Đề thi học sinh giỏi 2018 môn vật lý chuyên lam sơn, thanh hóa

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THANH HÓA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ĐÁP ÁN ĐỀ ĐỀ XUẤT ĐBDHBB NĂM HỌC 2017 -2018 Câu 1 + Do khối lượng riêng của quả cầu

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỀ ĐỀ XUẤT KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI KHU VỰC DHĐBBB

NĂM HỌC 2017- 2018 Môn thi VẬT LÝ 10 Thời gian làm bài 180 phút

Đề thi gồm có 02 trang

Câu 1 (5 Điểm )

Một sợi chỉ nhẹ không co giãn dài l = 30 cm có một đầu gắn với

đáy một bình chứa nước hình trụ, đầu kia gắn một quả cầu gỗ

như hình vẽ Khoảng cách từ điểm gắn sợi chỉ đến tâm đáy bình

là r = 20 cm Bình bắt đầu quay đều xung quanh trục thẳng đứng của nó Hãy xác định tốc độ góc quay của bình nếu sợi chỉ bị lệch khỏi hướng thẳng đứng góc  =

300, lấy g = 9,8 m/s2

Câu 2 (4 điểm )

Một khối trụ đặc khối trụ đặc khối lượng M, bán kính Rlăn xuống mặt phẳng nghiêng góc α

1 Giả sử khối trụ lăn không trượt Hãy tính gia tốc của khối tâm và hệ số ma sát nghỉ

2 Cho hệ số ma sát giữa khối trụ và mặt phẳng nghiêng là μ Hỏi với điều kiện nào của μ thì khối trụ lăn không trượt, lăn có trượt?

Câu 3 (4 điểm )

p

p 2

p 1 A(T 0 )

B (2T 0 ) C (3T0)

D

V 2

O

Một hành tinh có khối lượng m chuyển động theo đường elip quanh Mặt Trời sao cho khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất từ Mặt Trời tới nó lần lượt là r1 và r2 Tìm

độ lớn momen động lượng của hành tinh này đối với tâm Mặt Trời

Câu 4 (4 điểm )

Biết n mol khí lý tưởng ở nhiệt độ T  2T0 có nhiệt dung

1

V

C  nR, với 0

2

T  T nhiệt dung của nó là

C  C , trong đó   , là hai hằng số lớn hơn 1 Chu kỳ tuần hoàn của nó thể hiện như trên hình 1:

ABCDA là hình chữ nhật

b Vẽ đồ thị sự biến đổi nội năng theo nhiệt độ

Câu 5 (3 điểm )

Xác định hệ số ma sát nhớt của chất lỏng

Cho công thức xác định lực ma sát nhớt tác dụng lên bi nhỏ: F  6   v.r

Trong đó: η là hệ số ma sát nhớt của chất lỏng, v là tốc độ chuyển động của bi so với chất lỏng, r là bán kính của bi

Cho các dụng cụ thí nghiệm:

(1) Một ống thủy tinh hình trụ dài

(2) Một ống nhỏ giọt

(3) Một cân

(4) Một đồng hồ bấm giây

(5) Một thước đo chiều dài

(6) Chậu đựng nước có khối lượng riêng ρ đã biết

(7) Chậu đựng dầu thực vật có khối lượng riêng ρd đã biết

Trình bày cơ sở lý huyết, cách bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm để xác định

hệ số ma sát nhớt của dầu thực vật đã cho

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

THANH HÓA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐÁP ÁN ĐỀ ĐỀ XUẤT ĐBDHBB NĂM HỌC 2017 -2018

Câu 1 + Do khối lượng riêng của quả cầu nhỏ hơn khối

lượng riêng của nước nên khi hình trụ quay thì quả cầu

lệch về phía trục quay của hình trụ

(Xét một “quả cầu nước” ở vị trí của quả cầu gỗ và sợi dây

thẳng đứng khi hình trụ nước quay Khi đó nó chịu tác dụng của lực li tâm và lực

do các phần tử nước khác đẩy nó Hai lực này cân bằng nhau Nếu thay vào đó là quả cầu gỗ thì lực quán tính li tâm nhỏ đi còn lực đẩy của nước thì vẫn không đổi,

do đó quả cầu bị đẩy vào phía trục quay)

+ Giả sử chưa buộc quả cầu vào sợi chỉ và hình trụ nước đang quay

Xét một phần tử nước có thể tích đúng bằng thể tích quả cầu (V) và ở đúng vị trí quả cầu nếu có nó

Những lực tác dụng vào phần tử nước này gồm: P = DngV, lực F do các phần tử nước xung quanh tác dụng: lực này gồm hai thành phần: Fy cân bằng với P và Fx hướng tâm

Fy = DngV ; Fx = m 2R = DnV 2(r - lsin) (*)

F y

F x

P

* Bây giờ nghiên cứu trường hợp có quả cầu gỗ trong hình trụ nước đang quay

+ Quả cầu chịu tác dụng của các phần tử nước còn lại chính là Fx và Fy; trọng lực P’ = DgVg và lực căng dây T

+ Xét theo phương thẳng đứng: Fy - DgVg - Tcos = 0 (1)

+ Xét theo phương ngang: Fx - Tsin = m’ 2R = DgV 2( 2(r - lsin) (2)

+ Từ (*); (1) và (2):  = g.tg

r lsin



   10,6 (rad/s)

Câu 2

1 Áp dụng định luật II

+ Psinα –Fms = MaG (1)

+ N = Pcosα (2)

+ Phương trình chuyển động quay quanh khối tâm G

+ R.Fms = IG.γ ( 3)

với IG = 2

2

1

MR ,

R

a G



 thay vào phương trình (3) => Fms = Ma G

2

1 thay vào (1)

=> aG = sin 

3

2

g

+ Vì ma sát là ma sát nghỉ do vậy: Fms  n.N =>

3

tan 

2 Từ (1) và (3) ta suy ra

=>

M

F Mg

=>

MR

F ms

2





+ Gọi K là điểm tiếp xúc giữa khối trụ và mặt nghiêng:

+ aK = aG – γR=> aK = gsinα – 3μgcosα

+ Biện luận:

+ aK = 0 khối trụ lăn không trƣợt =>

3

tan 

+ aK > 0 khối trụ lăn có trƣợt =>

3

tan 

Câu 3

L = mr2ω = 2 2 2

1 1 2 2

mr   mr   mr  (1) Định luật bảo toàn cơ năng cho 2 vị trí r1; r2

2   r  2   r

GM

  2 2 2

1 2

1 2

1 2



Thay vào (1) ta đƣợc: 1 2

1 2

2GMr r

r r





Câu 4

Từ đồ thị cho biết: AB quá trình đẳng tích, tăng áp; BC là quá trình giãn nở đẳng áp; CDlà quá trình hạ áp đẳng tích; DAlà quá trình nén đẳng áp

T

0 / nR

U  T

0

2T

0

0

1

2

2 

3 

Giả thiết: trạng thái A: p V T1, ,1 0; trạng thái B: p V2, , 21 T0; trạng thái C: p V2, 2,3T0;

trạng thái D: p V T1, 2, D

a Phương trình trạng thái khí lí tưởng:

0

1 0 1

;

2

D D

Từ đó có thể biết rằng từ CD sẽ qua trạng thái F mà có nhiệt độ 2T0

b Công thức nội năng khí lý tưởng: U C T V

Ở trạng thái A:

U C T  nRT

Ở trạng thái B:

1 2 0 2 0

U C T  nRT

Ở trạng thái C:

1 3 0 3 0

U C T  nRT

Ở trạng thái F:

2 2 0 2 0

U C T  nRT

Ở trạng thái D:

1 1,5 0 1,5 0

Khi chất khí ở trạng thái B hoặc F (nhiệt độ đều là 2T0) có sự đột biến nhiệt dung

Ý nghĩa của nó là một chuyển động tự do nào đó của phân tử vừa đạt được nhiệt

độ 2T0 tức là hệ ở trạng thái B, trạng thái kích thích: hấp thụ nhiệt mà không tăng nhiệt độ, nội năng là U B Ở trạng thái F, xuất hiện sự tỏa nhiệt mà nhiệt độ không giảm, nội năng là U F Do đó có thể biểu đạt hệ hoàn chỉnh quan hệ giữa nội năng

U và nhiệt độ T là:

1

V

U C T  nRT, với T  2T0

2

V

U C T  nRT, với T  2T0

nRT U nRT

    , với T  2T0

Từ quan hệ U và T ta có đồ thị

Câu 5

1 Cơ sở lý thuyết

Vật rơi trong một môi trường chịu tác dụng của lực cản tỷ lệ với tốc độ chuyển động của vật Ban đầu vật rơi nhanh dần, nên tốc độ tăng dần, đến khi lực cản của môi trường đủ lớn để cân bằng với trọng lực và lực đẩy Acsimet thì vật chuyển động đều

Xét một viên bi nhỏ bán kính r chuyển động đều trong dầu với tốc độ v:

+ Phân tích lực: trọng lực P, lực đẩy Acsimet F A, lực ma sát nhớt F

+ Viên bi chuyển động đều nên ta có:

0





F F

P A

F = P – FA

v

g r

g r

r

d

9

2

3

4

.

.

6

2





Nhận xét: Để đo η, ta cần đo bán kính r và tốc độ chuyển động v

của viên bi

2 Tiến hành thí nghiệm

a Bố trí thí nghiệm như Hình 2:

b Tiến trình thí nghiệm:

Ống nhỏ giọt

Giọt nước CĐ đều

Nước

S

Hình 2

Bước 1: Thí nghiệm với ống nhỏ giọt

- Dùng cân điện tử để cân khối lượng: ống nhỏ giọt, ống nhỏ giọt có chứa nước để

xác định khối lượng m của nước trong ống

- Đếm số giọt nước N

Bước 2: Cho giọt nước từ ống nhỏ giọt rơi vào dầu từ một độ cao h xác định (để giọt nước có tốc độ ban đầu đủ lớn) Mỗi giọt nước chuyển động trong ống dầu, quan sát chuyển động của giọt nước:

- Dùng thước đo quãng đường S (quan sát thấy giọt nước chuyển động đều)

- Dùng đồng hồ đo khoảng thời gian t chuyển động tương ứng

Chú ý: Khi tiến hành bước 2 nhiều lần mức chất lỏng và nước trong ống sẽ dâng lên nên ta phải chú ý: điều chỉnh vị trí của ống nhỏ giọt (để độ cao h không đổi);

vị trí đo quãng đường S (do mức nước dâng lên)

3 Xử lý số liệu

a Xác định bán kính của một giọt nước: Đo m, đếm N

- Khối lượng 1 giọt nước:

N

m

m0 

- Bán kính 1 giọt nước: 3 3

4

3 4

3







m V

b Xác định tốc độ chuyển động đều của giọt nước trong dầu:

t

S

v

c Xác định hệ số nhớt của dầu:

v

g

r d 9

2 2  