Đề thi học sinh giỏi môn Vật lý lớp 10 cấp trường năm 2020-2021 có đáp án - Trường THPT Liễn Sơn, Vĩnh Phúc

Luyện tập với Đề thi học sinh giỏi môn Vật lý lớp 10 cấp trường năm 2020-2021 có đáp án - Trường THPT Liễn Sơn, Vĩnh Phúc nhằm đánh giá sự hiểu biết và năng lực tiếp thu kiến thức của học sinh thông qua các câu hỏi đề thi. Để củng cố kiến thức và rèn luyện khả năng giải đề thi chính xác, mời quý thầy cô và các bạn cùng tham khảo đề thi.

SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT LIỄN SƠN ĐỀ THI CHỌN HSG LỚP 10 THPT CẤP TRƯỜNG NĂM HỌC 2020 – 2021 ĐỀ THI MƠN: VẬT LÍ ĐỀ CHÍNH THỨC Thời gian làm bài: 180 phút không kể thời gian giao đề Bài 1: Một đồng hồ tính gồm kim phút dài 2,5 cm kim dài 2,0 cm (hình 1) Coi kim quay mặt phẳng a) Tính tốc độ góc kim phút kim b) Mỗi ngày đêm, có lần kim phút kim gặp nhau, thời điểm ? Bài 2: Một chất điểm khối lượng m=2kg, chuyển động thẳng với đồ thị vận tốc thời gian hình vẽ a) Tính gia tốc nêu tính chất chuyển động chất điểm giai đoạn b) Xác định phương, chiều, độ lớn hợp lực tác dụng lên vật giai đoạn c) Viết phương trình chuyển động chất điểm chặng biết thời điểm ban đầu (t=0) vật có li độ xo = Hình v (m/s) A C B O t(s) Bài 3: Ba vật có khối lượng m = 5kg nối với sợi dây không giãn, khối lượng không đáng kể mặt bàn ngang Biết dây chịu lực căng tối đa T0=20N Hệ số ma sát bàn vật 1, m1 m2 2, 1 =0,3; 2 =0,2; 3 = 0,1 Người ta m3 kéo vật với lực F nằm ngang hình vẽ Lấy g=10m/s2 a) Tính gia tốc vật lực căng dây nối F=31,5N b) Tăng dần độ lớn lực F, hỏi Fmin để hai dây bị đứt? Bài 4: Một vật đặt chân mặt phẳng nghiêng (dài vô hạn) góc α = 300 so với phương nằm ngang Hệ số ma sát trượt vật mặt phẳng nghiêng µ = 0,2 Vật truyền vận tốc ban đầu v0 = m/s theo phương song song với mặt phẳng nghiêng hướng lên phía Cho g=10m/s2 a) Sau vật lên tới vị trí cao nhất? b) Quãng đường vật vị trí cao bao nhiêu? Bài 5: Một thang AB=l, đầu A tựa sàn ngang, đầu B tựa vào tường thẳng đứng Khối tâm C thang cách A đoạn l Thang hợp với sàn góc α 1) Chứng minh thang khơng thể đứng cân khơng có ma sát 2) Gọi hệ số ma sát thang với sàn tường k Biết góc α=600 Tính giá trị nhỏ k để thang đứng cân 3) Khi k=kmin, thang có bị trượt khơng, nếu: a) Một người có trọng lượng trọng lượng thang đứng điểm C b) Người đứng vị trí D cách A đoạn 2l 4) Chứng minh α nhỏ để thang khơng trượt ma sát lớn Tính kmin α=450 ( khơng có người) Bài 6: Xác định hệ số ma sát vật hình hộp với mặt phẳng nghiêng, với dụng cụ lực kế Biết góc nghiêng mặt phẳng α khơng đổi không đủ lớn để vật tự trượt -HẾT -Cán coi thi khơng giải thích thêm Họ tên thí sinh:……………………………Số báo danh:…………………Phòng thi… HƯỚNG DẪN CHẤM Câu 1a b 2a b c Môn: VẬT LÝ – LỚP 10 Nội dung Điểm Kim phút quay vòng ~ 2π rad 1h = 60min => ωphút = 2π rad/h = 0,105 rad/min 0,25 Kim quay vòng ~ 2π rad 12h = 720min => ωgiờ = π/6 rad/h = 8,73.10-3 rad/min 0,25 Trong hệ qui chiếu gắn với kim Kim phút quay với tốc độ ωp/g = ωphút − ωgiờ = 11π/6 (rad/h) 0,25 Mỗi ngày đêm 24 giờ, kim phút quay (11π/6).24 = 44π rad ~ 22 vòng, tức gặp 22 lần Thời gian lần 2π/(11π/6) = 12/11 (giờ) Lần 1: - phút Lần 2: 12/11 = 1h5min; Lần 3: 24/11 = 2h11min; Lần 4: 36/11 = 3h16min Lần 5: 48/11 = 4h22min; Lần 6: 5h27min; Lần 7: 6h33min; Lần 8: 7h38min Lần 9: 8h44min; Lần 10: 9h49min; Lần 11: 10h55min; Từ 13h đến 24h tương tự 0,25 Trên AB : a1  2m / s ; Do av< vật chuyển động chậm dần 0,25 Trên BC : a2  4m / s ; Do av>0 vật chuyển động nhanh dần 0,25 Hợp lực tác dụng : Trên AB : F1  m1a1  4 N ; F ngược chiều chuyển động vật 0,25 Trên BC : F2  m a2  N ; F chiều chuyển động vật 0,25 Trên AB : x1  8t  t (m) 0,25  82 0,25 Trên BC : x0  s1   16m 2(2) 0,5  x2  16  2(t  4)2  48  16t  2t (t  4) Định luật II Newton cho vật; P1  N1  T1  Fms1  ma1 Vật 1: x : F  T1  Fms1  ma y : N1  mg  F  T1  1mg  ma (1) , Vật 2: P2  N2  T1'  T2  Fms  ma2  T1  T2  2 mg  ma ' (3) Vật 3: P3  N3  T2  Fms  ma3  T2  3 mg  ma 3a F  ( 1  2  3 ) g 3m F Do 1  33; 2  23  a   23 g  0,1m / s 3m 2F Lực căng dây: T1  F  1mg  ma   3mg  16 N F T2  3mg  ma   3mg  5,5N Từ 1,2,3  a  (2) 0,25 0,25 0,25 0,25 Thấy T1 >T2 nên đứt dây nối vật đứt trước Dây bị đứt ta có: T1  b 2F  3 mg  T0 0,5 (T0  3 mg )  37,5N F  Vậy lực kéo F nhỏ để dây đứt 37,5N Ta chọn: Gốc toạ độ O: vị trí vật bắt đầu chuyển động Chiều dương Ox: Theo chiều chuyển động vật Chiều dương Oy: vng góc với mp nghiêng, hướng lên MTG : Lúc vật bắt đầu chuyển động ( t0 = 0) 0,5 0,25 * Các lực tác dụng lên vật: P, N , F ms (vẽ hình) * Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật: 0,25 P  N  F ms  ma (1) Chiếu phương trình(1) lên oy ta có: 4a N- P.cosmgcos  Lực ma sát tác dụng lên vật: Fms = .N = .mgcos Chiếu phương trình (1) lên ox ta có: 0,25 - P.sin– Fms = ma - mgsin - .mgcos = ma  a = - g(sin + cos) = - 6,7 m/s2 Thời gian để vật lên đến vị trí cao nhất: t  b Quãng đường vật được: s  v  v0    0,3s a 6,7 0,25 v v 04   0,3m 2a 2.6, 2 0,5 1) Khơng có ma sát thang khơng cân Điều kiện cân là: Tổng hợp lực tác dụng lên thanh:     R  P  N  N  Ba vectơ lực có tổng không không đồng quy khơng cân 2) Tính kmin Xét trạng thái giới hạn lực masát nghỉ cực đại Fms1=k.N1 ; Fms2=k.N2    Điều kiện cân bằng: P  N  N  Chiếu lên phương nằm ngang thẳng đứng ta có: N2=F1=k.N1 (1) P=N1+Fms2 =N1+k.N2 (2) Fms2 B N2 D · 0,25 · C N1 P Fms1 A l Chọn trục quay A P cos  N2 l.sin   Fms2 l.cos  P  N2 tan   k.N2 (3) N Từ (1) (2) => P   k.N2 (4) k Từ (3) (4) ta có: 2.k  (3 tan  ).k   (5)  Thay góc α=600 giải nghiệm kmin=0,18 3) a) Thang có trượt khơng? Kmin thỏa mãn công thức (5) không phụ thuộc vào trọng lực P nên người đứng khối tâm C ( tức P tăng ) thang không bị trượt b) Người đứng D Khi khối tâm hệ người thang trung điểm I AB Điều kiện cân lúc là: N2=F1=k.N1 (6) 2P=N1+Fms2 =N1+k.N2 (7) Phương trình momen là: 0,25 0,25 l 2P cos  N l.sin   Fms2 l cos   P  N2 tan   k.N2 (8) Giải phương trình (6) (7) (8) ta có: k  tan  k    k  0,27 Ta thấy k > kmin nên thang bị trượt 0,25 4) Tính kmin α=45 Trở lại phương trình (5): 2.k  (3 tan  ).k   0 Giải kmin  0,25 tan    tan  đặt x=tanα y=4.kmin ta có hàm số y  9.x   3x sau đạo hàm y’ Đọc số lực kế, Fk + Vật tự trượt => Kéo vật lên dốc: Fk = P.sinα + Fms => Fms = Fk – P.sinα + Vật không tự trượt => Kéo vật xuống dốc: Fk + P.sinα = Fms (cũng kéo vật lên)  Thí sinh giải theo cách khác hướng dẫn chấm, giám khảo cho điểm tối đa;  Mỗi lần thiếu đơn vị trừ 0,25 điểm, tối đa trừ 0,5 điểm câu lớn 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 ... -HẾT -Cán coi thi không giải thích thêm Họ tên thí sinh: ……………………………Số báo danh:…………………Phịng thi? ?? HƯỚNG DẪN CHẤM Câu 1a b 2a b c Môn: VẬT LÝ – LỚP 10 Nội dung Điểm Kim phút quay... trình (1) lên ox ta có: 0,25 - P.sin– Fms = ma - mgsin - .mgcos = ma  a = - g(sin + cos) = - 6,7 m/s2 Thời gian để vật lên đến vị trí cao nhất: t  b Quãng đường vật được: s  v  v0  ... khơng có người) Bài 6: Xác định hệ số ma sát vật hình hộp với mặt phẳng nghiêng, với dụng cụ lực kế Biết góc nghiêng mặt phẳng α không đổi không đủ lớn để vật tự trượt -HẾT -Cán