+ Cho nhiệt kế vào bình nhiệt lượng kế đồng thời rót nước nóng vào bình đến vừa ngập vật để theo dõi nhiệt độ của nước trong bình + Khi có cân bằng nhiệt giữa nước trong bình và M, nhiệt[r]
(1)SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÁI BÌNH ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP THCS NĂM HỌC 2012-2013 Môn thi: VẬT LÍ Thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề) (Đề thi gồm 02 trang) Bài (4 điểm) Từ điểm A trên đường thẳng, động tử I bắt đầu xuất phát và chuyển động B với vận tốc ban đầu vo = 1m/s Biết sau 2s chuyển động thì I lại ngừng chuyển động 3s và sau đó nó chuyển động tiếp với vận tốc tăng gấp lần so với trước nghỉ, chuyển động thì động tử I chuyển động thẳng Sau bao lâu động tử I chuyển động đến B? Biết AB = 728m Cùng thời điểm I xuất phát, có động tử thứ hai (II) bắt đầu chuyển động với vận tốc không đổi vII từ B phía A Để các động tử gặp thời điểm động tử I kết thúc lần nghỉ thứ thì vận tốc vII bao nhiêu? Bài (4 điểm) Người ta đưa khối kim loại M hình lăng trụ đứng có nhiệt độ 220C vào bếp lò nhỏ thời gian phút Nhiệt độ M vừa lấy khỏi lò là 85oC và sau đó thả M vào bình cách nhiệt hình lăng trụ đứng chứa nước thì thấy nước vừa ngập hết chiều cao M (đáy M nằm ngang và tiếp xúc đáy bình) Nhiệt độ nước bình trước thả M vào là 220C và nhiệt độ có cân nhiệt sau thả M vào là 500C Diện tích đáy M nửa diện tích đáy bình, khối lượng riêng nó gấp lần khối lượng riêng nước Nhiệt dung riêng nước là cn = 4200J/kg.K Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường, với bình cách nhiệt và thay đổi thể tích các vật theo nhiệt độ a Xác định nhiệt dung riêng c khối kim loại M b Biết lò hoạt động ổn định và có 10% nhiệt lượng tỏa đốt than lò dùng làm nóng M Khối lượng M là 0,7kg; suất tỏa nhiệt than là 3.106 J/kg Tính khối lượng than mà lò đốt 1,5 Trình bày cách xác định nhiệt dung riêng c khối kim loại trên với các dụng cụ: Một bình nhiệt lượng kế có kích thước phù hợp và nhiệt dung không đáng kể; bình thủy chứa nước nóng; nhiệt kế và cốc đo thể tích Cho biết nhiệt dung riêng cn và khối lượng riêng Dn nước; khối lượng M khối kim loại đã biết trước Bài (4 điểm) Cho mạch điện hình vẽ Nguồn có hiệu điện không đổi U = 24V Điện trở toàn phần biến trở R = 6Ω, R1= 3Ω, bóng đèn có điện trở không đổi Rđ= 6Ω, ampe kế lí tưởng Khi K đóng: Con chạy C vị trí điểm N thì ampe kế 4A Tính giá trị R2 Khi K mở: Tìm vị trí chạy C để đèn tối nhất, sáng nhất? M R1 U C R R2 N K A Đ Bài (4 điểm) Để đo tiêu cự f thấu kính hội tụ, hai bạn Thái và Bình thực theo các cách sau: - Cách Thái: Cố định thấu kính trên giá Ban đầu đặt vật sáng mỏng AB và màn ảnh vuông góc với trục chính và sát thấu kính Sau đó di chuyển đồng thời vật và màn ảnh xa dần thấu kính cho khoảng cách từ vật và màn đến thấu kính luôn thu ảnh rõ nét vật trên màn Đo khoảng cách L từ vật đến màn đó, từ đó xác định f theo L - Cách Bình: Đặt vật sáng AB và màn ảnh cố định trên giá và vuông góc với trục chính Dịch thấu kính đến vị trí O1 cho thu ảnh rõ nét vật trên màn đo độ cao h1 ảnh Tiếp đó dịch thấu kính đến vị trí O2 để lại có ảnh rõ nét trên màn và đo tiếp chiều cao h2 ảnh Đo khoảng cách a = O1O2, từ đó tính tiêu cự f (2) Với cách Thái, hãy lập biểu thức tính tiêu cự f thấu kính theo L và nhận xét chiều cao ảnh và vật đó Với cách Bình: a Để có thể thực phép đo tiêu cự theo cách này thì điều kiện khoảng cách D vật AB và màn ảnh phải thỏa mãn điều kiện gì? b Kết đo Bình cho h1 = 1cm, h2 = 4cm Hãy tính chiều cao h vật AB Thực tế hai bạn có thước có giới hạn đo không vượt quá 20 cm và chia độ tới milimet, biết thấu kính có tiêu cự cỡ từ 10cm đến 15cm; vật sáng cao 2cm Em hãy giúp các bạn đo tiêu cự thấu kính này với thước đó cách phù hợp? Bài (4 điểm) Năm 2005, công ti điện lực dùng đường dây tải điện với hiệu điện nơi cấp điện là 2kV để cấp điện cho khu dân cư với hiệu suất truyền tải là 90% Đến năm 2013, dân cư khu vực đó tăng lên khiến cho công suất tiêu thụ điện tăng lên gấp lần so với năm 2005 đó phải dùng hệ thống đường dây tải điện cũ và với hiệu điện nơi cung cấp không thay đổi Hỏi đến năm 2013: Hiệu suất tải điện là bao nhiêu? Biết hiệu suất truyền tải lớn 50% Để hiệu suất tải điện là 90%, công ti đó phải tăng hiệu điện nơi cấp lên đến giá trị nào? Ghi chú: - Học sinh không áp dụng trực tiếp công thức thấu kính - Cho biết công thức: a a a a n (a n 1) a , với a ≠ Cán coi thi không giải thích gì thêm - HẾT - Họ và tên thí sinh: Số báo danh: (3) SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÁI BÌNH KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP THCS NĂM HỌC 2012-2013 ĐÁP ÁN VÀ BIỂU ĐIỂM MÔN VẬT LÍ (Gồm trang) BÀI NỘI DUNG ĐIỂM BÀI I điểm Ý1 Ý2 Cứ sau 2s chuyển động động tử ta gọi là nhóm chuyển động Vận tốc 0,5 động tử n nhóm đầu tiên 30 ; 31 ; 32 ; 33 ; ….; 3n-1 (m/s) Quãng đường tương ứng mà động tử n nhóm thời gian tương ứng 2.30 ; 2.31 ; 2.32 ; 2.33 ; ….; 2.3n-1 (m) Quãng đường mà động tử chuyển động thời gian này Sn = 2(30 + 31 + 32 + 33 + ….+ 3n-1) (m) Sn = (3n -1) (m) 0,5 Cứ sau n lần chuyển động thì có (n -1) lần nghỉ 0,5 Ta có phương trình Sn = (3n -1) = 728 3n = 729 Ta thấy 36 = 729 nên ta chọn n = Vậy động tử vừa hết quãng đường n = 0,5 Thời gian động tử chuyển động ứng với n = t1 = 2*6 = 12s 0,5 Thời gian động tử nghỉ t2 = 3* (n-1) = 3*5 = 15s Vậy động tử đến B sau thời gian: t1 + t2 = 12+15 = 27s 0,5 Tại thời điểm kết thúc lần nghỉ thứ động tử I quãng đường s1 = (35 -1) = 242m Quãng đường động tử II đến gặp động tử I S2 = 728 – 242 = 486 (m) 0,5 Thời gian tính từ thời điểm ban đầu đến thời điểm kết thúc lần nghỉ thứ t = 2*5 +3*5 = 25s Vận tốc động tử II VII = S2/t = 486/25 = 19,44 m/s 0,5 Gọi nhiệt độ M và nước ban đầu là t1 Nhiệt độ M sau lấy khỏi lò là t2; nhiệt độ có cân nhiệt là t Khối lượng riêng M và nước: DM = 7Dn Diện tích đáy M và bình: SM = Sb/2 Chiều cao M là h Khối lượng khối kim loại: M S M h.DM S M h.7 Dn 0,5 Bài II điểm Ý 1a (4) BÀI NỘI DUNG Khối lượng nước bình : mn ( Sb S M ).h.Dn S M h.Dn M / ĐIỂM 0,5 Bỏ qua trao đổi nhiệt với bình và môi trường nên nhiệt lượng M tỏa thả 0,5 vào bình dùng làm nóng nước Khi đó ta có : M c.(t2 t ) mn cn (t t1 ) 7mn c.(t t ) mn cn (t t1 ) c Ý1b Ý2 t t1 50 22 cn 4200 480( J / kg K ) 7(t2 t ) 7(85 50) 0,5 + Nhiệt lượng cần để làm M nóng lên lò : Q1 = M.c.(t2 – t1) = 0,7.480.(85 – 22) = 21168(J) 0,5 + Nhiệt lượng than cháy lò tỏa phút : Q2 = 10.Q1 = 211680J + Nhiệt lượng than cháy tỏa 1,5 = 90 phút: Q = (90 : 5).Q2 = (90/5).211680 = 810 240 (J) 0,5 + Khối lượng than mà lò đốt 1,5 giờ: m = Q/q = 810 240J: 000 000J/kg ≈ 1,27kg 0,5 Có thể thực đo nhiệt dung riêng M theo các bước sau: 0,5 + Cho khối M vào bình nhiệt lượng kế; + Đọc số nhiệt độ t M trên nhiệt kế (nhiệt độ M đặt môi trường có cùng nhiệt độ với môi trường) + Rót ít nước nóng vào cốc đong và dùng nhiệt kế đo nhiệt độ t n nước nóng + Cho nhiệt kế vào bình nhiệt lượng kế đồng thời rót nước nóng vào bình đến vừa ngập vật để theo dõi nhiệt độ nước bình + Khi có cân nhiệt nước bình và M, nhiệt độ đã ổn định, đọc giá trị nhiệt độ cân t (lưu ý bình cách nhiệt nên t là nhiệt độ cân bên bình Không nên rót quá nhiều nước nóng vào bình vì chênh lệch nhiệt độ tn và t nhỏ làm phép đo khó khăn hơn) + Rót toàn nước bình nhiệt lượng kế cốc đong để đo thể tích V nước đã đổ vào bình nhiệt lượng kế + Từ thể tích nước V => khối lượng nước mn + Áp dụng phương trình cân nhiệt: m c (t t ) V Dn cn (tn t ) M c.(t t M ) mn cn (tn t ) c n n n M (t tM ) M (t t M ) + Đánh giá: Phép đo trên cho kết chưa chính xác mát nhiệt với môi trường và thực tế không thể bỏ qua nhiệt dung bình nhiệt lượng kế Ngoài còn khó khăn việc đo thể tích để tính khối lượng nước nóng đã rót và số nguyên nhân khác BÀI điểm Khi K đóng và chạy N thì toàn thì toàn biến trở MN mắc song song vơi 0,5 Ý1 Ampe kế, biến trở bị nối tắt đó R Rd ntR1 mạch : Ampe kế đo cường độ dòng điện mạch chính nên 0,5 (5) BÀI NỘI DUNG ĐIỂM U Rm 6 I 0,5 R2 d 6 Ý2 R2 Rd RR Rm d R1 R2 Rd R2 Rd R2 R2 6 R2 Khi K mở Rd ntRNC R2 ntRCM ntR1 0,5 Gọi RMC x ; RNC 6 x RdNC 12 x RBC RdNC R2 (12 x )6 (12 x )6 RdNC R2 12 x 18 x R RBC R1 RCM R (12 x )6 3 x 18 x R x x 126 18 x U U (18 x) I R x x 126 6U (12 x) U BC I RBC x x 126 U 6U 144 I d BC Id (1) RdNC x x 126 x x 126 0,5 2 + Ta thấy x x 126 146, 25 ( x 4,5) 0,5 Vậy x x 126 Max 0,5 x 4,5 I 0, 985 A Thay x = 4,5 vào pt (1) ta có d Min thì đèn sáng tối Vậy RMC = 4,5 0,5 + Ta thấy x x 126 x(9 x) 126 Mà x 6 nên x(9 x) 0 x(9 x) 126 126 I d 144 144 1,143 x (9 x) 126 126 I 1,143 A Dấu xẩy x = đó d MAX thì đèn sáng Vậy Vậy RMC = BÀI 4 điểm 0,5 (6) BÀI Ý1 NỘI DUNG ĐIỂM Biểu thức tính f theo cách Thái: + Đặt : AB = h ; A’B’ = h’ AO = d ; OA’ = d’ ; OF = f; AA’ = L + ABO A ' B ' O OIF A ' B ' F AB AO A ' B ' A 'O ; OI OF AB OF AO OF A' B ' A' F A ' B ' A ' O OF A ' O A ' O OF (*) + Từ (*): 0,5 1 1 1 AO A ' O A ' O.OF AO.OF hay : OF AO A ' O f d d' df d' d f 0,5 + Khi di chuyển đồng thời vật và màn cho AO = A’O có ảnh rõ nét thì ta có: L =AA’ = AO + A’O = 2.AO Thay vào (*) ta được: OF L L 1 OF OF f OF A ' O OF Vậy với cách làm Thái có thể xác định tiêu cự f thấu kính Ý2 Điều kiện khoảng cách vật – màn theo cách Bình df d d ' D d D d Dd Df 0 d f + Ta có: 0,5 Đây là phương trình bậc d Để có vị trí đặt thấu kính thì phương trình phải có hai nghiệm phân biệt d Điều kiện này thỏa mãn nếu: 0,5 D Df D( D f ) D f Vậy để đo tiêu cự theo cách Bình thì ban đầu Bình phải đặt vật sáng AB cách màn khoảng D > 4f 0,5 D D AO2 d d1' ; AO1 d1 d 2' 2 + Với điều kiện trên, ta có : (O2 gần vật hơn) + Theo CM trên ta có: h AB AO d 1' - Ở vị trí O TK: h1 A1 B1 A1O1 d1 h AB AO2 d2 ' - Ở vị trí O2 TK: h2 A2 B2 A2O2 d 0,5 h d d1' h1 ' h h1h2 h h1h2 h2 d d1 h Với = 2(cm) Ta thấy tiêu cự thấu kính 10cm < f < 15cm nên: + Cách Thái không sử dụng khoảng L phải ≥ 40cm vượt quá giới hạn đo thước + Cách Bình có thể sử dụng ban đầu đặt vật cách màn khoảng D ≥ 4f 0,25 d 2' d1 ; d d1' Ý3 (7) BÀI NỘI DUNG Sau đó thay đổi vị trí thấu kính để xác định vị trí cho ảnh rõ nét trên màn với khoảng cách vị trí đó thỏa mãn a ≤ 20cm Từ đó tính tiêu cự thấu kính ĐIỂM 0,25 Tuy nhiên không biết giá trị tiêu cự nên để chắn đo ta không nên đặt cố định vị trí màn và vật mà tiến hành sau: - Ban đầu thực theo cách Thái để tìm khoảng cách L dịch màn và vật xa thêm khoảng nhỏ (khoảng 5cm chẳng hạn) đảm bảo khoảng cách từ ảnh và vật tới thấu kính kém không quá 20cm Sau đó cố định lại vị trí màn và vật - Di chuyển thấu kính khoảng này để xác định các vị trí TK cho ảnh rõ nét trên màn Đo khoảng cách a các vị trí này và chiều cao ảnh h 1, h2 ứng với vị trí Từ kết đo, sử dụng công thức theo cách Bình để tính f *Theo cách Bình thì: h1h2 h h1h2 d1 d h d1 d d1 ' d1 d1 d1 d h h1 h1h2 h1 h1h2 + Mặt khác: a O1O2 d1 d ; f d1 (d1 a ) d1 h1 h1h2 h1h2 a h1h2 h1h2 h1 ; d1d1' dd ' d1 d1 d1 d h h1h2 d1 h1h2 d d1 a f + Từ đó xác định tiêu cự: d1 a ah1 h1h2 h1 a h1h2 h2 h1 BÀI điểm P là công suất nơi tiêu thụ Ý1 0,5 Gọi U là hiệu điện nơi phát R là điện trở tổng cộng dây dẫn H1 , H2 là hiệu suất lúc đầu và lúc sau P I (1) Uphat = I.R + Uthu P P P H t hu I Pphat UI HU Mà PR U H H (2) Thay I vào (1) ta có U I R Lúc đầu P1 R U H1 H1 (3) Sau nhiều năm P2 R U H H (4) Lấy (3)/(4) ta có P1 H1 H1 P2 H H 0,5 0,5 0,5 0,5 (8) BÀI NỘI DUNG ĐIỂM Giả sử P2 = nP1 ta có H1 H1 H H nH1 H1 n H2 1 H2 ( H ) H nH1 H1 0,5 ( H ) H 2*0,9 0,9 Thay số ( H ) H 0,18 0 Giải pt ta có H 76,5% và H 23,5% Theo đề H 23,5% (loại) thay P2 = nP1 và H1 = H2 vào phương trình (4) ta có Ý2 nP1 R U H1 H1 (5) 3 5 U n U2 0,5 (9) BÀI NỘI DUNG U n U1 U 2 kV ĐIỂM 0,5 (10)