Đề thi HSG môn Vật Lý lớp 9 - Trà Vinh năm học 2017-2018 (có đáp án)

Trang PAGE \* MERGEFORMAT 1

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH

TRÀ VINH LỚP 9 THCS NĂM HỌC 2017 - 2018

Môn thi: VẬT LÝĐỀ THI CHÍNH THỨC

Thời gian: 150 phút (không kể thời gian phát đề)

(Đề thi có 2 trang)

Thí sinh làm tất cả các bài toán sau đây :

Bài 1: (4 điểm)

Lúc 7h một người đi bộ khởi hành từ A đến B với vận tốc 4km/h. Lúc 9h một người đi xe đạp cũng khởi hành từ A về B với vận tốc 12km/h.

1. Hai người gặp nhau lúc mấy giờ? Lúc gặp nhau cách A bao nhiêu km?

2. Lúc mấy giờ hai người cách nhau 2km?

Bài 2 (2 điểm)

Để đưa một vật có khối lượng 200kg lên độ cao 10m người ta dùng một mặt phẳng nghiêng dài l=12m. Lực kéo lúc này là F=1900N. Tính lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng và hiệu suất của mặt phẳng nghiêng.

Bài 3 (2 điểm):

Trộn lẫn rượu và nước người ta thu được hỗn hợp nặng 140g ở nhiệt độ 360C. Tính khối lượng của nước và khối lượng của rượu đã trộn. Biết rằng ban đầu rượu có nhiệt độ 190C và nước có nhiệt độ 1000C, cho biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/Kg.K; của rượu là 2500J/Kg.K.

Bài 4 (4 điểm )

Cho 3 điện trở có giá trị như nhau bằng R0, được mắc với nhau theo những cách khác nhau và lần lượt nối vào một nguồn điện không đổi xác định luôn mắc nối tiếp với một điện trở r. Khi 3 điện trở trên mắc nối tiếp thì cường độ dòng điện qua mỗi điện trở bằng 0,2A; còn khi 3 điện trở trên mắc song song thì cường độ dòng điện qua mỗi điện trở cũng bằng 0,2A.

1. Xác định các cách mắc còn lại của các điện trở và tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở R0 trong những trường hợp này?

2. Trong các cách mắc trên, cách mắc nào tiêu thụ điện năng ít nhất ? Cách mắc nào tiêu thụ điện năng nhiều nhất ?

Bài 5 ( 4 điểm )

1. Làm thế nào để nhận biết thấu kính hội tụ, phân kì ? Nêu cách tìm tiêu điểm của thấu kính hội tụ bằng phương pháp đơn giản.

2. Một vật phẳng nhỏ AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ, sao cho điểm A nằm trên trục chính và cách quang tâm của thấu kính một khoảng AO = a. Nhận thấy rằng nếu dịch vật đi một khoảng b = 5cm lại gần hoặc ra xa thấu kính thì đều được ảnh có độ cao bằng ba lần vật, trong đó một ảnh cùng chiều và một ảnh ngược chiều với vật. Không dùng công thức thấu kính, hãy xác định khoảng cách a và vị trí tiêu điểm của thấu kính.

Bài 6 ( 4 điểm )

Hai cụm dân cư dùng chung một trạm điện, điện trở tải ở hai cụm bằng nhau và bằng R (hình vẽ), công suất định mức ở mỗi cụm là P0 = 48,4 KW, hiệu điện thế định mức ở mỗi cụm là U0, hiệu điện thế hai đầu trạm luôn được duy trì là U0. Khi chỉ cụm I dùng điện (K1 đóng) thì công suất tiêu thụ ở cụm I là P1 = 40 KW, khi chỉ cụm II dùng điện (K2 đóng) thì công suất tiêu thụ ở cụm II là P2 = 36,6 KW.

1. Hãy tìm biểu thức liên hệ giữa các điện trở?

2. Khi cả hai cụm dùng điện (K1 và K2 đều đóng) thì tổng công suất tiêu thụ trên hai cụm là bao nhiêu?

-----------------HẾT----------------

r1 A r2 C

+

k1 k2

R R

-

B D

HƯỚNG DẪN CHẤM

BàiNội dungĐiểm1

(4đ)1/. Thời điểm và vị trí lúc hai người gặp nhau:

- Gọi t là khoảng thời gian từ khi người đi bộ đến khởi hành khi đến lúc hai người gặp nhau tại C.

- Quãng đường người đi bộ đi được: S1 = v1t = 4t (1)

- Quãng đường người đi xe đạp đi được:

S2 = v2(t-2) = 12(t - 2) (2)

- Vì cùng xuất phát tại A đến lúc gặp nhau tại C nên: S1 = S2

- Từ (1) và (2) ta có:

4t = 12(t - 2) 4t = 12t - 24 t = 3(h)

- Thay t vào (1) hoặc (2) ta có: (1) S1 = 4.3 =12 (Km)

(2) S2 = 12 (3 - 2) = 12 (Km)

Vậy: Sau khi người đi bộ đi được 3h thì hai người gặp nhau và cách A một khoảng 12Km và cách B 12Km.

0,5

0,5

0,25

0,25

0,5b/ Thời điểm hai người cách nhau 2Km

- Nếu S1 > S2 thì:

S1 - S2 = 2 4t - 12(t - 2) = 2

4t - 12t +24 =2 t = 2,75 h = 2h45ph.

- Nếu S1 < S2 thì: S2 - S1 = 2 12(t - 2) - 4t = 2

12t +24 - 4t =2 t = 3,35h = 3h15ph.

Vậy: Lúc 7h + 2h45ph = 9h45ph hoặc 7h + 3h15ph =10h15ph thì hai người đó cách nhau 2Km.

0,5

0,5

0,5

0,52

(2đ) Công có ích dùng để kéo vật là A1 = 10mh =20000(J)

- Công toàn phần kéo vật lúc nay: A = F2. l = 22800(J)

- Công hao phí do ma sát: Ahp = A - A1 = 2800(J)

- Lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng:

Ta có Ahp=Fms.l => Fms = Ahp/l = 233,33W.

- Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng:

H = (A1/A)100% = 87,72%. 0,5

0,25

0,25

0,5

0,53

(2đ)- Theo bài ra ta biết tổng khối lượng của nước và rượu là 140 gam : m1 + m2 = m m1 = m - m2 (1)

- Nhiệt lượng do nước tỏa ra: Q1 = m1. C1 (t1 - t)

- Nhiệt lượng rượu thu vào: Q2 = m2. C2 (t - t2)

- Theo PTCB nhiệt: Q1 = Q2

m1. C1 (t1 - t) = m2. C2 (t - t2)

m14200(100 - 36) = m22500 (36 - 19)

268800 m1 = 42500 m2

m2 = 268800m1/42500 (2)

- Thay (1) vào (2) ta được: 268800 (m - m2) = 42500 m2

37632 - 268800 m2 = 42500 m2

311300 m2 = 37632

m2 = 0,12 (Kg)

- Thay m2 vào pt (1) ta được:

(1) m1 = 0,14 - 0,12 = 0,02 (Kg)

Vậy ta phải pha trộn là 0,02Kg nước vào 0,12Kg rượu để thu được hỗn hợp nặng 0,14Kg ở 360C.

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

4

2/. a/ Xác định các cách mắc còn lại gồm :

Cách mắc 1 : (( R0 // R0 ) nt R0 ) nt r

Cách mắc 2 : (( R0 nt R0 ) // R0 ) nt r

Theo bài ta lần lượt có cường độ dòng điện trong mạch chính khi mắc nối tiếp : Int = U/(r+3R0) = 0,2A(1);

Cường độ dòng điện trong mạch chính khi mắc song song :

I// = U/(r+R0/3) = 0,6A(2); Lấy (2)/(1), ta có : 3r = R0.

Thay vào (1), ta có : U =0,8R0.

Trong cách mắc 1 :

(( R0 // R0 ) nt R0 ) nt r <=>(( R1 // R2 ) nt R3 ) nt r, đặt :

Đặt : R1 = R2 = R3 =R0

Từ dó ta có cường độ dòng điện qua điện trở R3 là :

I= U/(r+R0+R0/3) = 0,32A.

Do R1 = R2 nên I1 = I2 = I3/2= 0,16A.

Cách mắc 2 : (( R0 nt R0 ) // R0 ) nt r

Cường độ dòng điện trong mạch chính :

I' = U/(r+[(2R0.R0)/3R0] = 0,48A.

Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch nối tiếp gồm 2 điện trở R0:

U1=I'.(2R0.R0)/3R0 = 0,32A.

=> Cường độ dòng điện qua mạch nối tiếp này là :

I1=U1/2.R0 = 0,16A

=> Cường độ dòng điện qua điện trở còn lại là I2=0,32A.

b/ Ta nhận thấy U không đổi => công suất tiêu thụ ở mạch ngoài P = UI sẽ nhỏ nhất khi I trong mạch chính nhỏ nhất.

=> cách mắc 1 sẽ tiêu thụ công suất nhỏ nhất và cách 2 sẽ tiêu thụ công suất lớn nhất.

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,5

0,5

0,5

51. Thấu kính gồm 2 loại : thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ :

- Để nhận biết các loại thấu kính trên có thể làm theo 2 cách:

+ Quan sát và sờ vào rìa thấu kính : nếu rìa mỏng giữa dày đó là thấu kính hội tụ. Còn ngược lại là thấu kính phân kỳ.

+ Mang thấu kính ra hứng ánh sáng mặt trời. Phía sau thấu kính làm tấm bìa đặt vuông góc với trục chính của thấu kính rồi di chuyển tấm bìa ra xa dần. Nếu chùm tia ló tới tấm bìa tụ lại một điểm trên tấm bìa đó là thấu kính hội tụ. Còm chùm tia ló tới tấm bìa bị phân kỳ (xòe rộng) hơn khi tấm bìa ra xa dần thì đó là thấu kính phân kì.

- Chiếu chùm sáng song song với trục chính của thấu kính thấu kinh hội tụ, phía sau thấu kính là tấm bìa, dịch chuyển tấm bìa ra xa dần thấu kính cho tới khi trên màn chỉ có một điểm sáng chói. Vị trí của điểm sáng chính là tiêu điểm trên thấu kính.

0,5

0,5

0,5

2. Vẽ đường đi các tia sáng để tạo ảnh của vật sáng ứng với các vị trị đặt vật nói trên ta được các ảnh A1'B1' và A2'B2'

( hình vẽ) :

0,5- Xét 2 tam giác đồng dạng OA1B1 và OA1'B1', ta có :

OA1/OA1' = 1/3 => OA1 = OA1'/3 (1);

- Tương tự, từ 2 tam giác đồng dạng OA2B2 và OA2'B2',

ta có : OA2 = OA2'/3 (2);

- Xét 2 tam giác đồng dạng F'OI và F'A2'B2', ta có :

FA2' = 3OF' = 3f (f =OF' : tiêu cự thấu kính);

=> F'A'2 = 3f mà : OA2' = OF' +F'A2 = 4f

và OA1' = OF'+F'A1' = 2f.

Thay các giá trị vào (1) và (2) ta có : OA1 = 2f/3 và

OA2 = 4f/3, theo đề bài : A2A1 = A2O - OA1 = 10cm

4f/3-2f/3=2f/3=10 => Tiêu cự thấu kính : f = 15cm.

Vậy tiêu điểm F nằm cách thấu kính 15cm.

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

61. Tìm mối liên hệ giữa các điện trở :

* Khi chỉ cụm 1 dùng điện (k1 đóng ) :

- Công suất định mức trên mỗi cụm : P0 = U02/R (1)

- Khi đó công suất tiêu thụ trên cụm 1 : P1 = U12/R (2)

Từ (1) và (2) ta có :U1/U0 = √p1p0 =1/1,1

Theo đề bài ta có :

U1/R = U0/(R+r1) => U1/U0 = R/(R+r1) =1/1,1 =>r1 = 0,1R.

* Khi chỉ cụm II dùng điện (k2 đóng ) :

- Khi đó công suất tiêu thụ trên cụm 2 : P2 = U22/R (3)

Từ (1) và (2) ta có :U2/U0 = √p2p0 =1/1,15

Theo đề bài ta có :

=> U2/U0 = R/(R+r1+r2) => r2 = 0,05R.

* Khi cả 2 cụm dùng điện (k1 và k2 đều đóng) ta có điện trở toàn mạch RM : RM = r1 + R(R+r2)/(2R+r2) = 0,6122R.

=> Điện trở toàn mạch AB : RAB = R(R+r2)/2R + r2 = 0,5112R

Ta có : UAB/U0 = RAB/RM = 0,5123/0,6122 (4)

* Gọi công suất tiêu thụ trên cụm I khi cả hai cụm dùng điện là PI, ta có : PI/P0 = UAB2/U02 = 0,51232 /0,61222 (5)

=> PI = 33,88KW.

* Gọi công suất tiêu thụ trên cụm II khi cả hai cụm dùng điện là PII, ta có : PII/P0 = UCB2/U02

ta có : UCB/UAB = R/(R+r1) = 1/1,05 (6)

Từ (5) UAB = U0(0,5123/0,6122) = 0,84U0

Từ (6) ta có : UCB = UAB. 0,95 = 0,84U0.0,95 = 0,798U0.

Do đó : PII/P0 = (0,798)2

=> PII = 30,73KW.

Vậy khi cả 2 cụm dùng điện thì tổng công suất tiêu thụ trên 2 cụm là : P = PI + PII = 64,61KW.

0,5

0,5

0,5

0,5

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25