2/ Để đưa một vật nặng 204kg lên cao 10m, người ta dùng một trong hai cách sau: a, Dùng palăng gồm một ròng rọc cố định và một ròng rọc động thì lực kéo dây để nâng vật lên là 1200N.. Tí[r]
(1)Ubnd huyện yên lạc
Phòng GD&ĐT Yên Lạc Đề thi học sinh giỏi lớp cấp huyệnNăm học 2011 - 2012 Môn thi: Vật Lý
Thời giam làm bài: 150 phút không kể thời gian giao đề.
Câu 1:
1/ Một người xe đạp quãng đường S Đi nửa quãng đường đầu với vận tốc 10km/h, nửa thời gian lại với vận tốc 5km/h cuối với vận tốc 20km/h Tính vận tốc trung bình quãng đường S
2/ Để đưa vật nặng 204kg lên cao 10m, người ta dùng hai cách sau: a, Dùng palăng gồm ròng rọc cố định rịng rọc động lực kéo dây để nâng vật lên 1200N Tính hiệu suất palăng khối lượng ròng rọc động, biết hao phí để nâng rịng rọc động 1/6 hao phí tổng cộng
b, Dùng mặt phẳng nghiêng dài 12m lực kéo vật 1900N Tính lực ma sát vật mặt phẳng nghiêng? Tính hiệu suất mặt phẳng nghiêng?
3/ Trình bày phương án xác định khối lượng riêng vật kim loại có hình dạng Cho dụng cụ: Lực kế, bình nước, khối lượng riêng nước Dn
Câu 2: Thả 1kg nước đá -300C vào bình chứa 2kg nước 480C. a, Xác định nhiệt độ hỗn hợp có cân nhiệt
b, Sau người ta thả vào bình cục nước đá 00C, gồm mẩu chì có khối lượng 10g 200g nước đá bao quanh mẩu chì Cần rót vào bình nước 100C để cục nước đá chứa chì bắt đầu chìm? Cho nhiệt dung riêng nước đá 2100J/kg.k; nước 4200J/kg.k Nhiệt nóng chảy nước đá 340000J/kg Khối lượng riêng nước đá 900kg/m3, nước 1000kg/m3, chì 11500kg/m3 Bỏ qua hao phí
Câu 3: Cho hai gương phẳng quay mặt phản xạ vào hợp với góc α Chiếu tia sáng SI song song với gương đến gương Xác định đường tia sáng trường hợp sau: a, α = 600 b, α = 300
Câu 4: Cho mạch điện H1 Biến trở MN có điện trở 54W phân bố theo chiều dài R1= R2= 90W, đèn Đ1 ghi 6V-3W, đèn Đ2 ghi 6V-0,4W, đèn Đ3 Đ4 ghi 3V-0,2W 1/ Lập biểu thức tính điện trở mạch AB chạy C nằm vị trí biến trở 2/ Đặt vào hai điểm A B hiệu điện U = 16V Hãy xác định vị trí chạy C để:
a, Các bóng đèn sáng cơng suất định mức
b, Cơng suất tiêu thụ tồn mạch nhỏ Tính giá trị cơng suất này? Coi điện trở đèn không đổi bỏ qua điện trở dây nối
Câu 5: Cho mạch điện H2
R1 = 6W, R2= 3W, R3= R4 = 2W, R5 đèn 3V-1,5W sáng bình thường, dịng điện qua đèn có chiều từ D đến C Tính UAB RAB?
Hết
HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI LỚP – NĂM HỌC: 2011 – 2012 MÔN VẬT LÝ
A +
H
B _
R2 R1
N M
C
Đ4
Đ3 Đ1
Đ2
R5 R4 R3
R2
R1 C
B _ A
+
D
(2)Câu Lời giải Điểm 1
(3đ) 1/ Thời gian hết nửa quãng đường đầu t1=
S 2 v1=
S 10=
S 20
Gọi thời gian hết quãng đường lại t2
Quãng đường với vận tốc V2 = 5km/h là: S1 = V2
t2
2=2,5 t2 Quãng đường với vận tốc V3 = 20km/h là: S2 = V3
t2 2=10 t2 Theo đầu ta có: S1+ S2 = S2⇔2,5 t2+10 t2=
S 2⇔t2=
S 25
Vận tốc TB quãng đường S là:
Vtb=
S t1+t2=
S S 20+
S 25
=100
9 ≈ 11, 1(km /h)
Vậy vận tốc TB quãng đường S 11, km/h
0,125 0,125 0,125 0,125 0,5
2/ Trọng lượng vật: P = 10.m = 10.204 = 2040(N)
Cơng có ích đưa vật lên độ cao h = 10m là: A1 = P.h = 2040.10 = 20400(J)
a,Dùng palăng gồm 1RR động 1RR cố định để đưa vật lên độ cao h
thì phải kéo dây đoạn S = 2h = 20m
Công lực kéo(cơng tồn phần) là: A = F1.S = 1200.20 = 24000(J) Hiệu suất palăng là: H1 =
A1 A =
20400
24000=0 , 85=85 %
Hao phí để nâng RR động là: Ahp =
A − A1
6 =
24000− 20400
6 =600(J )
Khi vật lên độ cao h RR động lên độ cao h Ta có: Ahp= 10.mr.h ⇔600=10 mr 10⇔mr=6 (kg)
Vậy hiệu suất palăng 85% khối lượng RR động 6kg
b, Cơng tồn phần kéo vật lên theo mpn là:
Atp= F2.l = 1900.12 = 22800(J) Hiệu suất mpn là: H2=
A1 Atp
=20400
22800≈ ,895 ≈ 89 , % Lực ma sát vật mpn là: Fms =
Atp− A1
l =
22800− 20400
12 =200(N )
Vậy hiệu suất mpn 89 , % lực ma sát vật mpn 200N
0,125 0,125 0,125 0,125
0,125 0,125 0,125 0,125
3/ Khối lượng riêng vật kim loại có hình dạng xác
định cơng thức: D=m
V (*) Trong đó: m khối lượng vật
V thể tích vật Bước 1: Dùng lực kế đo trọng lượng vật khơng khí P1 Bước 2: Nhúng vật chìm hồn tồn nước, đo trọng lượng vật nước P2
Bước 3: Tính tốn
- Khối lượng vật là: m = P1
10
- Lực đẩy Ácsimét nước tác dụng lên vật là: FA = 10.Dn.V = P1-P2 ⇔ V =
P1− P2 10 Dn
(3)- Thay vào (*) ta có: D = Vm =
P1 10 P1− P2
10 Dn
= P1 Dn P1− P2 - Vậy khối lượng riêng vật D = P1 Dn
P1− P2
0,5
2 (2đ)
a, Nhiệt lượng m1= 1kg nước đá t1= -300C thu vào để nóng chảy hết thành nước 00C là:
Q1 = m1C1(0-t1) + m1 λ = 1.2100.30 + 1.340000 = 403000(J)
Nhiệt lượng m2 = 2kg nước tỏa để hạ nhiệt độ từ 480C xuống 00C là: Q2 = m2C2(t2 – 0) = 2.4200.48 = 403200(J)
Ta thấy Q2 > Q1 nên nhiệt độ chung có CBN t > 00C
Nhiệt lượng m1= 1kg nước thu vào để tăng nhiệt độ từ 00C lên t0C là: Q1’ = m1C2(t – 0) = 4200.t
Nhiệt lượng m2 = 2kg nước tỏa để hạ nhiệt độ từ 480C xuống t0C là: Q2’ = m2C2(t2 – t) = 2.4200(48 – t) = 403200 – 8400t
Ta có phương trình cân nhiệt:
Q1 + Q1’ = Q2’ ⇔ 403000 + 4200t = 403200 – 8400t ⇔ t 0,0160C Vậy nhiệt độ hỗn hợp có CBN 0,0160C
0,125 0,125 0,25 0,125 0,125 0,25
b, Đổi mc = 10g = 0,01kg; mđ = 200g = 0,2kg
Gọi khối lượng nước đá bao quanh cuc chì bắt đầu chìm m kg Cục nước đá chứa chì bắt đầu chìm trọng lượng cục nước đá chứa chì lực đẩy Ácsimét nước tác dụng lên nó:
P = FA ⇔ 10(mC+m)=10 Dn(
mC DC
+ m
Dđ
)
⇔ 10(0 , 01+0,2)=10 1000( 0 , 01
11500 +
m 900)
⇔ m 0,0822(kg) Khối lượng nước đá nóng chảy là:
mx = mđ – m = 0,2 – 0,0822 = 0,1178(kg)
Khi cục nước đá chứa chì bắt đầu chìm bình tồn nước nước đá nên nhiệt độ hỗn hợp 00C
Goị khối lượng nước 100C cần rót vào bình m kg Ta có phương trình cân nhiệt:
(m1+m2)C2(t-0) + m3C2(t3 – 0) = mx λ
⇔ (1+2).4200.0,016 + m3.4200.10 = 0,1178.340000
⇔ m3 0,9488(kg)
Vậy cần rót vào bình 0,9488kg nước 100C cục nước đá chứa chì bắt đầu chìm
0,25
0,25 0,25
0,25
3 1,5đ
Chứng minh tốn phụ: Góc tạo tia tới gương phẳng góc tạo tia phản xạ gương phẳng
a, α = 600
(4)Vẽ tia tới SI đến (G1) song song với (G2) Ta có ∠G 1IS = ∠ O = α = 600(đồng vị)
⇒ ∠ OIK = ∠ G1IS = 600 (theo CM trên) Xét Δ OIK có ∠ OKI = 1080 – ∠ OIK - α = 1080 – 600 - 600
= 600
⇒ ∠ RKG2 = ∠ OKI = 600(theo CM trên)
⇒ ∠ O = ∠ RKG2 = 600 Hai góc vị trí đồng vị ⇒ KR//(G1) không gặp lại hệ gương
Vậy đường tia sáng SIKR
Vẽ hình 0,25
0,25
b, α = 300
-Vẽ tia tới SI đến (G1) song song với (G2) Cho tia phản xạ IJ
Ta có ∠G 1IS = ∠ O = α = 300(đồng vị) ⇒ ∠ OIJ = ∠ G1IS = 300 (theo CM trên) Xét Δ OIJ có:
∠ IJG2 = ∠ O + ∠ OIJ
= 300 + 300 = 600(t/c góc ngồi tam giác) -Tia tới IJ đến (G2) cho tia phản xạ JK
⇒ ∠ OJK = ∠ IJG2 = 600(theo CM trên) Xét Δ OKJ có:
∠ IKJ = ∠ O + ∠ OJK = 300 + 600 = 900(t/c góc ngồi tam giác) ⇒ JK (G1) ⇒ Tia sáng JK sau gặp (G1) phản xạ theo phương cũ theo phương IS không gặp lại hệ gương
Vậy đường tia sáng SIJKJIS
Vẽ hình 0,25
0,25
0,25
4 2đ
I
O
G K
J G
2
S G G
1
O
K
I S
R
I1
D
Iđ2 Iđ3
Đ1 A
+
R1 R2
Đ3 Đ4
(5)Vẽ lại mạch điện
SĐMĐ: [({[(Đ3//R1)nt(Đ4//R2)]//Đ2}ntRCM)//RCN]nt Đ1
Tính cường độ dòng điện định mức điện trở Đ1 Iđ1= 0,5A; Rđ1= 12 Ω
Tính cường độ dòng điện định mức điện trở Đ2 Iđ2= 151 A; Rđ2= 90 Ω
Tính cường độ dịng điện định mức điện trở Đ3 Đ4 Iđ3= Iđ4 = 151 A; Rđ3= Rđ4 = 45 Ω
1/ Khi chạy C vị trí bất kì
Đặt RCM = x( Ω ) (0 x ≤ 54¿ Thì RCN = 54 – x Tính RMDB = 60 Ω
RMB = 36 Ω RCMB = x+36 RCB =
RCMB RCN RCMB+RCN
=(x+36).(54 − x) x +36+54+ x =
1944+18 x − x2 90
Điện trở tương đương mđ AB là:
RAB = Rđ1+RCB = 12+
x − 9¿2 ¿
3105 −¿
1944+18 x − x2
90 =
3024+18 x − x2
90 =¿
(*)
* Nếu đặt RCN = x RAB = 1080+90 x − x
90 =
3105 −(45 − x2
) 90
0,25
0,25
0,25
0,25
2/ Đặt vào điểm A B hiệu điện U = 16V
a, Để bóng đèn sáng cơng suất định mức hiệu điện hai đầu đèn hiệu điện định mức cường độ dòng điện qua đèn cường độ dòng điện định mức
Ta có: UCM = U – Uđ1 – Uđ2 = 16 – – = 4V Cường độ dòng điện qua R1 là: I1=
Uđ 3 R1
= 90=
1 30(A ) ICM = Iđ3+I1+Iđ2= 151 +301 +151 =16(A)
RCM =
UCM ICM
=4
1
=24 (Ω)
Vậy chạy C vị trí cho RCM = 24 Ω đèn sáng công suất định mức
b, Cơng suất tiêu thụ tồn mạch là: P = U
RAB
0,125 0,125 0,25
C Iđ2 N B
-ICM A
+
M
Đ2 RCM
(6)Vì U khơng đổi nên P nhỏ RAB lớn
Theo(*) ta có RAB lớn (x-9)2 = ⇔ x = Ω Khi Pmin =
U2 RABmax
=16
2
3105 90
≈7 , 42W
Vậy chạy C vị trí cho RCM = Ω cơng suất tiêu thụ tồn mạch nhỏ 7,42W
0,25 0,25
5 1,5đ
Gọi hiệu điện hai đầu R1, R2,R3,R4 R5 U1,U2,U3,U4 U5
Biểu diễn cường độ dòng điện đoạn mạch hình vẽ Đặt U1 UAB làm ẩn
Ta có: U2 = UAB – U1
U3 = U1 – U5 = U1 –
U4 = UAB – U3 = UAB – U1 + Cường độ dòng điện qua đèn là: I5 =
P5 U5
=1,5
3 =0,5 (A )
Tại nút C ta có: I1 + I5 = I2 ⇔
U1
R1
+0,5=U2 R2
⇔U1
6 +0,5=
UAB−U1
3 ⇔3 U1=2 UAB−3 (1) Tại nút D ta có:
I3 = I5 + I4 ⇔ U3
R3
=0,5+U4
R4
=0,5+UAB−U1+3
2 ⇔UAB=2 U1−7 (2) Thay (2) vào(1) ta có: 3.U1 = 2(2U1-7) – ⇔ U1 = 17(V)
Thay số vào (2) có: UAB = 2.17 – = 27(V) Ta có: I1 =
U1
R1
=17
6 A ; I3 =
U1−3
R3
=17− 3
2 =7( A)
Cường độ dịng điện mạch là: I = I1 + I3 =
17
6 +7=
59 (A)
Điện trở tương đương mạch điện là: RAB =
UAB
I =
27 59
=162
59 ≈ ,75 (Ω)
Vậy UAB = 27V RAB 2,75 Ω
Chú ý: Nếu học sinh làm theo cách khác mà chất vật lý và kết cho điểm tối đa Trong HS không ghi đơn vị đại lượng cần tìm(hoặc ghi sai đơn vị) hai lần trừ 0,25 điểm cho tồn bài.
0,25
0,25
0,25 0,25 0,25
0,25
I5 I4
I3
I2 I1
I
R5 R4 R3
R2
R1 C
B _ A
+
D
(7)