Tài liệu đề thi đáp án tuyển chọn học sinh giỏi vật lý 9 (7)

MÃ KÍ HIỆU ***** KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ Lớp 9 - Năm học 2015 - 2016 Môn: VẬT LÍ Thời gian làm bài: 150 phút (Đề thi gồm 08 câu, 02 trang) Câu 1(1,0 điểm) An và Hoà cùng khởi hành từ Hải Phòng đến Hà Nội trên quãng đường dài 120km. An đi xe máy với vận tốc 45km/h, Hoà đi ô tô và khởi hành sau An là 20 phút với vận tốc 60km/h. a. Hỏi Hoà phải đi mất bao nhiêu thời gian để đuổi kịp An? b. Khi gặp nhau, Hoà và An cách Hải Phòng bao nhiêu km? c. Khi gặp nhau, An cùng lên ô tô với Hoà và họ đi thêm 25 phút nữa thì tới Hà Nội. Hỏi khi đó vận tốc của ô tô là bao nhiêu? Câu 2 (1,0 điểm) Có hai bình cách nhiệt: bình 1 chứa khối lượng m1 =3kg nước ở nhiệt độ 300C, bình 2 chứa khối lượng m2c=5kg nước ở 700C. Người ta rút một lượng nước có khối lượng m từ bình 1 sang bình 2. Sau khi cân bằng nhiệt, người ta lại rút từ bình 2 sang bình 1 một lượng nước có khối lượng cũng bằng m. Nhiệt độ cân bằng ở bình 1 là 31,950C. Tính m và nhiệt độ cân bằng của nước ở bình 2 sau khi rút nước từ bình 1 sang. (Bỏ qua sự trao đổi nhiệt khi rút nước từ bình nọ sang bình kia và giữa nước với bình). Câu 3 (2,0 điểm) Một ống nghiệm hình trụ, đựng nước đá đến độ cao h1=40cm. Một ống nghiệm khác đựng nước ở nhiệt độ t1=40C đến độ cao h2=10cm. Người ta rót hết từ ở ống nghiệm thứ hai vào ống nghiệm thứ nhất. Khi có cân bằng nhiệt, mực nước trong ống nghiệm dâng cao thêm ∆h 1=0,2cm so với lúc vừa rót xong. Tính nhiệt độ ban đầu của nước đá. Biết nhiệt dung riêng của nước c1=4200J/kg.K, của nước đá c2=2000J/kg.K; nhiệt nóng chảy của nước đá =3,4.105J/kg; khối lượng riêng của nước và nước đá: D1=1000kg/m3; D2=900kg/m3. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi C trường. Câu 4 (1,0 điểm) R1 M Rx Cho mạch điện như hình 1. Biết hiệu điện thế giữa hai đầu A B    mạch A và B là 18V và luôn không đổi, R1 = R2 = R3 = 3 Ω, Rx là R3 một biến trở. Điều chỉnh Rx sao cho công suất tiêu thụ trên Rx đạt R2 cực đại. Tìm Rx và công suất cực đại đó. Bỏ qua điện trở của dây  N nối. Hình 1 Câu 5. (1,0 điểm) Cho mạch điện như hình 2. R1=10Ω; R2=R5=20Ω; R3=R4=40Ω; U=60V. Bỏ qua điện trở của các dây nối, vôn kế là lí tưởng. a)Hãy tìm số chỉ của vôn kế. b) Nếu thay vôn kế bằng một bóng đèn có dòng điện định mức là Iđ = 0,4A mắc vào hai điểm P và Q của mạch điện thì M bóng đèn sáng bình thường. Hãy tìm điện trở của bóng đèn. R2 P R3 V R4 R5 Q + R1 U - Hình 2 Câu 6. (1,0 điểm) Hai gương phẳng G1, G2 quay mặt phản xạ vào nhau và tạo với nhau một góc 600. Một điểm S nằm trong khoảng hai gương. a) Hãy vẽ hình và nêu cách vẽ đường đi của tia sáng phát ra từ S phản xạ lần lượt qua gương G 1, G2 rồi quay trở lại S. b) Tính góc tạo bởi tia tới phát từ S và tia phản xạ đi qua S. 1 N Câu 7: (2,0 điểm) Một vật sáng AB đặt cách màn một khoảng L. Khoảng giữa vật và màn có một thấu kính hội tụ có tiêu cự f (AB vuông góc với trục chính của thấu kính). a) Tìm điều kiện để ta thu được ảnh rõ nét trên màn. b) Đặt l là khoảng cách giữa hai vị trí của thấu kính. Lập biểu thức của f theo L và l. c) Từ phần b suy ra phương án đo tiêu cự của thấu kính. Câu 8: (1,0 điểm) Để xác định giá trị của một điện trở Rx người ta mắc một mạch điện như hình 3. Biết nguồn điện có hiệu điện thế luôn không đổi U. Các khóa, ampe kế và dây nối có điện trở không Rx đáng kể, điện trở mẫu R0 = 15, một biến trở con chạy Rb. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm để xác định được giá trị của điện trở Rx ----------------------------Hết------------------------------ 2 A b A AK 1 K2 A + U B - R0 Rb Hình 3 MÃ KÍ HIỆU ***** ĐÁP ÁN ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ Lớp 9 - Năm học 2015 - 2016 Môn: VẬT LÍ (Hướng dẫn chấm gồm 04 trang) Chú ý: - Học sinh làm cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa. - Điểm bài thi làm tròn đến số thập phân thứ hai. Câu Đáp án a. (0,5 điểm) Gọi S1 là quãng đường từ Hải Phòng đến chỗ gặp nhau (km) t1 là thời gian đi từ Hải Phòng đến chỗ gặp nhau (giờ) Ta có: S1 = v1.t1 = v2.(t1-∆t) 1 (1,0 điểm) Điểm 0,25 0,25 t1 = 2h => t2 =1,5h b. (0,25 điểm) Quãng đường từ chỗ gặp nhau đến Hải Phòng là: S2 = S – S1 = S- v1t1 = 120 – (45. 2) = 30 km c.(0,25điểm) Sau khi gặp nhau vận tốc của ô tô là: 0,25 0,25 2 (1,0 điểm) 3 (2,0điểm) *)Rút khối lượng m (kg) nước từ bình 1 sang bình 2 thì: - Nhiệt lượng m(kg) nước đó thu vào là: Q1 = m.c.(t-30) - Nhiệt lượng 5 (kg) nước ở bình 2 toả ra là: Q2 = 5c (70-t) Ta có : Q1 = Q2  m.c.(t-30) = 5c (70-t)  m(t-30) = 5(70-t) (1) Sauk hi cân bằng nhiệt thì: - Bình 1 có khối lượng là: 3-m (kg), nhiệt độ là 300C. - Bình 2 có khối lượng là: 5+m (kg), nhiệt độ là t. *)Rút khối lượng m (kg)nước từ bình 2 sang bình 1 thì: - Nhiệt độ m (kg) nước toả ra là: Q3 = mc(t-31,95). - Nhiệt lượng 3-m (kg) nước ở bình 1 thu vào là: Q4 = (3-m)c(31,95-30) Ta có: Q3=Q4  mc(t-31,95) = (3-m)c(31,95-30)  m(t-30) = 5,85 (2) Từ (1) và (2) ta tìm được: t = 68,830C, m  0,15 kg Mực nước dâng thêm chứng tỏ có một phần nước bị đông đặc (do khối lượng riêng của phần nước đó giảm nên thể tích tăng). Gọi S là tiết diện ống nghiệm, x là chiều cao cột nước bị đông đặc. =>Chiều cao sau khi đông đặc: x + ∆h1 Vì khối lượng vẫn không đổi nên: S.x.D1 = S(x + ∆h1)D2 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5 0,5 Do nước chỉ đông đặc một phần nên nhiệt độ khi cân bằng nhiệt là 00C Nhiệt lượng của nước toả ra để giảm nhiệt đô từ t1=40C đến 00C : Q1=c1.SD1.h2(t1-0) 3 0,25 I Nhiệt lượng của phần nước có độ cao x toả ra để đông đặc ở 00C: Q2= .SD1x Nhiệt lượng của nước đá thu vào để tăng nhiệt độ từ t2 đến 00C: Q3 = c2.S.h1.D2.(0-t2) Theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q1+Q2=Q3 0,25 0,25 0,25 4 (1,0 điểm) 5 (1,0điểm) Vậy nhiệt độ ban đầu của nước đá là: -10,830C *Điện trở tương đương của mạch Rtđ = R123 + Rx = 2 + Rx. 18 Cường độ dòng điện trong mạch chính: I = Rx + 2 324R x 2 *Công suất tiêu thụ trên mạch: P = I R x = (R x + 2)2 *Biến đổi ta được: PR 2 +(4P-324)R x +4P=0 x 2 2 Ta có: Δ = (4P - U ) - 4P 2 Vì Δ = (4P - 324) 2 -16P 2  -2592P +104976  0  P  40,5 W Vậy công suất cực đại là 40,5 W. b 324 - 4.40.5 = = 2Ω *Công suất cực đại đạt được khi: R x = 2a 2.40.5 a) (1điểm) Khi vôn kế được mắc vào P và Q: R23=R2+R3= 20+ 40 = 60Ω R45=R4+R5= 20+40=60 Ω Điện trở tương đương của đoạn mạch MN là: B Điện trở tương đương của toàn mạch là: A 1+ RU = 40Ω. R MN A Cường độ dòng điện trong mạch chính: + bA A Rx Do đó dòng điện qua R2 và R4 là: K 1 R0 UV = UPQ= R4.I4 = R2I2 = 0,75.20 = 15V b) (1 điểm) Khi thay vôn kế bởi đèn: K2 I2 M P I3 R 3 > R4 I5 R 5 > I 0,25 0,25 0,25 Rb Iđ I4 0,25 0,25 R2 > 0,25 + R1 U Q> - Vì: R2=R5; R3 = R4 Nên: I2 = I5; I4 = I3 Vậy I = I2+ I3 và Iđ= I2 – I3 = 0,4A (1) Ta lại có: U=U1+U2+U3 = (I2+I3)R1+R2I2+R3I3 4 N =>6=3I2+5I3 (2) Thay (1) vào (2) ta được: 0,25 Mặt khác: UPN =I3.R3 = Rđ.Iđ + I5.R5 Rđ = 10Ω + Vẽ hình: 0,25 0,25 6 (1,0điểm) + Cách vẽ: …………………………………….. - Lấy S1 đối xứng với S qua G1 - Lấy S2 đối xứng với S qua G2 - Nối S1 và S2 cắt G1 tại I cắt G2 tại J - Nối S, I, J, S ta được tia sáng cần vẽ. Kẻ pháp tuyến tại I và J cắt nhau tại K    Trong tứ giác IKJO có 2 góc vuông là: I và J ; có góc: O = 600 Do đó góc còn lại IKJ = 1200   Suy ra: Trong  JKI có: I 1 + J 1 = 600 ……………………………………………..     0,25 I1 = I 2 J 1 = J 2 Mà các  góc tới và góc phản xạ: cặp    I 1 + I 2 + J 1 + J 2 = 1200 …………………………………………………    Xét  SJI có tổng 2 góc: I + J = 1200 Do vậy: ISR = 1200 (Do kề bù với ISJ) …………………………………………. 0,25 0,25 a) -Gọi d là khoảng cách từ vật đến thấu kính, d’ là khoảng cách từ thấu kính đến màn. Ta có: d’ = L- d (1) Mặt khác: 0,25 2 Từ (1) và (2) suy ra: d – Ld + Lf = 0 (*) ∆=L2 – 4Lf Để phương trình có nghiệm thì: ∆ ≥ 0 hay L ≥ 4f 7 (2,0 điểm) b)Giả sử hai vị trí có ảnh rõ nét mà d1>d2 Ta có: d1-d2 = l (3) Từ (*) suy ra: d1 + d2 = L (4) d1.d2=L.f (5) Từ (3),(4) và (5) ta rút ra: 0,25 0,25 0,25 c) Phương án đo tiêu cự như sau: - Đặt vật cách màn một khoảng L (L > 4f) - Di chuyển thấu kính giữa vật và màn. Đánh dấu hai vị trí của thấu kính cho ảnh rõ nét. Đo khoảng cách l giữa hai vị trí này. - Dùng công thức ở phần b ta xác định được tiêu cự f của thấu kính. 5 1,0 Các bước tiến hành thí nghiệm tính giá trị của Rx 8 (1,0điểm) - Bước 1: Ngắt K2, đóng K1, (mạch có RxntR0) đọc giá trị ampe: I1 Ta có: U  I1 ( Rx  R0 ) (1) - Bước 2: Ngắt K1, đóng K2, mạch có (RxntRb) điều chỉnh con chạy biến trở sao cho ampe kế cũng chỉ giá trị I1 => Rb = R0 - Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy; đóng K1 và K2, mạch có Rxnt(R0//Rb) đọc giá trị ampe kế I2  R0 .Rb  R  <=> U  I 2 ( Rx  0 ) (2) U  I 2  Rx  Ta có:   R0  R x  2  (2 I1  I 2 ) R0 Giải hệ phương trình (1) và (2) ta tìm được: Rx  2( I 2  I1 ) ---------------------------------HẾT--------------------------------- 6 0,25 0,25 0,25 0,25