V + Quá trình 12 trình đẳng áp, thể tích giảm nên nhiệt độ giảm → nhiệt lượng mà V0 3V0 hệ nhận là: Q12 = Cp ∆T12 < …………(0,25đ) + Quá trình 23 trình đẳng tích nên khí không sinh công Trong trình thể tích không đổi áp suất tăng →nhiệt độ tăng → hệ nhận nhiệt Nhiệt lượng hệ nhận là: 5 Q 23 = CV ∆T23 = R(T3 − T2 ) = (2p V0 − p 0V0 ) = P0V0 > …………(0,25đ) 2 + Phương trình mô tả trình 31 có dạng: p=aV+b…………………….…(0,25đ) Thay toạ độ trạng thái vào ta được: p0  a = − 2p0 = aV0 + b  2V0 p 5p ↔ ⇒ p = − V + …………… ………(0,5đ)  2V0 p0 = 3aV0 + b b = 5p0  Page of Mặt khác theo phương trình trạng thái ta có: PV = RT ↔ (− p0 5p p 5p V + )V = RT ↔ T = − V + V ………(0,25đ) 2V0 2V0 R 2R Phương trình hệ toạ độ VT đường cong parabol qua gốc toạ độ có cực đại: Tmax = 25 p0 V0 5p t¹i V = 2,5V0 vµ P = ………………… …… (0,25đ) R + Nhiệt lượng trao đổi trình 31 là: Q31 = ∆U 31 + A 31 = 5R 3p0 V0 2p0 V0 ( − ) + (p + 2P0 )(3V0 − V0 ) = 5,5p 0V0 > R R (0,25đ) Vậy toàn nhiệt lượng mà hệ nhận trình 23 31 là: Q = Q 23 + Q31 = 2,5p 0V0 + 5,5p 0V0 = 8p 0V0 ……………………… ……(0,25đ) Suy hiệu suất chu trình là: H = A pV 100% = 0 100% = 12,5% …… (0,25đ) Q 8p0 V0 b Nhiệt độ cực đại cực tiểu lượng khí chu trình biến đổi là: Tmax = 25 p0 V0 pV ; Tmin =T2 = 0 …………………………………….… (0,5đ) R R Suy hiệu suất cực đại chu trình theo tính toán lý thuyết là: H lt = Tmax − Tmin 100% = 68% …………………………………….……(0,25đ) Tmax Suy hiệu suất thực tế chu trình H=18,38%Hlt………………………… (0,25đ) Bài (4đ) C a Chọn hệ toạ độ Oxy nhu hình vẽ α A B O x Page of O y + Điều kiện cân mômen vật với trục quay qua O là: uur uur r 3P M T + M P = ↔ T.OB.sin α = P.OA ↔ T = 2sin α (0,5đ) ur ur ur r + Điều kiện cân lực là: Q + T + P = ………………………… (0,5đ) Theo phương Ox: Q x − T cos α = ↔ Q x = 3P cos α ……………… (0,5đ) 2sin α Theo phương Oy: Q y + P = Tsin α ↔ Q y + P = 3P P ↔ Q y = ∉α …… (0,5đ) 2 + Phản lực Q lề tác dụng lên là: 9P P2 P Q= Q +Q = cotan α + = 9cotan 2α + ……………… (0,5đ) 4 2 x y + Từ biểu thức lực căng T = lực căng T = 3P ta thấy Tmin α = 900 (dây treo thẳng đứng) 2sin α 3P P Cũng vị trí cotan 2α = → Q = Q = 2 (0,5đ) b Theo giả thiết ta có: Tmax = 4P → 3P ≤ 4P ↔ sin α ≥ ↔ 220 ≤ α ≤ 1580 …………… ……(1đ) 2sin α Vậy để dây không bị đứt ta phải chọn điểm treo C cho góc treo α thoả mãn 220 ≤ α ≤ 1580 Câu (2đ): Phương án thí nghiệm Bước 1: Xác định nhiệt dung riêng c nhiệt lượng kế Bước 2: Xác định nhiệt dung riêng cv vật (0,25đ) Cơ sở lý thuyến xác định nhiệt dung riêng nhiệt kế Bước 1: Gọi ts nhiệt độ sôi nước; t0 nhiệt độ môi trường + Cho lượng nước sôi có khối lượng m vào nhiệt lượng kế, trạng thái cân nhiệt thiết lập hệ nước nhiệt lượng kế có nhiệt độ tcb1 Theo định luật bảo toàn lượng ta có: Q nhËn = Q thu ↔ Mc(t cb1 − t ) = m1c nc (t s − t cb1 ) Page of + Cho tiếp lượng nước sôi có khối lượng m2 vào nhiệt lượng kế Khi cân nhiệt thiết lập hệ có nhiệt độ tcb2 Ta có: Mc(t cb2 − t cb1 ) = m 2c nc (t s − t cb2 ) − m1c nc (t cb2 − t cb1 ) + Cho tiếp lượng nước sôi có khối lượng m3 vào nhiệt lượng kế Khi cân nhiệt thiết lập hệ có nhiệt độ tcb3 Ta có: Mc(t cb3 − t cb2 ) = m 3c nc (t s − t cb3 ) − c nc (m1 + m )(t cb3 − t cb2 ) + Làm tương tự vật tới lần thứ n ta có: n −1 Mc(t cb(n ) − t cb(n −1) ) = m3cnc (t s − t cb(n ) ) − c nc ( ∑ mi )(t cb(n ) − t cb(n −1) ) (1) i =1 Với cách làm với lần tiến hành ta xẽ xác định giá trị c0 (0,75đ) Bước 2: Xác định nhiệt dung vật sau biết nhiệt dung riêng c nhiệt lượng kế Xét hệ ban đầu gồm nhiệt lượng kế vật trạng thái cân nhiệt với môi trường + Cho lượng nước sôi có khối lượng m vào nhiệt lượng kế vật, trạng thái cân nhiệt thiết lập hệ nước nhiệt lượng kế có nhiệt độ t1 Theo định luật bảo toàn lượng ta có: mc v (t1 − t ) = m1c nc (t s − t1 ) − Mc(t − t ) + Cho tiếp lượng nước sôi có khối lượng m2 vào nhiệt lượng kế Khi cân nhiệt thiết lập hệ có nhiệt độ t2 Ta có: mc v (t − t1 ) = m 2c nc (t s − t ) − ( Mc + m1c nc ) (t − t1 ) + Cho tiếp lượng nước sôi có khối lượng m3 vào nhiệt lượng kế Khi cân nhiệt thiết lập hệ có nhiệt độ t3 Ta có: mc v (t − t ) = m3c nc (t s − t ) − [ Mc + (m1 + m )c nc ] (t − t ) + Làm tương tự vật tới lần thứ n ta có: n −1   mc v (t n − t n −1 ) = m n c n (t s − t n ) −  Mc + ∑ m ic n  (t n − t n −1 ) i =1   Với cách làm với lần tiến hành ta xẽ xác định giá trị cv (0,75đ) Page of Tiến hành thí nghiệm Bước 1: Xác định nhiệt dung riêng nhiệt lượng kế Dùng ấm điện đung sôi lượng nước đủ dùng cho thí nghiệm - Lấy bình có chia vạch để lấy lượng nước sôi có khối lượng m đổ vào nhiệt lượng kế Khi hệ cân nhiệt ta đo nhiệt độ tính nhiệt dung nhiệt lượng kế theo công thức (1) Lặp lại thí nghiệm với lượng nước m2; m3; … tính nhiệt dung riêng c nhiệt lượng kế tương ứng Sau có giá trị c ta tiến hành sử lý số liệu để có kết nhiệt dung riêng nhiệt lượng kế Bước Xác định nhiệt dung riêng c vật sau đo nhiệt dung riêng nhiệt lượng kế - Sử dụng bình chia vach nước ta xác định thể tích vật từ tính khối lượng m vật - Lấy bình có chia vạch để lấy lượng nước sôi có khối lượng m đổ vào nhiệt lượng kế vật Khi hệ cân nhiệt ta dùng nhiệt kế đo nhiệt độ tính nhiệt dung vật theo công thức (2) Lặp lại thí nghiệm với lượng nước sôi m 2; m3; … tính nhiệt dung riêng c v của vật tương ứng Sau có giá trị cv ta tiến hành sử lý số liệu để có kết nhiệt dung riêng vật (0,25đ) Page of