Xác định công suất định mức của mỗi đèn.. Hỏi nếu mắc thêm một tủ sấy giống như tủ sấy trước và mắc song song với tủ đó thì các tủ sấy sẽ nóng tới nhiệt độ ổn định t2 là bao nhiêu.. Coi
Trang 1PHÒNG GD&ĐT TP HẢI DƯƠNG ĐỀ CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 - VÒNG 2
NĂM HỌC 2016- 2017 MÔN VẬT LÝ Thời gian làm bài: 150 phút
Đề gồm có 06 câu 02 trang
Câu 1 (2,0 điểm) Cho hai vật rắn đặc A, B hình lập phương có cạnh a = 20cm, có khối
lượng lần lượt là m1 = 12kg và m2 = 6,4kg được nối với nhau bằng một sợi dây mảnh không giãn ở tâm mỗi vật Thả hai vật vào bể đựng nước có độ sâu đủ lớn, nước có khối lượng riêng D0= 1000kg/m3
a Mô tả trạng thái của hệ hai vật.
b Tìm lực căng của dây nối.
c Lực căng lớn nhất mà sợi dây chịu được là 70N Kéo từ từ hệ vật lên trên theo phương
thẳng đứng với lực kéo đặt vào tâm vật ở trên Dây bị đứt khi nào?
Câu 2 (2,0 điểm) Cho hai bình nhiệt lượng kế có vỏ cách nhiệt, mỗi bình này chứa một
lượng chất lỏng khác nhau ở nhiệt độ ban đầu khác nhau Người ta dùng một nhiệt kế lần lượt nhúng vào bình 1 rồi vào bình 2 sau đó lặp lại (chờ đến khi cân bằng nhiệt mới rút nhiệt kế ra) khi đó số chỉ của nhiệt kế tương ứng với các lần trên là 800C, 160C, 780C,
190C Coi như bỏ qua sự tỏa nhiệt ra môi trường
a Số chỉ của nhiệt kế lần nhúng thứ 5 là bao nhiêu?
b Sau một số rất lớn lần nhúng nhiệt kế theo trật tự như trên thì nhiệt kế chỉ bao nhiêu? Câu 3 (2,0 điểm).
Cho mạch điện như hình vẽ (hình 1)
Biết r = 3Ω, R2 là một biến trở
a Điều chỉnh biến trở R2 để cho công suất trên nó là lớn
nhất, khi đó công suất trên R2 bằng 3 lần công suất trên
R1 Tìm R1?
b Thay R2 bằng một bóng đèn thì đèn sáng bình thường,
khi đó công suất trên đoạn mạch AB là lớn nhất Tính
Hình 1
+ U
-r
R2
R1
ĐỀ CHÍNH THỨC
Trang 2công suất và hiệu điện thế định mức của đèn? Biết U =
12V
Câu 4 (1,5 điểm).
Có 3 đèn Đ1, Đ2 và Đ3 mắc vào nguồn
hiệu điện thế U = 15V không đổi qua
điện trở r như 2 sơ đồ bên (hình 2a và
hình 2b) Biết đèn Đ1và Đ2 giống nhau,
trong cả 2 sơ đồ cả 3 đèn đều sáng
bình thường
a Tìm hiệu điện thế định mức đối với
mỗi đèn
b.Với sơ đồ hình 2a, công suất nguồn cung cấp là P = 15W Xác định công suất định mức
của mỗi đèn
c Xác định hiệu suất của các cách mắc các bóng đèn Chọn cách mắc ở sơ đồ nào có lợi
hơn? Tại sao?
Xem rằng điện năng tiêu thụ trên các bóng đèn là có ích, còn điện năng tiêu thụ trên điện trở r là vô ích Bỏ qua điện trở của các dây nối
Câu 5 (1,0 điểm).
Một điện trở R0 = 10Ω mắc nối tiếp với một tủ sấy điện có điện trở R = 20Ω rồi mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi Sau một thời gian nhiệt độ của tủ sấy nóng tới nhiệt độ ổn định t1 = 520C Hỏi nếu mắc thêm một tủ sấy giống như tủ sấy trước và mắc song song với tủ đó thì các tủ sấy sẽ nóng tới nhiệt độ ổn định t2 là bao nhiêu? Coi công suất tỏa nhiệt từ tủ sấy ra môi trường tỉ lệ thuận với độ chênh lệch giữa nhiệt độ của tủ và môi trường Nhiệt độ của phòng là t0= 200C
Câu 6 (1,5 điểm).
Cho các dụng cụ sau: Cốc, cân và bộ quả cân, nước đã biết khối lượng riêng, chất lỏng cần xác định khối lượng riêng Hãy trình bày cách xác định khối lượng riêng của chất lỏng trên (Biết các chất không phản ứng với nhau)
Đ3
Đ2
Đ2
Đ3
Trang 3PHÒNG GD&ĐT TP HẢI DƯƠNG HƯỚNG DẪN CHẤM
ĐỀ CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 - VÒNG 2
NĂM HỌC 2016 - 2017 MÔN: VẬT LÝ
Thời gian làm bài: 150 phút.
1 a Khối lượng riêng của hệ vật:
) / ( 1150 )
2 , 0 (
2
4 , 6
12 2
3 3
2
V
m m
D V
Vì DV> D0 nên hệ vật chìm hoàn toàn
trong nước
Vì m1> m2 nên khi thả hệ hai vật vào
nước thì vật A chạm đáy và vật B ở trên
(hình vẽ)
b Xét vật B: Tác dụng lên vật B có: Trọng
lực P2, lực căng của dây T, lực đẩy
Acsimet F A2
Vì vật B cân bằng ta có:
P2+ T = FA2
=> T = FA2- P2
=> T = 10.D0.a3– 10.m2
= 10.1000.(0,2)3– 10.6,4 = 16(N)
0,25
0,25
0,25
0,25
c Khi kéo hệ vật lên:
Xét khi vật B ra khỏi nước, vật A rời khỏi đáy bình nhưng vẫn chìm hoàn
toàn trong nước:
Xét vật A, ta có: P1= FA1+ T
Lực căng dây T = P1- FA1 = 10m1 - 10D0a3 = 10.12 – 10.1000.( 0,2)3= 40N 0,25
ĐỀ CHÍNH THỨC
Trang 4Vì T < Tmaxnên dây chưa bị đứt
Xét khi vật A ra khỏi nước, ta có:
Lực căng của dây T = P1= 10.12 = 120N
Vì T > Tmaxnên dây bị đứt
Vậy dây bắt đầu bị đứt khi vật A còn chìm một phần trong nước Gọi chiều
cao vật A chìm trong nước là x (0 < x < a)
Xét vật A lúc đó, ta có: FA1’= P1- Tmax= 120 – 70 = 50N
=> 10.D0.a2.x = 50
cm m
x 0 , 125 ( ) 12 , 5
) 2 , 0 (
1000
.
10
50
Vậy dây bắt đầu bị đứt khi vật A còn chìm trong nước là 12,5cm
* HS không biểu diễn lực trừ 0,125đ
0,25
0,25
0,25
2 + Gọi nhiệt dung của bình 1, bình 2 và nhiệt kế lần lượt là q1, q2 và q(J/K)
Sau lần nhúng thứ hai nhiệt độ của bình 1 là t1= 800C, bình 2 và nhiệt kế là
t2= 160C
+ Sau lần nhúng thứ ba vào bình 1, nhiệt độ là t3= 780C, phương trình cân
bằng nhiệt là: q1(t1– t3) = q(t3– t2)
=> q1(80 – 78) = q(78 – 16) => q1= 31q
+ Sau lần nhúng thứ tư vào bình 2, nhiệt độ là t4= 190C, phương trình cân
bằng nhiệt là: q1(t4– t2) = q(t3– t4)
=> q2(19 – 16) = q(78 – 19) => q2=
3
59q + Sau lần nhúng thứ năm vào bình 1, nhiệt độ là t, phương trình cân bằng
nhiệt là: q1(t3– t) = q(t – t4)
=> q1(78 – t) = q(t – 19) => 31q(78 – t) = q(t – 19)
=> t 76,20C
b Sau một số lớn lần nhúng nhiệt kế ta coi như bài toán đổ hai chất lỏng
vào nhau rồi thả nhiệt kế vào đó
Khi đó phương trình cân bằng nhiệt là: q1(80 – t’) = (q2+ q)(t’– 16)
0,25 0,25
0,25
0,25 0,25 0,25 0,25
Trang 5=> 31q(80 – t’) =
3
59 (t’– 16)
=> t’ = 54,40C
0,25
3 a Điện trở toàn mạch: R = r + RAB= r + 1 2
1 2
.
R R
R R 2 1 1 2 1
R r R r R
R R
- Dòng điện mạch chính: I = 1 2
U R R
U
R R r R r R
- Từ hình vẽ ta có: U2= UAB= I.RAB= 1 2
2 ( 1 ) 1
UR R
R r R r R
- Công suất trên R2: P2= 22
2
U
R =
2 2
1 2
2
.
U R R
R r R rR
Vận dụng bất đẳng thức côsi ta có:
P2=
2 2
1 2
2
.
U R R
R r R rR
U R R U R
R r R rR r r R
Vậy P2MAX= 2 1
1
.
U R
r r R Khi R2(r + R1) = rR1 => R2= 1
1
rR
r R (1)
Mặt khác theo bài ra ta có: 1
2
P
P =1
3 => 2
1
AB
U
R 2
2
AB
R
U = 1
3
=> 2
1
R
R = 1
3 => R1= 3R2 (2)
Từ (1) và (2) Giải ra ta có: R2= 2; R1= 6
b Thay R2bằng đèn Từ hình vẽ ta có:
- Cường độ dòng điện mạch chính I =
AB
U
r R
- Công suất trên AB: PAB= I2.RAB=> PAB= 2. 2
( AB AB)
U R
r R
4 AB AB 4
U R U
r R r =>
PABMAX= 2
4
U
r Khi r = RAB= 3
0,25
0,25
0,25
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
Trang 6Mặt khác RAB= 1 d
1
.
d
R R
R R = 3 => 6
6 d d
R R
=3 => Rđ= 6
Do Rđ= R1=> Pđ= P1=
2AB
P = 2
8
U
r = 6W Mặt khác vì RAB= r => Uđ= UAB=
2
U = 6V
4 a Vì 3 bóng đèn sáng bình thường: I3= 2I1, U3= 2U1
Xét hình 2a có:
U = I3.r + U3+ U1= 2I1.r + 3U1 (1)
Xét hình 2b có:
U = (I3+ I1).r +2U1 = 3I1.r + 2U1 (2)
Từ (1) và (2):
2I1.r + 3U1= 3I1.r + 2U1
=> I1.r = U1= I1.RĐ1=> RĐ1= RĐ2= r
Thay vào (1) có U = 5U1=> UĐ1= UĐ2= 3 (V), U3= 2.U1= 2.3 = 6(V)
Vậy hiệu điện thế của Đ1, Đ2, Đ3lần lượt là: 3V; 3V; 6V
0,25
0,25
b) Theo sơ đồ hình 2a, ta có công suất tiêu thụ của toàn mạch điện là:
P 2a= U.I3= 2U.I1 → I1= P 2 0,5
2U a A → I3= 2I1= 1A Công suất định mức của mỗi bóng đèn là
P1= P2= U1I1 = 3.0,5 = 1,5 W
P3= U3I3= 6.1 = 6W
0,25 0,25
c) Hiệu suất trong hai cách mắc trên là:
a
H
2
1 3
b b
M
H
P U I I
Vậy mắc các bóng đèn như sơ đồ hình 2a có lợi hơn cách mắc bóng đèn như
sơ đồ hình 2b
0,25
0,25
Trang 75 Khi tủ sấy nóng tới nhiệt độ ổn định thì công suất tỏa nhiệt của dòng điện ở
tủ sấy bằng công suất tỏa nhiệt từ tủ sấy ra môi trường xung quanh
Lúc đầu mạch điện chỉ có điện trở R0mắc nối tiếp với một tủ sấy có điện trở
R, cường độ dòng điện chạy qua tủ sấy là : I1=
R R
U
0
Ta có: I12.R = k(t1– t0)
0
2
)
R
U
= k(t1– t0)
=> 2.2 .32
90
Khi mắc thêm một tủ sấy nữa song song với tủ trước, cường độ dòng điện
chạy qua mỗi tủ sấy là: I2=
) 2 (
U
Ta có: I22.R = k(t2– t0)
=>
2 0
2
) 2 (
R U
= k(t2– t0)
=> 2.2 .(2 20)
160
U k t (2)
Từ (1) và (2) ta được:
2
9 t 20
Thay số được: t2 = 380C
Vậy nếu mắc thêm một tủ sấy giống như tủ sấy trước và mắc song song với
tủ đó thì các tủ sấy sẽ nóng tới nhiệt độ ổn định 380C
0,25
0,25
0,25 0,25
6 a Cơ sở lý thuyết:
- Có khối lượng riêng được xác định bởi công thức: D m
V
- Để xác định được D ta cần xác định m và V
- Với các dụng cụ đã cho để xác định được m ta dùng cân, còn xác định V ta
đo thông qua thể tích của nước
Trang 8b Tiến hành đo:
- Dùng cân đo khối lượng của cốc (m1)
- Đổ nước vào đầy cốc đo khối lượng của cốc nước (m2)
Ta có: khối lượng của nước mn= m2– m1
- Đổ nước ra đổ đầy chất lỏng cần xác định khối lượng riêng vào cốc, dùng
cân đo khối lượng của cốc chất lỏng (m3)
Ta có: khối lượng của chất lỏng: mx= m3– m1
c Tính toán: Trên cơ cở của các phép đo ta có: thể tích của nước bằng thể
tích của chất lỏng cần xác định
Ta có: Vn n 2 1
m m m
m m m
3 1
x
m m
D
n
m m
D
=> Dx = 3 1
2 1
m m D
m m
Thay kết quả m1, m2, m3 và Dnđã biết, ta xác định được Dx
d Biện luận sai số:
- Sai số do cách đo:
+ Trong quá trình cân khối lượng của cốc, cốc nước và cốc chất lỏng đọc số
chỉ thiếu chính xác
+ Có sự dính ướt của nước trong cốc
- Sai số do dụng cụ đo: Chọn dụng cụ đo (cân và bộ quả cân) có GHĐ và
ĐCNN thích hợp
- Khắc phục bằng cách đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25