Đề thi học sinh giỏi môn Vật lý lớp 10 cấp trường năm 2020-2021 có đáp án - Trường THPT Đồng Đậu

Nhằm phục vụ quá trình học tập cũng như chuẩn bị cho kì thi học kì sắp đến. TaiLieu.VN gửi đến các bạn Đề thi học sinh giỏi môn Vật lý lớp 10 cấp trường năm 2020-2021 có đáp án - Trường THPT Đồng Đậu. Đây sẽ là tài liệu ôn tập hữu ích, giúp các bạn hệ thống lại kiến thức đã học đồng thời rèn luyện kỹ năng giải đề. Mời các bạn cùng tham khảo.

TRƯỜNG THPT ĐỒNG ĐẬU KÌ THI CHỌN HSG LỚP 10 THPT NĂM HỌC 2020-2021 ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian giao đề Câu 1(3 điểm): Hai xe ô tô bắt đầu chuyển động thẳng, nhanh dần hướng đến ngã tư hình vẽ Tại thời điểm ban đầu, xe A với OA  x01 có gia tốc a1; xe B với OB  x02 có gia tốc a2 Cho a1 = 3m/s2, x01 = -15m; a2= 4m/s2, x02 = -30m a) Tìm khoảng cách chúng sau 5s kể từ thời điểm ban đầu b) Sau hai chất điểm lại gần nhất? Tính khoảng cách chúng lúc x A O B Hình Câu 2(2 điểm): Một ô tô chạy đường thẳng với vận tốc 36m/s vượt qua viên cảnh sát giao thông đứng bên đường Chỉ 1s sau ô tô vượt qua, viên cảnh sát phóng xe đuổi theo với gia tốc không đổi 3m/s2, vận tốc ban đầu không a) Sau viên cảnh sát đuổi kịp ô tô kể từ cảnh sát bắt đầu xuất phát? b) Quãng đường mà viên cảnh sát vận tốc anh đuổi kịp ô tô Câu 3(1 điểm): Cần tác dụng lên vật m mặt phẳng nghiêng góc α lực F để vật nằm yên, hệ số ma sát vật mặt phẳng nghiêng k , biết vật có xu hướng trượt xuống(Hình 2) Hình Câu 4(1,5 điểm): Một nêm khối lượng M = 2m có dạng A hình vẽ Biết góc  = 300 Vật nhỏ khối lượng m trượt không vận tốc ban đầu, không ma sát từ đỉnh A mặt AB a/ Cố định nêm, tính gia tốc m Lấy g = 9,8 m/s2 b/ Nêm trượt khơng ma sát mặt sàn ngang Tính gia tốc nêm Hình Câu 5( 2,5điểm): Một cầu nhỏ có khối lượng m = 500g buộc vào sợi dây không giãn, khối lượng khơng đáng kể Hai đầu cịn lại buộc vào hai đầu thẳng đứng Cho hệ quay xung quanh trục thẳng đứng qua với tốc độ góc  Khi cầu quay mặt phẳng nằm ngang sợi dây tạo thành góc 900( hình vẽ 4) Chiều dài dây a = 30cm, dây b = 40cm Cho gia tốc rơi tự g = 10m/s2 Tính lực căng sợi dây hệ quay với  = 8rad/s Hình x m M  a  b B Câu 6(1 điểm): Một cầu nặng đồng chất treo dây vào điểm cố định tường thẳng đứng Xác định hệ số ma sát tường với cầu cho, cân bằng, điểm nối dây với cầu nằm đường thẳng đứng qua tâm cầu Câu (3 điểm): Thanh OA nhẹ gắn vào tường nhờ lề O Đầu A có treo vật nặng với trọng lượng P Để giữ cho nằm ngang cân ta dùng dây treo điểm B lên Biết OB=2AB (Hình 5) a Tính lực căng T dây phản lực Q lề theo góc α Xác định lực căng nhỏ phản lực nhỏ mà ta nhận thay đổi vị trí điểm treo C b Vì dây treo chịu lực căng tối đa 4P Hãy xác định vị trí C dây treo để dây khơng bị đứt Dây đặt vị trí lực căng dây nhỏ nhất? C α A O B Hình P Câu 8(1 điểm): Một ếch khối lượng m = 150 g ngồi đầu ván có khối lượng M = 4,5 kg chiều dài L = 0,8 m nằm yên mặt nước Ếch bắt đầu nhảy lên theo hướng dọc chiều dài ván Hỏi phải nhảy với vận tốc ban đầu v0 để với bước nhảy tới mép cuối ván, góc nhảy hợp với phương ngang góc   150 ? Bỏ qua lực cản nước Lấy g = 10 m/s2 Câu (3 điểm): Một lắc đơn gồm bi A có khối lượng m = 1000 g treo sợi dài l = 1m (Hình 6) Kéo lắc lệch khỏi phương thẳng đứng góc 𝛼 = 300 thả không vận tốc đầu Bỏ qua lực cản môi trường lực ma sát a Tìm vận tốc hịn bi A qua vị trí cân Lấy g = 9,8 m/s b Khi đến vị trí cân bằng, viên bi A va chạm đàn hồi xuyên tâm với bi B có khối lượng m1 = 500 g đứng yên mặt bàn Tìm vận tốc hai hịn bi sau va chạm c Giả sử bàn cao 0,8 m so với sàn nhà bi B nằm mép bàn Xác định quỹ đạo chuyển động bi B Sau bi B rơi đến sàn nhà điểm rơi cách chân bàn O bao nhiêu? A B 0,8m Hình Câu 10 (2 điểm): Cho gỗ thẳng dài quay quanh trục lắp cố định giá thí nghiệm, thước chia tới milimet, bình hình trụ lớn đựng nước (đã biết khối lượng riêng nước), bình hình trụ lớn đựng dầu hoả, lọ nhỏ rỗng, lọ nhỏ chứa đầy cát có nút đậy kín, hai sợi dây Hãy trình bày phương án xác định khối lượng riêng dầu hoả Hết Thí sinh khơng sử dụng tài liệu Cán coi thi không giải thích thêm Họ tên thí sinh:……………………………….Số báo danh:……………………………… HƯỚNG DẪN CHẤM Câu Đáp án Điểm 0,5 x1  x01  a1t  15  1,5t 2 a Phương trình chuyển động xe từ A: Phương trình chuyển động xe từ B: x2  x02  a2 t  30  2t 2 0,5 Khoảng cách hai xe thời điểm t 2 d  x12  x22  (a12  a22 )t  (a1 x01  a2 x02 )t  x01  x02    d  x12  x22  1,5t  15  2t  30  0,5   25 25  t  165t  1125  t  13,  36 4 Sau 5s, khoảng cách chúng: d= 30,1 m 0,5 b d  36  dmin  0,5 dmin   t  13,  3,63s 0,5 a Chọn Ox chiều chuyển động tơ, ≡ vị trí đứng cảnh sát, t =0 lúc cảnh sát xuất phát Phương trình chuyển động hai xe: tơ: x1 = 36(t – 1) = 36t + 36 cảnh sát: x2 = 𝑎𝑡 = 1,5t2 - Khi cảnh sát đuổi kịp ô tô: x1 = x2 → t ≈ 25s Sau chuyển động 25s cảnh sát đuổi kịp ô tô b Vận tốc cảnh sát đuổi kịp ô tô: v = at = 25.3 ≈ 75(m/s) Quãng đường cảnh sát được: s = 2at2 ≈ 935,5m 0,5 0,5 0,5 0,5 HV (0,25) Chọn hệ trục Oxy hình vẽ Áp dụng định luật II Niu-tơn ta có:     F P N  Fms  0,25 Chiếu phương trình lên trục Oy: N - Pcos α - Fsin α = => N = Pcos α + F sin α 0,25 Fms = kN = k(mgcos α + F sin α ) Chiếu phương trình lên trục Ox : Psin α - F cos α - Fms = => F cos α = Psin α - Fms = mg sin α - kmg cos α - kF sin α F mg(sin  kcox) mg(tg  k )  cos  k sin  ktg 0,25 a/ Gia tốc m: a = g.sin  = 9,8.sin300 = 4,9 m/s2 b/ Xét m HQC gắn với nêm: ⃗N ⃗ N = mg.cos  - Fqt.sin  = mg.cos  - ma.sin  a gia tốc nêm Xét chuyển động nêm HQC O: a ⃗N ⃗’ N’sin  = 2ma; mà N = N’ => (mg.cos  - ma.sin  ) sin  = 2ma => g cos  sin  = (sin2  + 2).a g sin 2 => a  Thay số được: a  1,886 m/s2 2(sin   2) Xét hệ quy chiếu quay Điều kiện cân vật :      P  Ta  TB  Fqt  (1)  mg cos   Tb  Fqt cos   (2) cos   r  b ab a2  b2 HV(0,5) O 0,5 HV(0,5) 0,5  Chiếu lên phương sợi dây:  mg cos   Ta  Fqt cos   2 Với : Fqt  mr  m 0,5 r a 0,5 b a 0,5  a2  b2 r b cos    a a2  b2 Thay giá trị Fqt , cos  , cos   = 8rad/s vào (1) (2) ta : a ab Ta  mg  m 2 = 9,14N a  b2 a2  b2 Tb  mg b  m a 2b = 0,6N a2  b2 0,5 a2  b2 Khi cầu đứng cân lực tác dụng vào nó: ⃗⃗ ;trọng lực P Sức căng T ; lực ma sát Fms ; phản lực N Đối với trục quay lqua điểm A, vng góc mặt phẳng hình vẽ : Fms.R – N.R = hay Fms = N HV(0,5) A ⃗⃗ N 0,5 Mặt khác Fms ≤ k.N  k  a Chọn hệ toạ độ Oxy hình vẽ + Điều kiện cân mômen HV(0,5) vật với trục quay qua O là: C α A B O x O y MT  M P   T.OB.sin   P.OA  T  +Điều kiện cân lực là: 3P 2sin  0,25 QTP0 0,25 3P cos  2sin  3P P  Q y   Theo phương Oy: Q y  P  Tsin   Q y  P  2 Theo phương Ox: Q x  Tcos    Q x  0,25 0,25 + Phản lực Q lề tác dụng lên là: 9P P2 P Q Q Q  cotan    9cotan2  4 3P + Từ biểu thức lực căng T  ta thấy Tmin   90 (dây treo thẳng đứng) 2sin  3P P lực căng T  Cũng vị trí cotan    Q  Qmin  2 x 0,25 y 0,25 b Theo giả thiết ta có: Tmax  4P  3P  4P  sin    220    1580 2sin  0,5 Vậy để dây khơng bị đứt ta phải chọn điểm treo C cho góc treo α thoả mãn 220    1580 + Vì T dương, nên T sin  max,   90 Vậy dây đặt vng góc với OA B lực căng dây đạt giá trị nhỏ – Động lượng hệ ếch-ván bảo toàn theo phương ngang, nên : mv0cos  Mu (1) Trong v0 vận tốc ếch u vận tốc ván mặt nước nằm yên o 0,5 0,25 0,5 Để ếch nhảy tới mép L  u.t   v0cos  t (2) cuối Với t thời gian nhảy ếch Thay t  ván, cần thỏa mãn điều kiện: 2v0 sin  vào phương trình (2) g gL  3,93 m / s Giải hệ (1) (2) ta được; v0  m    1 sin 2 M  a Áp dụng định luật bảo toàn : Vận tốc bi A qua vị trí cân bằng: V0A= 0,25 gl (1  cos  ) = 1,62 m/s b Va chạm đàn hồi : Bảo toàn động lượng bảo toàn động 0,5 mV0A= m VA+m1V0B 1 m V02A = mVA2 + mV02B 2 0,5 => VA=0,54m/s; V0B= 2,16m/s c Hòn bi B chuyển động ném ngang: t= 10 2h = 0,4s =>S= V0B.t = 0,864m g - Lắp gỗ vào trục quay để có địn bẩy l l0 Treo lọ rỗng vào đòn bên phải, treo lọ đầy cát vào vị trí địn bên trái cho địn bẩy cân nằm ngang Ta có: P0.l0 = P.l (1) F - Nhúng lọ đựng đầy cát ngập nước tìm vị trí treo cho địn bẩy cân bằng: P0 l0 = (P – F) l’ (2) - Từ (1) (2): P0 P F = P(l’ – l)/l’ mà F = dnước.V P l 'l Suy ra: dnước =  V l' - Lặp lại thí nghiệm cách thay nước dầu hoả, tìm vị trí l’’ treo lọ cát để địn bẩy cân P l ' 'l - Ta có: ddầu =  V l' ' (l ' 'l )l ' - Suy ddầu = dnước  (l 'l )l ' ' (l ' 'l )l ' hay: Ddầu = Dnước  (l 'l )l ' ' 0,5 0,5 0,5 0,5 ... đầy cát có nút đậy kín, hai sợi dây Hãy trình bày phương án xác định khối lượng riêng dầu hoả Hết Thí sinh khơng sử dụng tài liệu Cán coi thi không giải thích thêm Họ tên thí sinh: ……………………………….Số... k(mgcos α + F sin α ) Chiếu phương trình lên trục Ox : Psin α - F cos α - Fms = => F cos α = Psin α - Fms = mg sin α - kmg cos α - kF sin α F mg(sin  kcox) mg(tg  k )  cos  k sin ... đầu ván có khối lượng M = 4,5 kg chiều dài L = 0,8 m nằm yên mặt nước Ếch bắt đầu nhảy lên theo hướng dọc chiều dài ván Hỏi phải nhảy với vận tốc ban đầu v0 để với bước nhảy tới mép cuối ván,