Đề thi học sinh giỏi 2018 môn vật lý chuyên lê khiết, quảng ngãi

Một vật B khối lượng m2=100g được đặt trên tấm ván tại điểm cao nhất của tấm ván hình 1.. 4 điểm Cơ học vật rắn Một vật nhỏ khối lượng m được đặt lên thành bên trong của một vành trụ m

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN DUYÊN HẢI

VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ KHIẾT TỈNH

QUẢNG NGÃI

ĐỀ THI ĐỀ XUẤT

ĐỀ THI MÔN VẬT LÍ - KHỐI 10

NĂM 2018

Thời gian làm bài: 180 phút

(Đề thi này có 02 trang, gồm 5 câu)

Câu 1 (5 điểm) Cơ học chất điểm + Các định luật bảo toàn

Một tấm ván A dài l80cm, khối lượng m1=1kg được đặt

trên mặt dốc nghiêng góc  so với mặt phẳng ngang Một vật B

khối lượng m2=100g được đặt trên tấm ván tại điểm cao nhất của

tấm ván (hình 1) Thả cho hai vật A, B cùng chuyển động Cho

biết hệ số ma sát giữa A và mặt dốc là 10,2, giữa B và A là

1

,

0

2 

1 Giả sử dốc đủ dài, cho  300

a) Tìm thời gian để vật B rời vật A

b) Khi vật B vừa rời khỏi vật A thì vật A đã đi được đoạn đường dài bao nhiêu trên mặt dốc?

2 Cho chiều dài dốc là L=2,4m Xác định giá trị của  sao cho khi vật B vừa rời khỏi vật A thì đầu dưới của vật A tới chân dốc

Bài 2 (4 điểm) Cơ học vật rắn

Một vật nhỏ khối lượng m được đặt lên thành bên trong của

một vành trụ mỏng có khối lượng M phân bố đều Vật nằm trong

mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với trục của vành trụ và chứa

khối tâm của vành trụ Ban đầu, vành trụ đứng yên trên một mặt

phẳng ngang và vật ở vị trí xác định bởi góc lệch 0 so với đường

thẳng đứng (như hình 2) Sau đó, thả nhẹ vật cho hệ chuyển động

Giả thiết rằng ma sát giữa vật và vành trụ là không đáng kể, vành

trụ chuyển động lăn không trượt trên mặt phẳng ngang Gia tốc

trọng trường là g

Tìm phản lực của vành trụ lên vật lúc vật đến vị trí thấp nhất

của quỹ đạo

g

M

0



m

Hình 2

A

B

α

Hình 1

Bài 3 (4 điểm) Cơ học thiên thể

Con tàu vũ trụ có khối lượng M = 1,2 tấn quay quanh Mặt Trăng theo quỹ

đạo tròn ở độ cao h = 100km so với bề mặt của Mặt Trăng Để chuyển sang

quỹ đạo hạ cánh, động cơ hoạt động trong thời gian ngắn Vận tốc khí phụt

ra khỏi ống khí của động cơ là u 10 m / s  4 (vận tốc của khí đối với tàu vũ

trụ) Bán kính Mặt Trăng Rt  1,7.10 km3 , gia tốc trọng trường trên Mặt

t

g  1,7m / s Phải tốn bao nhiêu nhiên liệu để động cơ hoạt

động ở điểm A làm con tàu đáp xuống Mặt Trăng tại điểm B (hình 3)

Bài 4 (4 điểm) Nhiệt học

Xi lanh hình trụ có tiết diện trong S 10 m2 2cùng với pittông P

và vách ngăn V làm bằng chất cách nhiệt (như hình 4) Nắp A của vách mở

khi áp suất bên phải lớn hơn áp suất bên trái Ban đầu phần bên trái của xi

lanh có chiều dài L112 cm chứa m1 12g khí Hêli, phần bên phải

cũng có chiều dài bằng phần bên trái và chứa m2 2g khí Hêli, nhiệt độ

cả hai phần đều bằng T0 273K Ấn từ từ vào pittông theo phương ngang

để nó chuyển động rất chậm hướng tới vách ngăn, ngừng một chút khi nắp

mở và sau đó đẩy pittông tới sát vách V Biết áp suất không khí bên ngoài p0 10 N/m5 2, nhiệt dung riêng

V 3,15.10

coi các khối khí là khí lí tưởng Tính công đã thực hiện để di chuyển pittông

Bài 5 (3 điểm) Phương án thực hành

Xác định hệ số ma sát nghỉ giữa sợi chỉ và sắt

Cho các dụng cụ sau :

+ Một sợi chỉ;

+ Một khối sắt hình trụ có trục cố định;

+ Giá để gắn cố định khối sắt hình trụ;

+ Thước đo độ để đo góc;

+ Một quả nặng;

+ Một lực kế;

+ Giấy kẻ ô milimét

Yêu cầu:

a) Trình bày cơ sở lí thuyết xác định hệ số ma sát nghỉ giữa sợi chỉ và sắt

b) Vẽ sơ đồ thí nghiệm, nêu các bước tiến hành, trình bày cách xử lí số liệu

HẾT

p0

A

V

Hình 4

P

R

B

Hình 3

Người ra đề: Lê Minh Khôi

Điện thoại: 0905811799

(Đáp án gồm 07 trang)

Bài 1 (5 điểm)

1 Vẽ hình, phân tích lực

0,5

a) - Gọi a1 là gia tốc của vật A đối với mặt dốc, a2/1 là gia tốc của B đối với A

- Xét chuyển động của vật B trong hệ quy chiếu gắn với vật A

Theo định luật II Newton:

P2 N2 Fms2 Fqt m a2 2/1 (1)

0,5

Chiếu (1) lên chiều chuyển động ta có:

m2gsin -2m2gcos - m2a1 = m2a2/1 (2) 0,5

- Xét chuyển động của vật A trong hệ quy chiếu gắn với mặt dốc

- Theo định luật II Newton:

P1N1F'ms2Fms1N2'm1a1 (3)

0,5

A

B

α

(+)

ms1

F

ms2

F

2

P

ms2

F'

2

N

1

N

2

N '

1

P

- Chiếu (3) lên chiều chuyển động:

m1gsin +2m2gcos - 1(m1+m2)gcos = m1a1 (4)

0,5

Thay số tìm được a13,18m/s2

Thay vào (2) tìm được a2/10,95m/s2 0,5

- Thời gian vật B rời A:

2/1

2l

b) Quãng đường vật A đi được trên mặt dốc:

sA= a t 2,69m

2

2 - Thời gian vật B rời A: 2

2/1

2l t

a

- Thời gian vật A tới chân dốc:

1 1

) ( 2

a

l L



Từ đề bài ta phải có:

2/1

2l

1

) ( 2

a

l

L

(5)

0,5

Rút a1, a2/1 từ (2) và (4) thế và(5) biến đổi ta được:

0 27 , 23 43

,

0

tan   

0,5

Bài 2 (4 điểm)

Các lực tác dụng lên hệ như hình 1

Phương trình chuyển động của vật theo phương ngangma x Nsin.(1)

0,5

Phương trình chuyển động của vành trụ theo phương ngangMwNsinFms (2) 0,5 Phương trình chuyển động quay của vành trụ

là I F Rms , với I MR2 và w

R

suy ra Fms  Mw (3)

0,5

Thay (3) vào (2), ta được sinN  2Mw (4) 0,5

Thay (4) vào (1) ta được ma x 2Mw haymu2Mv (5) 0,5 Theo định luật bảo toàn cơ năng

mgh mu  Mv  I hay 0 1 2 2

(1 cos )

2

2

2

MgR u

m M



0

(1 cos ) 2

MgR m

v



Khi vật đến vị trí thấp nhất của quỹ đạo, vận tốc của vật đối với vành trụ là vrel   u v

Phương trình chuyển động của vật tại vị trí thấp nhất quỹ đạo xét theo phương hướng

tâm cũng là phương thẳng đứng là

N mg m m

       

0,5

,

M R



m

Hình 1

N

N

mg

Mg

N

ms

F

Bài 3 (4 điểm)

Gọi v là vận tốc trên quỹ đạo tròn, vA và vB là vận tốc trên quỹ đạo hạ cánh,

quỹ đạo này là một phần của elíp Vì động cơ chỉ hoạt động trong thời gian rất

ngắn đủ giảm bớt v một lượng  v cần thiết ( v hướng ra phía trước để hãm

tàu)

- Định luật II Niutơn áp dụng cho tàu trên quỹ đạo tròn:

2

1,0

- Định luật bảo toàn năng lượng trên quỹ đạo elip: ( M1 là khối lượng còn lại của

tàu vũ trụ)

A B

 (2)

1,0

Theo định luật Keppler 2:

A B A t B t B A t

t

R



      (3)

Thay (3) vào (2): vA  1628m / s     v v vA  23m / s

1,0

Gọi m là khối lượng nhiên liệu đã cháy, áp dụng định luật bảo toàn động lượng:

Độ biến thiên động lượng của khí bằng độ biến thiên động lượng còn lại của tàu:

(M  m) v   mu (u là vận tốc tương đối của khí đối với tàu vũ trụ)

M v



 

1,0

Bài 4 (4 điểm)

Áp suất phần bên trái của xilanh:

 

0

0

1

RT

0,5

Áp suất phần bên phải xilanh:

 

0

0

2

RT

Vì m1m2  p1 p2: ban đầu nắp A đóng

0,5

Quá trình pittong nén khí, dời chỗ về phía trái đến sát vách ngăn được

chia làm hai giai đoạn:

* Giai đoạn 1: Nén khí trong phần bên phải (đoạn nhiệt thuận nghịch)

cho đến khi áp suất khí trong phần này bằng với áp suất p1 của phần bên trái,

nhiệt độ khí tăng lên đến giá trị T1, khi đó nắp A mở có sự hòa trộn của hai

lượng khí: khối khí m1 có nhiệt độ T0 ở bên trái và khối khí m2 có nhiệt độ T1

ở bên phải Trong quá trình hòa trộn, khí không nhận nhiệt và công bên ngoài

vì thế nội năng tổng cộng của hai khối khí không đổi

Gọi T2 là nhiệt độ chung của khối khí sau khi hòa trộn, ta có:

3

m T m T

m C T m C T m m C T T

m m



0,5

* Giai đoạn 2: Nén khí trong cả hai phần (đoạn nhiệt thuận nghịch) cho

đến khi pittong tới sát vách ngăn, nhiệt độ của khí tăng từ T2 đến T, công nén

khí An = A

Vì nén đoạn nhiệt nên Q = 0, từ nguyên lí I NĐLH cho cả quá trình ta

có:

Q A  U A  A   U m m C T T

0,5

Dựa vào phương trình đoạn nhiệt:

 

0,5

Thay (5) vào (3), ta có:

 

1



   

Gọi V1 là thể tích ngăn bên phải khi áp suất của khí là p1, ta có:

 

7

0,5

Giai đoạn 2 là một quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch khí từ thể tích

V V, nhiệt độ T

2 đến thể tích V0 nhiệt độ T Áp dụng phương trình đoạn nhiệt, ta có:

 

1

1

T V V TV









0,5

Công cần thực hiện:

1





Thay số ta tính được: A n 4793,67J, A2  p SL0 1120J,

A1 = 3673,67J

0,5

Bài 5 (3 điểm)

a)Cơ sở lí thuyết

Vắt sợi chỉ qua khối sắt hình trụ, một đầu nối với vật nặng, đầu kia giữ bởi lực căng T

Khi vật nặng sắp trượt xuống dưới, ma sát giữa sợi chỉ và sắt là ma sát nghỉ cực đại

Xét một phần sợi chỉ chắn góc d, điều kiện cân bằng của phần này là

0,5

Mặt khác, áp lực của hai lực căng lên trụ sắt là N Tsin d Td

(2) 0,5 Tại giới hạn trượt ta có F msN (3) 0,5

Kết hợp (1), (2) và (3) ta có Mg T 0 T  e (4)

b) Sơ đồ thí nghiệm

Cách tiến hành

Dùng lực kế để đo sức căng dây

Dùng ê ke để tạo các góc  0;  2;  ; 3 2; 2 ; 5  2

Thả lực kế yếu dần cho đến khi vật bắt đầu trượt xuống, ghi lại số chỉ lực kế

0,5

Cách xử lí số liệu

Từ (4) lấy Logarit Nepe ta được lnT  ln(Mg).Đặt X ; Y lnT

Vậy quan hệ là tuyến tính Vẽ đồ thị (Y, X) ta được hệ số góc, ta suy ra được hệ số ma

sát nghỉ cần tìm

Có thể làm ngược lại là kéo cho vật trượt lên

0,5

- HẾT -

lực căng dây

d

( )

T 

N

Mg