PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÀNH PHỐ BẮC GIANG (Đề có trang) ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI CẤP THÀNH PHỐ NĂM HỌC 2016 - 2017 Mơn: VẬT LÍ LỚP Thời gian làm 150 phút Bài 1: (4,5 điểm) Lúc 20 phút, từ nhà Thanh chở An học xe đạp với tốc độ v1 = 12 km/h Sau 10 phút, Thanh nhớ bỏ quên viết nhà nên quay lại nhà lấy đuổi theo với tốc độ cũ; lúc An lại tiếp tục đến trường với tốc độ v = km/h hai bạn đến trường lúc Coi thời gian Thanh vào nhà lấy khơng đáng kể 1) Tính qng đường từ nhà Thanh đến trường 2) Hai bạn đến trường lúc giờ? Có bị muộn học khơng? biết vào học nhà trường 3) Để đến trường học, kể từ lúc quay nhà lấy bạn Thanh phải với tốc độ bao nhiêu? Hai bạn gặp lúc giờ? Nơi gặp cách trường bao xa? 4) Khi tan học, Thanh từ trường nhà theo đường cũ với tốc độ v = 12 km/h Nhưng 1/3 quãng đường xe bị hỏng phải vào hiệu sửa 15 phút Sau đó, Thanh lại tiếp tục nhà với tốc độ cũ Tính tốc độ trung bình Thanh từ trường nhà Bài 2: (2,5 điểm) Mặt Trời chiếu xuống mặt sân nằm ngang tia sáng song song hợp với mặt sân góc = 60o Một người cầm gậy mảnh, thẳng có chiều dài h = 1,2m bóng gậy in mặt sân có chiều dài L 1) Vẽ hình tính chiều dài L gậy đặt thẳng đứng 2) Để bóng gậy in mặt sân có chiều dài lớn nhất, phải đặt gậy nào? Khi đó, vẽ hình tính: a) Góc hợp gậy với phương nằm ngang b) Chiều dài L bóng gậy mặt sân Bài 3: (4,0 điểm) Dùng ấm điện loại 220V-1000W mắc vào nguồn điện có hiệu điện 220V không đổi để đun lượng nước nhiệt độ ban đầu 20oC Khi đun, sau phút nhiệt độ nước lên đến 45 oC Ngay sau bị điện phút, nhiệt độ nước giảm xuống đến 40oC Khi nhiệt độ nước 40oC, lại có điện tiếp tục đun nước sôi Biết nhiệt lượng nước toả môi trường tỉ lệ thuận với thời gian; nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K bỏ qua hấp thụ nhiệt ấm đun Hãy tính: a) Khối lượng nước đun b) Thời gian cần thiết kể từ bắt đầu đun nước sôi Bài 4: (2,0 điểm) Hãy nêu phương án xác định điện trở dây dẫn với dụng cụ sau: Một vơn kế có điện trở lớn, điện trở biết giá trị R, ắc quy số dây nối Bài 5: (4,0 điểm) Cho mạch điện hình vẽ, biết U = 36V khơng đổi, r = 1,5, điện trở tồn phần biến trở Rx = 10 Điện trở R1 = U r 6, R2 = 1,5 Xác định vị trí chạy C biến trở để: R2 A Rx B N a) Công suất tiêu thụ điện trở R1 6W C R1 b) Công suất tiêu thụ điện trở R2 6W c) Công suất tiêu thụ điện trở R2 nhỏ Tính cơng suất Bài 6: (3,0 điểm) Máy rửa xe sử dụng áp lực cao nước để rửa vết bẩn bề mặt kim loại xe cộ Nhãn mác loại máy rửa xe có ghi sau: Loại máy CC5020 Nguồn điện 220V/50Hz Công suất định mức 2,2kW Áp lực định mức 5.106 Pa Lưu lượng định mức 20 lít/phút Tiêu chuẩn an tồn IP25 Hãy trả lời câu hỏi sau: 1) Ở góc độ vật lí học, bảng thuyết minh có tên đại lượng vật lí khơng với đơn vị Hãy đại lượng đính 2) Khi máy rửa xe làm việc bình thường Hỏi: - Cường độ dòng điện chạy qua máy ampe? - Nếu rửa xe 10 phút bình quân lượng nước dùng m3? 3) Máy làm việc bình thường 10 phút nước máy phun thực công bao nhiêu? 4) Hiệu suất máy làm việc bình thường bao nhiêu? -Hết Họ tên thí sinh: Số báo danh: -Cán coi thi khơng giải thích thêm HƯỚNG DẪN – ĐÁP ÁN MƠN VẬT LÍ LỚP Bài 1: 4,5 điểm 1) 1,0 điểm Gọi độ dài quãng đường S Tổng thời gian bạn An là: t1 = + (s 12) 6 s 1 0,25 điểm - Tổng thời gian bạn Thanh là: t2 = + s = s 12 0,25 điểm 12 - Do hai bạn gặp trường nên: t1 = t2 s = s => s = km 0,5 điểm 12 2) 0,75 điểm Thời gian bạn Thanh là: t2 = s = h hay t2 = 50 phút 12 12 0,25 điểm - Hai bạn đến trường lúc: 6h20' + 50' = 7h10' - Hai bạn bị muộn học 10 phút 3) 1,75 điểm - Gọi vận tốc bạn Thanh từ lúc quay lại lấy v Thời gian bạn 12 2; Thanh xe quay nhà t = v v - Quãng đường mà bạn An khoảng thời gian bạn 12 Thanh quay nhà là: S = = v v - Ta coi bạn Thanh bắt đầu từ nhà với vận tốc v, bạn An 12 2v 12 với vận tốc 6km/h Khi hai bạn cách L = 12 + = v v (km) - Thời gian bạn Thanh từ nhà đến gặp An t1 Khi hai bạn gặp 2v 12 2v 12 nhau: 6.t1 + = v.t1 => t1 = v(v - 6) v - Quãng đường lại mà hai bạn phải kể từ lúc gặp đến 4v 48 s v.t1 trường S2 = 6-v.t1 Thời gian hai bạn t2 = = v(v - 6) v v - Thời gian từ lúc bạn Thanh quay đến tới trường là: 2v 12 4v 48 t + t1 + t = + + v v(v - 6) v(v - 6) - Giải ta v = 16km/h 6km/h (loại) - Vậy để học từ lúc quay nhà lấy bạn Thanh phải với tốc độ 16km/h 2v 12 - Vị trí hai bạn gặp trường s2 = 6-vt1 = 6=1,6km (v - 6) - Thời gian hai bạn đến trường kể từ lúc gặp là: t2 = 0,1h = 6' 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm - Hai bạn gặp lúc 6h54', vị trí gặp trường 1,6km 4) 1,0 điểm Tốc độ trung bình Thanh từ trường nhà S vtb = = S t1 t t S v Thay số vtb = 6 12 t2 = 1 = 6.4 = 24 = km/h 1 Bài 2: 2,5 điểm 1) 1,0 điểm B Khi gậy đặt thẳng đứng: - Vẽ hình - Bóng gậy có chiều dài h 1,2 0,4 m L = OA = tanα O A 2) 1,5 điểm + Để bóng gậy dài gậy phải đặt theo phương vng góc với phương truyền sáng + Vẽ hình + Góc tạo gậy phương nằm ngang B + Chiều dài lớn bóng gậy mặt sân là: A h 1,2 0,8 m L' = O'A= O' sinα Bài 3: 4,0 điểm 1) 2,25 điểm Tính khối lượng nước đem đun - Vì nguồn điện có hiệu điện khơng đổi U = Uđm công suất tỏa nhiệt ấm công suất định mức P = Pđm = 1000W - Gọi k hệ số tỉ lệ nhiệt lượng nước toả môi trường với thời gian - Khi đun nước từ 20oC lên đến 45oC, ta có phương trình cân nhiệt: P.t1 = mc(45-20) + k.t1 1000.300 = m.4200.25+ k.300 300000 =105000m + 300k (*) - Khi điện, ta có: k.t2 = mc(45-40) k.180 = m.4200.5 k = 350m - Thay k vào (*) ta được: 300000 =105000m + 300 350m 0,25 điểm 0,5 điểm 0,5 điểm 0,5 điểm 0,5 điểm 0,5 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,5 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm m = 15 (kg) b) 1,75 điểm Thời gian cần thiết để đun sôi nước - Khi tiếp tục đun từ 400C đến sôi ta có phương trình cân nhiệt: P.t3 = mc(100-40) + k.t3 0,25 điểm 0,5 điểm 1000 t3 = 15 4200.60 + 350 15 t3 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 750 t3 = 540000 t3 = 720s = 12 phút - Vậy tổng thời gian cần để đun sôi nước là: t = t1 + t2 + t3 = + + 12 = 20 phút Bài 2,0 điểm 1) 1,0 điểm: Cơ sở lý thuyết - Gọi điện trở dây dẫn cần xác định điện trở Rx - Khi mắc (R nt Rx) vào hai cực nguồn điện V ta có: U = U1 + U2 - mà U1 = I.R; U2 = I.Rx mặt khác: I = I1 = I2 - Nên: U1 U U => R x R R Rx U1 (1) 0,5 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm Rx R U 2) 1,0 điểm: Tiến hành thí nghiệm - Mắc mạch điện theo sơ đồ (hình vẽ) - Dùng vôn kế đo hiệu điện U1 hai đầu điện trở R, U2 hai đầu dây dẫn Rx - Vì vơn kế có điện trở vơ lớn nên mắc vôn kế vào mạch cường độ dòng điện mạch khơng thay đổi - Thay giá trị U1, U2, R vào (1) ta tình giá trị Rx cần đo Bài 4: 4,0 điểm 1) 1,5 điểm - Để công suất tiêu thụ điện trở R1 U r W hiệu điện UNC phải UNC = 6V R2 A Rx B N - Hiệu điện phụ thuộc vị trí C chạy C Gọi x điện trở phần AC biến R1 trở, ta có : Hình (R x).R (1,5 x).6 6x RNC = R x R1 1,5 x 7,5 x - Điện trở toàn mạch: 6x 95,25 10x - x Rtm = RNC + RCB + r = +10-x+1,5 = 7,5 x 7,5 x - Hiệu điện hai đầu điện trở R1 36(9 6x) U 36 6x (1) R NC UNC = = 95,25 10x - x 7,5 x R tm 95,25 10x - x 7,5 x - Biến đổi (1) ta có phương trình x2 + 26x - 41,25 = - Giải phương trình thu được: x = 1,5 - Vậy để điện trở R1 có cơng suất tiêu thụ W điện trở RAC = 1,5 2) 1,25 điểm Để công suất tiêu thụ điện trở R2 W thì: - Hiệu điện hai điểm NA là: UNA = 3V 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm - Mà UNA = U NC 36(9 6x).1,5 324 R 3 R2 x (95,25 10x - x )(1,5 x) 95,25 10x - x (2) - Biến đổi (2) ta có phương trình x2 10x 12,75 - Giải phương trình ta x1 = 1,5 x2 = 8,5 - Vậy với chạy cho RAC = 1,5 RAC = 8,5 cơng suất tiêu thụ R2 W c) 1,25 điểm - Để cơng suất tiêu thụ R2 cực tiểu mẫu số 324 UNA = phải lớn 95,25 10x - x => 10x - x2 = x(10-x) (4) (vì x 10 lượng phải lớn nhất) - Tổng hai thừa số bất đẳng thức (4) 10, số không đổi nên áp dụng bất đẳng cô si ta x = - Vậy chạy C biến trở cơng suất tiêu thụ R2 cực tiểu 324 2,6944V Hiệu điện UNAmin = 95,25 105 - 52 Do công suất P2min U2 2,69442 7,25979136 4,8398W = NAmin R2 1,5 1,5 Bài 3,0 điểm 1) 0,5 điểm - Đại lượng "Áp lực định mức" có đơn vị Pa không mà "Áp suất định mức" có đơn vị Pa - Đính thay "Áp lực định mức" "Áp suất định mức" 2) 1,0 điểm Khi máy rửa xe hoạt động bình thường - Cường độ dòng điện chạy qua máy là: - Thể tích nước dùng để rửa xe là: V = 20 lít/phút x 10 phút = 200 lít = 0,2 m3 3) 1,0 điểm - Gọi diện tích miệng vòi phun nước S áp lực miệng vòi phun là: F = pS - Giả sử áp lực F không đổi tác dụng lên nước làm cho nước di chuyển quãng đường l áp lực thực cơng A = F.l = pSl - Mặt khác, Sl thể tích nước V mà máy rửa tiêu thụ 10 phút 0,2m3 - Vậy A = p.V = 5.106.0,2 = 106 J 4) 0,5 điểm - Điện tiêu thụ 10 phút W = Pđm.t = 2200 600 = 1,32.106J - Hiệu suất máy rửa làm việc bình thường A 10 100% 100% 75,8% H= W 1,32.10 Hướng dẫn chung: 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,5 điểm 0,5 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm - Học sinh giải nhiều cách khác cho điểm tối đa - Học sinh làm đến đâu cho điểm đến (nếu q trình lập luận biến đổi bước trước sai bước sau không cho điểm) - Thiếu sai đơn vị đo kết trừ 0,25 điểm/ lỗi Tồn trừ tối đa khơng q 0,5 điểm - Điểm tồn khơng làm tròn số ... biến trở công suất tiêu thụ R2 cực tiểu 324 2, 694 4V Hiệu điện UNAmin = 95 ,25 105 - 52 Do cơng suất P2min U2 2, 694 42 7,2 597 9136 4,8 398 W = NAmin R2 1,5 1,5 Bài 3,0 điểm 1) 0,5 điểm - Đại... mạch: 6x 95 ,25 10x - x Rtm = RNC + RCB + r = +10-x+1,5 = 7,5 x 7,5 x - Hiệu điện hai đầu điện trở R1 36 (9 6x) U 36 6x (1) R NC UNC = = 95 ,25 10x - x 7,5 x R tm 95 ,25 10x... 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm 0,25 điểm - Mà UNA = U NC 36 (9 6x).1,5 324 R 3 R2 x (95 ,25 10x - x )(1,5 x) 95 ,25 10x - x (2) - Biến đổi (2) ta có phương trình x2 10x 12,75