ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI HUYỆN NĂM HỌC 2010-2011 Môn thi: Vật lý 9 Thời gian làm bài: 120 phút (không kể thời gian giao đề) Câu 1: (3,0 điểm) Cùng một lúc, tại 2 vị trí cách nhau 60m, hai động tử chuyển động cùng chiều trên một đường thẳng với vận tốc v 1 = 3m/s và v 2 = 4 m/s. a. Tính khoảng cách giữa 2 động tử sau 10 giây. b. Sau 10 giây, động tử thứ nhất tăng vận tốc lên gấp đôi để đuổi kịp động tử thứ 2. Xác định thời điểm và vị trí 2 động tử gặp nhau. c. Vẽ đồ thị biểu diễn chuyển động của 2 động tử trên cùng một hệ trục tọa độ. Câu 2: (2,0 điểm) Bỏ một thỏi sắt được nung nóng tới 120 0 C vào một nhiệt lượng kế chứa 500g nước ở nhiệt độ 30 0 C. Nhiệt độ cuối cùng của nước sau khi cân bằng nhiệt là 40 0 C. Xác định khối lượng của thỏi sắt. Biết rằng vỏ nhiệt lượng kế làm bằng nhôm có khối lượng 40g, nhiệt dung riêng của nước, sắt, nhôm lần lượt là 4200; 460; 880J/kg.K (Bỏ qua sự mất mát nhiệt) Câu 3: (2,0 điểm) Hai bóng đèn trên có ghi: Đ 1 : 110V – 60W và Đ 2 : 110V – 40W. a. Tính điện trở của mỗi bóng đèn và cường độ dòng điện chạy qua khi chúng được mắc song song với nhau và mắc vào mạng điện có hiệu điện thế không đổi U = 110V. b. Muốn dùng 2 bóng đèn trên để thắp sáng ở mạng điện khu vực có hiệu điện thế 220V mà các đèn vẫn sáng bình thường, người ta phải dùng thêm một điện trở phụ R. Vẽ sơ đồ mạch điện và tính toán các yếu tố của điện trở R. Biết rằng mạch điện được mắc sao cho có lợi nhất. Câu 4: (3,0 điểm) Có 5 điện trở R 1 ; R 2 ; R 3 ; R 4 ; R 5 với các giá trị lần lượt là: 2,0 Ω; 4,0 Ω; 6,0 Ω; 8,0 Ω; 10,0 Ω được mắc thành mạch có sơ đồ như hình bên. U AB = 18V + a. Tính cường độ dòng điện qua các điện trở và hiệu điện thế giữa 2 điểm MN. b. Nối 2 điểm M và N bằng một dây dẫn có điện trở không đáng kể. Tính điện trở tương đương và công suất tiêu thụ của toàn mạch. c. Xác định chiều và cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn MN. PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH CHƯƠNG Ghi chú: Cán bộ coi không được giải thích gì thêm. R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 N M A B _ ĐÁP ÁN ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI KHỐI 9 - CẤP HUYỆN. NĂM HỌC 2010-2011 MÔN THI: VẬT LÝ (Thời gian làm bài 120 phút) Câu Ý Nội dung Điểm Ghi chú 1 a - Sau 10 giây, động tử thứ nhất đi được quãng đường là: S 1 = v 1 .t 1 = 3.10 = 30 m - Sau 10 giây, động tử thứ hai đi được quãng đường là: S 2 = v 2 .t 1 = 4.10 = 40 m - Lúc đầu 2 động tử cách nhau 1 đoạn L = 60 m, vì đề bài chỉ nói đến chuyển động cùng chiều mà chưa cho mô tả chuyển động như thế nào nên có 2 phương án xảy ra: + PA1: Động tử 1 đuổi động tử 2 + PA2: Động tử 2 đuổi động tử 1. - Với PA1 ta có khoảng cách giữa chúng sau 10s là: ∆l = L + (S 2 - S 1 ) = 60+10 = 70m - Với PA2 ta có khoảng cách giữa chúng sau 10s là: ∆l = L - (S 2 - S 1 ) = 60-10 = 50m (Nếu học sinh chỉ tìm ra đúng 1 kết quả cho 0,5 đ) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 3,0 b - Để đuổi kịp xe thứ 2 thì 2 động tử chỉ có thể chuyển động theo PA1 vì nếu chuyển động theo PA2, khi xe thứ nhất tăng vận tốc lên gấp đôi thì khoảng cách giữa 2 xe ngày càng tăng và không thể gặp nhau. - Sau 10s khoảng cách giữa 2 xe là ∆l = 70m, vận tốc của xe thứ nhất là v 1 ’ = 6m/s - Thời gian để xe thứ nhất đuổi kịp xe thứ 2 là t 2 = ∆l/(v 1 ’ – v 2 ) = 70/(6 – 4) = 35s. - Điểm gặp nhau cách xe thứ 2 một đoạn l = v 2 (t 1 + t 2 ) = 4(10 + 35) = 4.45 = 180m 0,25 0,25 0,25 0,25 c S 240 (II) 100 (I) 60 30 0 10 45 t - Xác định đúng các tung độ, hoành độ cho 0,5 đ - Vẽ đúng cả 2 đồ thị cđ cho 0,5 đ (Nếu chỉ vẽ đúng 1 đồ thị cđ cho 0,5đ) 1,0 2 - Đổi khối lượng nước và vỏ nhiệt lượng kế ra kg: nước m 1 = 0,5kg; NLK m 2 = 0,04kg - Xác định vật thu nhiệt, vật tỏa nhiệt: Nước và nhiệt lượng kế là vật thu nhiệt, thỏi sắt là vật toả nhiệt. - Nhiệt lượng mà nước thu vào để nóng từ 30 0 C lên 40 0 C là: Q 1thu = m 1 c 1 (t 2 – t 1 ) = 0,5.4200.10 = 21000 J. - Nhiệt lượng do vỏ nhiệt lượng kế nóng lên là: Q 2thu = m 2 c 2 (t 2 – t 1 ) = 0,04.880.10 = 352 J - Nhiệt lượng do thỏi sắt tỏa ra khi hạ nhiệt độ từ 120 0 C xuống 40 0 C là Q tỏa = m 3 c 3 (t 3 – t 2 ) = m 3 .460(120 – 40) = 36800m 3 (m 3 là khối lượng thỏi sắt) - Vì bỏ qua mất mát nhiệt nên áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q tỏa = Q 1thu + Q 2thu Hay: 36800m 3 = 21000 + 352 = 21352 => m 3 = 21352:36800 = 0,58kg = 580gam 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5 0,5 2,0 3 a - Điện trở của các bóng đèn lần lượt là: R 1 = U 2 /P 1 = 110 2 /40 = 302,5Ω ; R 2 = U 2 /P 2 = 110 2 /60 = 201,67Ω - Cường độ dòng điện chạy qua các bóng đèn: 0,5 I 1 = P 1 /U = 40/110 = 0,363A ; I 1 = P 2 /U = 60/110 = 0,545A 0,5 b. Lập luận để tìm ra sơ đồ: (0,5 đ) + Vì hiệu điện thế mạng điện khu vực là 220V lớn gấp đôi hiệu điện thế định mức của các bóng đèn vì thế không thể mắc trực tiếp 2 bóng đèn vào lưới điện. + Khi dùng thêm điện trở phụ R ta có 2 cách mắc điện trở phụ để các đèn vẫn sáng bình thường khi mắc mạch vào mạng điện 220V. C1: (Đ 1 //Đ 2 )ntR C2: Vì R 1 >R 2 nên ta có thể mắc như sau (Đ 1 //R)//Đ 2 + Cả 2 cách mắc như trên hiệu điện thế giữa 2 đầu điện trở phụ R đều bằng 110V. Tuy nhiên nếu mắc theo C1 thì cường độ dòng điện chạy qua R sẽ rất lớn nên công suất tiêu thụ trên R sẽ rất lớn. Mà công suất tiêu thụ trên R là công suất hao phí (không có ích) nên mắc theo C2 sẽ lợi hơn. - Sơ đồ mạch điện (Đ 1 //R)ntĐ 2 (Giám khảo tự vẽ sơ đồ) Tính toán các yếu tố của sơ đồ (0,5 đ) - Do các đèn sáng bình thường nên cường độ dòng điện qua chúng bằng cường độ dòng điện định mức. Mà I 2 = I 1 + I R nên I R = I 2 – I 1 = 0,545 – 0,363 = 0,181A - Vì R mắc // với Đ 1 nên U R = U 1 = 110V Giá trị của điện trở R là R = U/I = 110/0,181 = 605Ω - Công suất tiêu thụ trên R là: P R = U.I = 110.0,181 = 20W 0,25 0,25 0,25 0,25 2,0 4 a - Do mạch mắc nối tiếp nên cường độ dòng điện qua R 1 , R 2 , R 3 là: I 1 = I 2 = I 3 = U:(R 1 + R 2 + R 3 ) = 18:12 = 1,5A - Tương tự ta có cường độ dòng điện qua R 4 , R 5 là: I 4 = I 5 = U:(R 4 + R 5 ) = 18:18 = 1A - Hiệu điện thế giữa 2 điểm MN: U MN = │U AM – U AN │mà U AM = I 1 .R 1 = 2.1,5 = 3V; U AN = I 4 .R 4 = 1.8 = 8V Nên U MN = │3 – 8│ = 5V 0,25 0,25 0,5 3,0 b - Khi nối 2 điểm MN bằng một dây dẫn có r = 0 thì lúc này mạch điện được tạo thành bởi (R 1 //R 4 )nt{(R 2 ntR 3 )//R 5 } (Học sinh có thể vẽ lại mạch điện cho dễ nhìn) - Điện trở tương đương của toàn mạch: R tđ = R 14 + R 235 = (R 1 xR 4 ):(R 1 +R 4 ) + {(R 2 +R 3 )xR 5 ):(R 2 +R 3 +R 5 )} = 1,6 + 5 = 6,6 Ω - Công suất tiêu thụ toàn mạch P = U.I = U 2 /R = 18 2 :6,6 = 49W 0,25 0,5 0,25 c - Xét tại nút mạng N. Giả sử dòng điện có chiều như hình vẽ ta có: I 4 = I 5 + I N Hay I N = I 4 – I 5 - Áp dụng kết quả từ kết quả câu b R 14 = 1,6Ω; R 235 = 5Ω và R tđ = 6,6Ω Ta có: - Cường độ dòng điện trong mạch I = U/R tđ = 18/6,6 = 30/11A - U 4 = I.R 14 = (30/11).1,6 = 48/11V I 4 = U 4 /R 4 = 48/11.8 = 6/11A. - U 5 = I.R 235 = (30/11).5 = 150/11V I 5 = U 5 /R 5 = 150/11.10 = 15/11A. - I N = I 4 – I 5 = 6/11 – 15/11 = - 9/11 Do đó dòng điện chạy qua MN có chiều ngược với chiều giả thiết. Hay chiều của dòng điện sẽ đi từ M đến N và cường độ bằng 9/11 Ampe. 0,25 0,25 0,25 0,25 Lưu ý: Học sinh có thể giải theo nhiều cách khác nhau. Nếu đúng vẫn cho điểm tối đa R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 N M A B I 4 I 5 I N + _ . 4 /R 4 = 48 /11 .8 = 6 /11 A. - U 5 = I.R 235 = (30 /11 ).5 = 15 0 /11 V I 5 = U 5 /R 5 = 15 0 /11 .10 = 15 /11 A. - I N = I 4 – I 5 = 6 /11 – 15 /11 = - 9/ 11 Do đó dòng. câu b R 14 = 1, 6Ω; R 235 = 5Ω và R tđ = 6,6Ω Ta có: - Cường độ dòng điện trong mạch I = U/R tđ = 18 /6,6 = 30 /11 A - U 4 = I.R 14 = (30 /11 ) .1, 6 = 48 /11 V I 4