KỲ THI OLYMPIC TRUYỀN THỐNG 30/4 LẦN THỨ VI (2012-2013) ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ LỚP 10 TRƯỜNG THPT CHUYÊN QUỐC HỌC HUẾ

Câu 3 4,0 điểm: Động cơ nhiệt là một khối hình trụ xy lanh chứa đầy khí, trong đó có một pittông mà chuyển động của nó bị giới hạn bởi các cữ chặn AA và BB.. Vận tốc của chuyển động tịnh

TRƯỜNG THPT

CHUYÊN QUỐC HỌC HUẾ

KỲ THI OLYMPIC TRUYỀN THỐNG 30/4

LẦN THỨ VI (2012-2013)

ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ LỚP 10

Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian giao đề.

HỌ VÀ TÊN THÍ SINH: ………

SỐ BÁO DANH:……….

Câu 1 (5 điểm):

Một khung rắn vuông AOB () nằm trong mặt phẳng thẳng

đứng, quay quanh trục OO’ thẳng đứng sao cho Một thanh rắn nhẹ dài

có gắn 2 vòng nhỏ, nhẹ ở hai đầu có thể trượt không ma sát dọc các

cạnh OA và OB của khung Tại trung điểm của thanh có gắn quả nặng

nhỏ Vận tốc góc quay của khung bằng bao nhiêu để thanh nằm

ngang?

Câu 2 (5,0 điểm): Một quả bóng đàn hồi rơi tự do từ độ cao Sau mỗi va chạm với sàn ngang cơ năng chỉ còn lại k = 81% so với trước lúc va chạm Quỹ đạo bóng luôn thẳng

đứng

Lấy g = 9.8m/s2 Hỏi sau bao lâu thì bóng dừng, trong thời gian đó

bóng đi được quãng đường dài bao nhiêu?

Câu 3 (4,0 điểm): Động cơ nhiệt là một khối hình trụ (xy lanh) chứa

đầy khí, trong đó có một pittông mà chuyển động của nó bị giới hạn

bởi các cữ chặn AA và BB Khí được nung nóng từ từ cho đến khi

pittông bị cữ chặn BB giữ lại Sau đó đáy của lò xo được dịch chuyển

từ vị trí CC đến vị trí DD Rồi khí được làm lạnh từ từ cho đến khi

pittông bị cữ chặn AA giữ lại và đáy lò xo được dịch chuyển ngược

lại trở về vị trí CC Sau đó khí lại được nung nóng v.v…Tìm hiệu

suất của động cơ này biết khối trụ chứa khí Hêli, tiết diện pittông S =

10 cm2, độ cứng lò xo k = 10 N/m, chiều dài tự nhiên của lò xo là l0

= 60 cm và áp suất bên ngoài bằng không

0

90

ˆ B O

A O ˆO' 

A2a

m

h 2



C

B A

C D

D 20cm 20cm 20cm 10cm

Câu 4 (4,0 điểm):

Vành mảnh bán

kính R, bắt đầu lăn

không trượt trên

mặt nghiêng góc

với phương ngang

từ độ cao H

(R<<H) Cuối mặt

nghiêng vành va

chạm hoàn toàn

đàn hồi với thành

nhẵn vuông góc

với mặt nghiêng

(hình vẽ) Bỏ qua

tác dụng của trọng

lực trong quá trình

va chạm Hãy xác

định:

a.Vận tốc của vành trước va chạm

b.Độ cao cực đại

mà vành đạt được

sau va chạm Hệ số

ma sát trượt giữa

vành và mặt

nghiêng là

Câu 5: (2 điểm):

Cho các dụng cụ

sau:

- Nhiệt lượng kế có

nhiệt dung riêng c1

- Cân kĩ thuật

- Nhiệt kế

- Đồng hồ bấm

giây

- Nước đá

- Giấy thấm nước

- Nước cất có nhiệt

dung riêng c2

Yêu cầu: Xác

định nhiệt nóng

chảy của nước đá





H

R



-HẾT -TRƯỜNG THPT CHUYÊN

QUỐC HỌC HUẾ

HƯỚNG DẪN CHẤM

KỲ THI OLYMPIC TRUYỀN THỐNG 30/4

LẦN THỨ V (2011-2012)

MÔN THI: VẬT LÝ KHỐI: 10

(Hướng dẫn chấm gồm 06 trang)

Bài 1

(5điểm)

Các lực tác dụng lên quả nặng

Khi thanh nằm ngang, quả nặng

quay quanh trục OO ’ theo

đường tròn bán kính

Phương trình chuyển động của quả nặng theo phương thẳng đứng và theo

phương hướng tâm:

( là góc tạo bởi với phương

thẳng đứng)

(1đ)

Vì thanh nhẹ:

và

(1đ)

Vì thanh không quay trong mặt phẳng thẳng đứng nên đối với trục quay nằm

Từ các phương trình trên ta tìm được:

(1,5đ)

g m

N,  ' 2

1 ,N ,N

N N N







2 cos 2 2 sin a a

























2 cos sin

cos

2

2r m a m N mg N









0 sin sin cos

0 2 1

' 2 1



















 N N N

N N

N  

0 cos cos sin 2

1   N   N  

N



sin 2

1a N a





2 sin

a

g



ĐỀ NGHỊ

Bài 2

(5 ®iÓm)

Cơ năng ban đầu của bóng:

Sau va chạm thứ i : và độ cao bóng đạt được là:

(0,5đ)

Thời gian bóng bay từ sau va chạm thứ i đến va chạm tiếp theo với sàn là:

(0,5đ)

Thời gian để bóng dừng là:

Vì nên khi thì .

Quãng đường đi được của bóng là:

Vì nên khi thì

do đó:

(2đ)

Bài 3

(4 ®iÓm)

Chu trình hoạt động của động cơ gồm 4 quá trình

(0,5đ)

mgh

E 0

i o

i

E h   kih

 i i

g

h

t  2 2  2 2 /









n

i i

t t t

1 0

g

h

t0  2

 

   

 

k k

g h k

k g h g

h

k k

g h g

h

k g h g

h t

n n

n

n

i i

























   



















1

2 1

2 1

1 2

2 2

1 2 2 2

2 2 2

1 1

1 nk1 1 0





n

k

s k

k g h

t 12

1

1







k

k k h k

k h h k k

k h h

k k

k h h k h h h h

s

n n

n

n n

i i n

i i



























































1

2 1 1

1 2

1 2

2 2

2

1 1

2

2 1

1 n k1  10





n

k

m k

k h

1

1









C

B A

C D

D 20cm 20cm 20cm 10cm

- Quá trình thứ nhất: pittông chuyển động từ AA đến BB

Nung nóng khí giãn nở từ thể tích V 1 = S.l 1 = 10 -3 0,2 = 2.10 -4 m 3 đến V 2 = S.l 2

= 10 -3 0,4 = 4.10 -4 m 3

Trong quá trình này lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ với thể tích của khí: F đh = kx =

kV/S

Do đó áp suất khí:

Nên trong quá trình này

áp suất khí tăng từ: Pa

Đến Pa

- Quá trình thứ hai: đáy pittông chuyển động từ CC đến DD khí trong xy lanh

không biến đổi trạng thái còn lực đàn hồi của lò xo giảm từ 4 N xuống 3 N.

(0,25đ)

- Quá trình thứ ba: làm lạnh từ từ cho đến khi pittông bị cữ chặn AA giữ lại.

Trong quá trình này có hai giai đoạn:

đến khi bằng áp suất do lò xo gây ra và thể tích khí không đổi là V 2

Giai đoạn hai: Khí bị nén và

pittông dịch chuyển từ BB về

AA, trong giai đoạn này áp suất

khí giảm từ p 3 = 3.10 3 Pa về p 4 = 10 3 Pa theo phương trình trong đó V 0 là thể

tích khí chiếm chỗ trong trường hợp khi lò xo bị giữ chặt ở vị trí DD không giãn

được nữa và V 0 = 0,1.10 -3 = 10 -4 m 3 và thể tích giảm từ V 3 = S.l 2 = 4.10 -4 m 3 về

V 4 = S.l 1 = 2.10 -4 m 3

(0,5đ)

- Quá trình thứ tư: đáy lò xo dịch chuyển từ DD về lại CC thì lực đàn hồi tăng

từ 1 N lên đến 2N.

Sau đó tiếp tục làm nóng khí thì khí bắt đầu giãn khí áp suất lớn hơn p 1 = 2.10 3

Pa

(0,25đ)

Nếu tiếp tục làm nóng thì khí bắt đầu lại một chu trình mới.

Chu trình hoạt động của động cơ có thể biểu diễn trong hệ tọa độ p – V như sau:

(0,5đ)

Công của khí thực hiện trong một chu trình chính là diện tích hình bình hành:

A’ = (V 2 – V 1 ) - (V 2 – V 1 )

(0,5đ)

4

3 2

10.4.10

4.10 (10 )

kV p S





0

2 ( )

k

S

4

3 1

1 2 3 2

10.2.10

2.10 (10 )

kV p S





1 2

2

dh

p

3 4

V(10 -4 m 3 ) 0

2

p(kPa) 4

3

1

1

2 3

4

= 10 3 (4 – 2).10 -4 = 0,2 J

Khí nhận nhiệt trong các quá trình 1 → 2 và 4 → 1

Áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học cho các quá trình 1 → 2 và 4 → 1 ta được:

Q = Q 12 + Q 41 = ΔU 12 – A 12 + ΔU 41

= νR(T 2 – T 1 ) + (V 2 – V 1 ) + νR(T 1 – T 4 )

= (p 2 V 2 – p 4 V 4 ) + (V 2 – V 1 ) = 2,7 J

(1đ)

Bài 4

(4 ®iÓm)

a Gọi vận tốc khối tâm của vành ( vận tốc chuyển động tịnh tiến) trước va chạm là v 0 Vì vành lăn không trượt nên vận tốc góc của chuyển động quay quanh tâm lúc này là: (1)

(0.25đ)

Do R<<H Theo định luật bảo toàn cơ năng:

b.Ngay sau va chạm đàn hồi, vận tốc khối tâm đổi ngược hướng, độ lớn vận tốc không đổi và do bỏ qua tác dụng của trọng lực trong quá trình va chạm, thành nhẵn nên chuyển động quay không thay đổi Kể từ thời điểm này có sự trượt giữa vành và mặt nghiêng Xét chuyển động lúc này.

Phương trình chuyển động tịnh tiến:

Vành chuyển động chậm dần đều với gia tốc a,

(0,25đ)

(0,25đ)

(0,5đ)

Vận tốc khối tâm:

(3).

Phương trình chuyển động quay:

Vành quay chậm dần đều với gia tốc góc Vận tốc góc của vành:

(4)

(0,5đ)

1 1 2



3 2

1 2

2

23 2

1 2

2

' 0, 2

7, 4%

2,7

A H Q

R

v0

0 



2 2

2 2

2 0 2 2 0

2 0

2

0 I mv mR 

mv mgH mgH  mv02  v0  gH

) cos sin

(

cos sin















g g

a

mg N

F

ma F

mg

ms

ms



















t g

g v

v 0  ( sin    cos  )

R

g mR

R F mR

I R

ms









2 2















t R





0 





0



ms

F 

0

v 

Vận tốc của chuyển động tịnh tiến bằng 0 khi:

Vận tốc của chuyển động quay bằng 0 khi:

Ta có , nghĩa là đến thời điểm t 1 vật bắt đầu chuyển động xuống Quãng đường đi được trong thời gian t 1 là:

(0,5đ)

(0,5đ

Bài 5

(2 ®iÓm) a Cơ sở lý thuyết

- Nếu truyền nhiệt lượng cho vật rắn kết tinh thì năng lượng dao động nhiệt của các hạt ở nút mạng tăng và do đó nhiệt độ của vật rắn tăng

Tuy nhiên, khi vật rắn bắt đầu nóng chảy thì nhiệt độ của nó không tăng lên nữa mặc dù ta vẫn tiếp tục cung cấp nhiệt lượng Nhiệt lượng truyền cho vật lúc này là để phá vỡ mạng tinh thể Vậy, nhiệt lượng cần thiết để chuyển một đơn vị khối lượng vật chất chuyển từ pha rắn sang pha lỏng ở nhiệt độ nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy Ở nhiệt độ nóng chảy, vật chất có thể đồng thời hai pha rắn và lỏng

- Bỏ cục nước đá có khối lượng m ở nhiệt độ 00C vào nhiệt lượng kế đựng nước Nhiệt độ của nước trong nhiệt lượng kế hạ từ t1 đến Nhiệt lượng tỏa ra bởi nước và nhiệt lượng kế làm tan nước đá từ 00C đến Nếu gọi m1 và c1 là khối lượng và nhiệt dung riêng của nhiệt lượng kế;

m2 và c2 là khối lượng và nhiệt dung riêng của nước cất, ta có : + Nhiệt lượng do nhiệt lượng kế và nước cất tỏa ra :

+ Nhiệt lượng mà khối nước đá nhận được làm nó nóng chảy hoàn toàn thành nước :

Trong đó, là nhiệt nóng chảy của nước đá,

Ta có :

Từ các biểu thức trên,

ta tính được :

(0,5đ)

(0,5đ)

b Các bước thực hành

- Xác định khối lượng nhiệt lượng kế và que khuấy m1, khối lượng nước cất m2 bằng cân kĩ thuật Sau đó cho nước cất vào trong bình nhiệt lượng kế

- Xác định khối lượng nước đá : không cân trực tiếp nước đá vì nó sẽ

(0,25đ)

(0,25đ)

 sin 2

max

2

0 h a

v

) cos (sin

2

sin sin

2

2 0 max

















a

v h



) cos sin

(

0 1





g

v t

t









1

2 t

t 

1 ( 1 1 2 2 )( 1 )

2 2 ( 0 )

 0

0 0

1 2

1 1 2 2 1

2

c m













cos cos

0 0

2

g

v g

R t

bị tan khi cân Khối lượng m của nước đá chính là độ tăng của khối

lượng nhiệt lượng kế và nước cân trước và sau khi làm thí nghiệm

- Khuấy đều nước trong 10 phút, ghi nhiệt độ từng phút một Lấy cục

nước đá khoảng 20g dùng giấy hút nước thấm khô rồi bỏ vào nhiệt

lượng kế Khuấy đều cho nước đá tan sau 0,5 phút ghi nhiệt độ nước

trong nhiệt lượng kế một lần

- Xác định t1 và :

+ Nếu dùng trực tiếp nhiệt kế

đo nhiệt độ ở các thời điểm trước và sau

khi làm thí nghiệm thì kết quả chưa được

chính xác khi ở nhiệt độ thấp nhiệt lượng

kế và nước sẽ nhận nhiệt từ môi trường

bên ngoài Muốn xác định t1 và chính xác

ta phải hiệu chính bằng đồ thị Vẽ đường

biểu diễn , trong đó t là nhiệt độ và T là

thời gian (gọi tp là nhiệt độ phòng):

+ Quá trình thí nghiệm có thể chia làm 3

thời kỳ

1 Khi chưa bỏ nước đá vào nhiệt lượng kế, nhiệt độ tròng bình

ít biến đổi Đồ thị được biễu diễn bằng đoạn AB

2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và nước đá Nhiệt độ trong

nhiệt lượng kế giảm nhanh Đồ thị được biễu diễn bằng đoạn BC

3 Quá trình nước đá đã tan hết Nhiệt độ trong nhiệt lượng kế

bắt đầu tăng lên do hấp thụ nhiệt từ môi trường bên ngoài Đồ thị được

biễu diễn bằng đoạn CD

+ Đoạn thẳng BC cắt đường tp tại M Từ M vẽ đường song song với

trục tung cắt đoạn AB kéo dài tại E và cắt đoạn CD kéo dài tại F Chiếu

E, F xuống trục tung ta thu được t1 và

(0,5đ)

-HẾT -

( )

D

0

t C

1

t

p

t

M E B A



Lưu ý: Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm