Đề thi học sinh giỏi 2018 môn vật lý chuyên nguyễn trãi, hải dương

Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LẦN THỨ XI VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ MƠN VẬT LÍ - KHỐI 10 TRƯỜ T TC U U (Đề có 05 câu; gồm 02 trang) TR I ĐỀ GIỚI THIỆU Câu (5,0 điểm): Trên mặt phẳng ngang nhẵn có nêm A khối lượng m, góc nêm  Coi sức cản khơng m khí khơng đáng kể Một vật nhỏ khối lượng m bắt đầu trượt  không ma sát từ A Biết AB = l (hình 1) Hãy xác định B Hình gia tốc nêm quãng đường mà nêm trượt theo phương ngang kể từ vật bắt đầu trượt từ A đến rời khỏi nêm B Giả sử nêm có vận tốc V0 đến va chạm hồn tồn đàn hồi vào cầu nhỏ có v0 khối lượng 2m đứng yên (hình 2) a Sau va chạm nêm không nẩy lên Để nêm 2m  m tiếp tục chuyển động theo hướng ban đầu góc nêm  phải nhỏ góc giới hạn 0 Tìm 0 Hình b Cho V0 = 5m/s ; g = 10m/s2 ;  = 300 Xác định khoảng thời gian cầu va chạm với nêm lần Câu (4,0 điểm): Một cầu đặc, đồng chất, khối lượng m, chuyển động với m vận tốc v đến va chạm vào mặt sàn nằm ngang xe đứng yên (hình vẽ) Thân xe có khối lượng M, hệ số ma sát  M trượt cầu mặt sàn xe  Xe chuyển động mặt M v0 M phẳng ngang nhờ hai hình trụ tròn đồng chất, có khối lượng M, đặt trục trước sau xe (hình vẽ) Ma sát hai hình trụ mặt phẳng ngang đủ lớn để giữ cho hai hình trụ lăn không trượt Bỏ qua ma sát trục quay hai hình trụ Sau va chạm, vận tốc cầu theo phương thẳng đứng giữ nguyên độ lớn bị đảo chiều Giả thiết cầu bị trượt suốt thời gian va chạm Tìm vận tốc xe sau va chạm theo , m, M, v0  Câu (4,0 điểm): Một vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo tròn cách bề mặt Mặt Trăng khoảng bán kính R Trái Đất Tại thời điểm đó, từ vệ tinh phóng trạm tới hành tinh khác, phần lại vệ tinh chuyển động theo quỹ đạo elip tới gần mặt Trái Đất điểm đối diện với điểm xuất Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 phát trạm Hỏi khối lượng trạm chiếm phần cực đại khối lượng vệ tinh Câu (4,0 điểm): Một động nhiệt với tác nh n n (mol) khí l tưởng đơn nguyên tử thực chu trình biến đ i biểu di n đồ thị hình vẽ - uá trình 1-2 đoạn thẳng - uá trình 2-3 đoạn thẳng có đường k o dài qua gốc t a độ - uá trình 3-1là đoạn thẳng vng góc với trục nằm ngang Các giá trị p0 , V0 , số khí biết Xác định nhiệt độ, áp suất khí trạng thái (theo p0 , V0 , n , R ) Xác định cơng chất khí tồn chu trình (theo p0 , V0 ) Xác định hiệu suất động Câu (3,0 điểm): Một h - c sinh sử dụng lực kế với độ chia nhỏ 0,1 N mẩu gỗ nhỏ, gỗ phẳng D y mảnh Đế ch n, trụ sắt  10, khớp đa Để xác định hệ số ma sát trượt  bề mặt gỗ với gỗ đo bảng số liệu sau : Lần đo F1(N) F2(N) P(N) 3,1 1.3 5,7 3,2 1,2 5,8 3,1 1,0 5,5 3,3 1,1 5,5 3,2 1,3 5,7 Trong P tr ng lượng mẩu gỗ nhỏ F1, F2 số lực kế trình đo u cầu: Thiết kế phương án thí nghiệm mà h c sinh đùng để đo thu bảng số liệu Chỉ rõ lực F1, F2 lực gì? Xử lý số liệu, xác định giá trị hệ số ma sát trượt  Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 ĐÁ Á Câu (5,0 điể : Đáp án Ý Điểm Xác định gia tốc nêm quãng đường nêm trượt theo phương ngang y N A m/2 Fqt a0 m x a p  B Hình Xét hệ qui chiếu gắn với nêm a : gia tốc vật nêm a0: gia tốc nêm sàn Gia tốc vật sàn: am  a  a0 (1) Định luật II Niu Tơn: N  P  Fqt  m a (2) Chiếu lên phương AB: m m m g.sin   a cos   a  a  g sin   a cos  2 (3) Ch n hệ tạo độ xoy hình vẽ Chiếu (1) lên ox: am = a.cos - a0 (4) Vì khơng có ngoại lực theo phương ngang: động lượng bảo toàn m Vm  mVN   ma m  2ma   a m  2a (5) Thế (4) vào (5) suy : acos - a0 = 2a0  a  3a cos  (6) Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Thế (3) vào (6) suy ra: g.sin   a cos   3a g.sin .cos   a0  cos   cos  * uãng đường mà nêm trượt theo phương ngang G i S quãng đường mà nêm trượt, s quãng đường dịch chuyển theo phương ngang vật so với nêm Từ định luật bảo toàn động lượng: m  s  S  mS  s  3S S s l cos   3 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Ngay nêm va chạm vào cầu phản lực F truyền cho cầu vận tốc V2 Ngay sau va chạm xung lực F có phương vng góc với mặt nêm, nên V2 có phương hợp với phương thẳng đứng góc  X t theo phương ox : Theo Định luật bảo toàn động lượng: mV0 = mV1 + 2mV2sin  V0=V1+2V2.sin (1) y o F x V2 m  2m Hình Va chạm hồn tồn đàn hồi nên : 1 mV02  mV12  2mV22  V02  V12  2V22 2 (2) Từ (1) (2) ta có V2  2V0 sin  2sin   V0 (1  2sin ) V1   2sin  a.Để nêm tiếp tục chuyển động theo hướng cũ V1>0  sin <  sin 450    0  450 b Khi V0 = 5m/s;  = 300 Từ (3) (4) suy ra: V2   sau va chạm: 2V0 V ; V1  3 (3) (4) Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 - Nêm chuyển động theo hướng cũ với V1  - Quả cầu chuyển động xiên góc với V2  V0 2V0 Vì V2x=V1 nên sau khoảng thời gian t cầu rơi vào nêm Thời gian bay cầu khơng khí: V2y = V2cos - gt1 =  t1  V2 cos 300 g thời gian cầu va chạm với nêm lần t = 2t1 4V0 cos 300 t   0,58(s) 3g Câu (4,0 điể : Ý Điểm Đáp án  N 1 y x -F  2  F v0 f1 f2 Ch n chiều dương hình vẽ Phương trình chuyển động hình trụ:  f1.r  Mr 1  f1  f  Ma 2x (1)  f r  Mr  2  (hai hình trụ lăn khơng trượt nên a 2x  1.r   r ) Phương trình chuyển động khối tâm xe: F  f1  f  3Ma 2x (2) Phương trình chuyển động cầu: F  ma1x Từ (1), (2) (3) ta được: ma1x  4Ma 2x  (3) Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 m v1x  v0 sin  dv1x  4M  v2 x dv 2x   v1x  4M v2x  v0 sin  m (4) Áp dụng định lý biến thiên động lượng cho cầu: v0 cos      Ndt  m  dv1y   Ndt  2mv cos   v0 cos  0 0     v1x   Fdt  m v  v sin   1x    Fdt  m  dv1x    v sin   (5) Do cầu trượt tồn thời gian va chạm nên ta có:   0 F  N   Fdt    Ndt 2mv cos   m  v1x  v sin    v1x   sin   2 cos   v (6) Từ (4) (6) ta tìm được: v 2x  m v0 cos  2M Câu (4,0 điể ): Đáp án Ý Điểm Tỉ số khối lượng trạm khối lượng vệ 2R v' tinh O Khi trạm m từ vệ tinh M1 A, để lợi lượng 0,25đ R vận tốc u truyền cho trạm phải hướng chuyển động ( v ) vệ tinh quanh trái Đất MĐ Khi vệ tinh có vận tốc v ngược với hướng A v0 v u 0,25đ u Theo định luật bảo tồn lượng ta có: mu - M1v = Mv0 với M1 = M - m  mu - (M - m)v = Mv0  m v0 +v = M u+v 0,25đ (1) Vệ tinh chuyển động quỹ đạo tròn bán kính 2R, lực hấp dẫn giữ vai trò lực hướng tâm: Mv02 M M =G D 2R (2R)  v0 = G MD 2R (2) Ở xa Trái Đất động trạm m nên theo định luật bảo toàn ta có: Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Mu M M -G D =0 2R  u= G MD 2R (3) Xét vệ tinh M1 (phần lại khơng tính trạm) vị trí A phóng trạm vị trí B cận Trái Đất, theo định luật bảo toàn lượng, ta có: M1v2 M M M v'2 M M -G D = -G D 2R R (4) v' vận tốc vệ tinh B quỹ đạo elip Áp dụng định luật Kepler, ta có: Rv' = 2Rv (5) Từ (4) (5) suy ra: v= G MD 3R (6) Đưa v0từ (2), u từ (3) v từ (6) (1) ta được: m = M Thay số ta được: MD M + G D 2R 3R M M G D+ G D R 3R G m  0,8 M Câu (4,0 điểm): Đáp án Ý - X t trạng thái 1: p dụng phương trình C-M p1V1  nRT1  T1  15p0 V0 nR - uá trình 2-3: p3 p  V3 V2 - Từ đồ thị, ta có: V3  3V0 ; p2  p0 ; V2  7V0  p3  p p dụng phương trình C-M p0 V0 p3V3  nRT3  T3  nR Điểm Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 Trong đồ p-V, chiều di n biến chu trình chiều kim đồng hồ nên chất khí thực công 64 A  S123   p1  p3  V2  V3   p0 V0 - X t trình 3-1: Đẳng tích i 144  Q31  nR(T1  T3 )  p0 V0 - X t trình 1-2: Phương trình đường thẳng qua 1, có dạng p  aV  b Đi qua điểm 1, điểm nên ta có hệ p0  5p0  a.3V0  b p a  V0  p  V  8p   V0  p0  a.7V0  b  8p  p dụng phương trình C-M, ta  pV V  p p.V  nRT  T   V  8p   nR nR  V0  T p0 V V  8p nRV0 nR - X t trạng thái B thuộc trình 1-2  pB  p; VB  V Nhiệt lượng khí q trình 1-B Q1B  U1B  A1B i  Q1B  nR(TB  T1 )  (p1  p B )(VB  V1 ) 2  p0 V 15p0 V0   Q1B  nR  V  8p   nR nR   nRV0  p 1   5p0  V  8p0   V  3V0  2 V0  Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 p0 V  20p V  42p V0 V0 b  5V0 Q1B đạt giá trị lớn VC  2a Nhiệt lượng chất khí nhận q trình 1-2 tính từ V1 đến VC  5V0 p  Q1C  2 (5V0 )  20p 5V0  42p V0  8p V0 V0 Vậy nhiệt lượng chất khí nhận tồn chu trình 144 200 Qnhan  Q31  Q1C  p0 V0  8p0 V0  p0 V0 7 Hiệu suất chu trình 64 p V0 A H   0,32  32% Q nhan 200 p V 0  Q1B  2 Câu (3,0 điểm): Đáp án Ý Điểm Phương án thí nghiệm - Móc vật vào lực kế d y mảnh - Sử dụng đế ch n , trụ , khớp đa gỗ tạo thành hệ mặt phẳng nghiêng góc  , góc  phải khơng đủ lớn mẩu gỗ tự trượt xuống - K o vật trượt lên mặt phẳng nghiêng, đo giá trị lực kế là: F   Pcos  P sin  (1) - K o vật trượt xuống mặt phẳng nghiêng, đo giá trị lực kế là: Fx   Pcos  P sin  (2) - Từ (1) (2) ta thu được:  F  Fx 4P  (F  Fx ) (3) Trong P đo từ lực kế việc treo vật - Nhận xét: F lớn Fx từ bảng số liệu : + F1 số lực kế kéo vật trượt lên mặt phẳng nghiêng + F2 số lực kế kéo vật trượt xuống mặt phẳng nghiêng Vậy   F1  F2 P  ( F1  F2 )2 (4) Bảng số liệu sau: Lần đo F1(N)  F1i(N) F2(N)  F2i(N) P(N)  Pi(N) 3,1 0,1 1.3 0,1 5,7 0,1 3,2 1,2 5,8 0,2 3,1 0,1 1,0 0,2 5,5 0,1 3,3 0,1 1,1 0,1 5,5 0,1 Tải file Word website http://dethithpt.com – Hotline : 096.79.79.369 3,2 1,3 0,1 5,7 0,1 TB 3,2 0,1 1,2 0,1 5,6 0,1 A =  Ann +  Adc 0,2 + Tính giá trị trung bình   0,2 F1  F2 P  ( F1  F2 )  0,39 + Tính sai số tương đối  Từ (4)  ln   ln( F1  F2 )  ln[4 P  ( F1  F2 ) ]   d       d ( F1  F2 ) d[4 P  ( F1  F2 ) ]  F1  F2 P  ( F1  F2 )2  F1  F2 PP  ( F1  F2 )(F1  F2 )  F1  F2 P  ( F1  F2 )    F  F2 P P  ( F1  F2 )(F  F2 )   0,12 F1  F2 P  ( F1  F2 ) + Tính sai số tuyệt đối trung bình:      0,05 Vậy   0,39  0, 05 với độ xác ph p đo 12% Giáo viên soạn đề: Bùi Đức Sơn DĐ: 0949584545 0,2 ... thực chu trình biến đ i biểu di n đồ thị hình vẽ - uá trình 1-2 đoạn thẳng - trình 2-3 đoạn thẳng có đường k o dài qua gốc t a độ - uá trình 3-1 là đoạn thẳng vng góc với trục nằm ngang Các giá... án Ý - X t trạng thái 1: p dụng phương trình C-M p1V1  nRT1  T1  15p0 V0 nR - uá trình 2-3 : p3 p  V3 V2 - Từ đồ thị, ta có: V3  3V0 ; p2  p0 ; V2  7V0  p3  p p dụng phương trình C-M p0... Phương án thí nghiệm - Móc vật vào lực kế d y mảnh - Sử dụng đế ch n , trụ , khớp đa gỗ tạo thành hệ mặt phẳng nghiêng góc  , góc  phải khơng đủ lớn mẩu gỗ tự trượt xuống - K o vật trượt lên mặt