Tài liệu đề thi học sinh giỏi vật lí 9 có đáp án 15

Trêng THCS yªn thä §Ò thi m«n: VËt lÝ Thêi gian lµm bµi: 150 phót (kh«ng kÓ thêi gian giao ®Ò) Hä vµ tªn ngêi ra ®Ò: NguyÔn ThÞ TuyÕt. §Ò thi: C©u 1: Mét « t« ch¹y víi vËn tèc v = 54 Km/h th× c«ng suÊt cña m¸y ph¶i sinh lµ 45KW. HiÖu suÊt m¸y H = 30%. H·y tÝnh lîng x¨ng cÇn thiÕt ®Ó xe ®i ®îc 150 Km. Cho biÕt khèi lîng riªng cña x¨ng D = 700 Kg/m3 ; qx¨ng = 4,6.107 J/Kg. C©u 2: Cã hai b×nh c¸ch nhiÖt: B×nh thø nhÊt chøa 5lÝt níc ë 60oC, b×nh thø hai chøa 1lÝt níc ë 20oC. §Çu tiªn ngêi ta rãt mét phÇn níc tõ b×nh thø nhÊt sang b×nh thø hai. Sau khi b×nh thø hai ®· ®¹t c©n b»ng nhiÖt ngêi ta l¹i rãt trë l¹i tõ b×nh thø hai s©ng b×nh thø nhÊt mét lîng níc sao cho trong hai b×nh l¹i cã dung tÝch b»ng lóc ban ®Çu. Sau c¸c thao t¸c ®ã, nhiÖt ®é níc trong b×nh thø nhÊt lµ 59oC. Hái ®· rãt bao nhiªu lÝt níc tõ b×nh thø nhÊt sang b×nh thø hai? C©u 3: Mét ngêi ®¸nh c¸ b¬i thuyÒn ngîc dßng s«ng. Khi tíi ®Çu cÇu ngêi ®ã ®Ó r¬i mét can nhùa xuèng s«ng. Sau 1giê ngêi ®ã míi ph¸t hiÖn ra vµ cho thuyÒn quay trë l¹i vµ gÆp can nhùa c¸ch cÇu 6km. T×m vËn tèc dßng níc. C©u 4: Cho m¹ch ®iÖn nh h×nh vÏ. UAB = 12V, R1 = 12  , R2 = 6  , R3 = R4 = 4  C¸c d©y nèi vµ ®iÖn trë cña ampe kÕ kh«ng ®¸ng kÓ. TÝnh sè chØ cña c¸c ampe kÕ. C©u 5: Mét Êm ®iÖn cã ghi 120V – 480W. a) TÝnh ®iÖn trë cña Êm vµ dßng ®iÖn qua Êm khi dïng Êm víi hiÖu ®iÖn thÕ 120V. b) Dïng Êm trªn ®Ó ®un s«i 1,2 lÝt níc ë 20oC. T×m thêi gian ®un s«i lîng níc trªn biÕt hiÖu suÊt cña Êm lµ 70%, cho nhiÖt dung riªng cña níc lµ 4200 J/Kg.®é. C©u 6: Tõ mét nguån ®iÖn cã hiÖu ®iÖn thÕ U 1 = 2500V, ®iÖn n¨ng ®îc truyÒn b»ng d©y dÉn ®Õn n¬i tiªu thô. BiÕt ®iÖn trë d©y dÉn R = 10 vµ c«ng suÊt cña nguån ®iÖn P = 100 KW. H·y tÝnh: a) C«ng suÊt hao phÝ trªn ®êng d©y t¶i ®iÖn. b) HiÖu ®iÖn thÕ n¬i tiªu thô. c) HiÖu suÊt cña sù t¶i ®iÖn. d) NÕu cÇn gi¶m c«ng suÊt hao phÝ ®i 4 lÇn th× cÇn ph¶i t¨ng hiÖu ®iÖn thÕ tríc khi t¶i ®iÖn lµ bao nhiªu? Híng dÉn chÊm: C©u 1: (3 ®iÓm) - Thêi gian «t« ®i hÕt qu·ng ®êng 150km lµ: t= s v t= (0,25®) 150 54 = 25 (h) = 10000 (s) 9 (0,25®) - C«ng mµ m¸y sinh ra ®Ó ®i hÕt qu·ng ®êng 150km lµ: A = P.t (0,25®) Víi P = 45kW = 45000W; t = 10000s, ta ®îc: (0,25®) A = 45000.10000 = 45.107 (J) (0,25®) - NhiÖt lîng cÇn thiÕt cung cÊp chp m¸y ®Ó «t« ®i hÕt qu·ng ®êng 150km lµ: Qtp = A H (0,25®) 7 45.10  Qtp = = 15.108 (J) 0,3 (0,25®) - Khèi lîng x¨ng cÇn dïng lµ: m= Q (0,25®) tp q 8 m= 15.10 4,6.10 7  32,6 (kg) (0,25®) - Lîng x¨ng cÇn sö dông lµ: V= m D V= (0,25®) 32,6 0,0466 700 (m3) = 46,6 (lÝt) (0,25®) VËy lîng x¨ng cÇn thiÕt ®Ó «t« ®i hÕt qu·ng ®êng 150km lµ 46,6 lÝt. (0,25®) C©u 2: (3®iÓm) - Cã V1 = 5 lÝt; V2 = 1 lÝt. - Ban ®Çu khèi lîng níc trong b×nh 1 vµ b×nh 2 lÇn lît lµ: m1 = 5 kg; m2 = 1 kg (0,25®) - Gäi t1, t2 lÇn lît lµ nhiÖt ®é ban ®Çu cña níc trong b×nh 1 vµ b×nh 2. t’1, t’2 lÇn lît lµ nhiÖt ®é cuèi cïng cña níc trong b×nh 1 vµ b×nh 2. t1 = 60 oC, t2 = 20 oC; t’1 = 59 oC (0,25®) - Khi rãt m (kg) níc tõ b×nh 1 s¸ng b×nh 2 th× m (kg) níc to¶ nhiÖt, m2 (kg) níc ë b×nh 2 thu nhiÖt; nhiÖt ®é khi c©n b»ng lµ t’2. (0,25®) Ta cã ph¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt; Qto¶ ra = Qthu vµo  mc(t1 - t’2) = m2c(t’2 - t2)  m(t1 - t’2) = m2(t’2 - t2) (1) (0,25®) - Khi rãt m(kg) níc tõ b×nh 2 trë l¹i b×nh 1 th× nhiÖt ®é khi c©n b»ng ë b×nh 1 lµ t’1. Ta cã ph¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt; Qto¶ ra = Qthu vµo mc(t’2 - t’1) = (m1 - m)c(t’1 - t1)  m(t’2 - t’1) = (m1 - m)(t’1 - t1) - BiÕn ®æi ta ®îc: m(t1 - t’2) = m1(t1 - t’1) - Tõ (1) vµ (2) suy ra: m2(t’2 - t2) = m1(t1 - t’1)  t’2 = (0,25®) (2) (0,25®) (0,25®) m t  m t'  m t m 1 1 1 1 2 2 2 (0,25®)  t’2 = 5.60  5.59  1.20 1 = 25 oC (3) (0,25®) - Thay (3) vµo (2) ta ®îc: m(60 - 25) = 5(60 - 59) (0,25®)  m = 35/5 = 1/7  0,143 (kg) (0,25®)  V = m/D = 1/7 (l) . VËy ®· rãt 1/7 lÝt níc tõ b×nh 1 s¸ng b×nh 2. (0,25®) C©u 3: (4 ®iÓm) - Gäi v1, v2 lÇn lît lµ vËn tèc riªng cña thuyÒn vµ dßng níc. t lµ thêi gian tõ lóc can r¬i ®Õn lóc thuyÒn gÆp can. t1 lµ thêi gian thuyÒn ngîc dßng tõ cÇu ®Õn lóc ph¸t hiÖn can r¬i. t2 lµ thêi gian thuyÒn xu«i dßng tõ lóc ph¸t hiÖn can r¬i ®Õn lóc gÆp can. (0,25®) - Ta cã: t1 = 1h; (0,25® ) t = t1 + t2 = t2 + 1 (1) (0,25®) - Gäi S lµ qu·ng ®êng can ®i ®îc tõ lóc can r¬i ®Õn lóc thuyÒn gÆp can. S1 lµ qu·ng ®êng thuyÒn ngîc dßng trong thêi gian t1. S2 lµ qu·ng ®êng thuyÒn xu«i dßng trong thêi gian t2. (0,25®) - Cã: S = v2t (0,25®) S1 = (v1 – v2) t1 = v1 – v2 (0,25®) S2 = (v1 + v2) t2 (0,25®) - L¹i cã: S = S2 – S1 (0,25®)  v2t = (v1 + v2) t2 – (v1 – v2) (2) (0,25®) - Thay (1) vµo (2) : v2(t2 + 1) = (v1 + v2) t2 – (v1 – v2) (0,25®) BiÕn ®æi ta ®îc: v1(t2 - 1) = 0 (0,25®) - Do v1 ≠ 0  t2 – 1 = 0  t2 = 1 (h) - Thay vµo (1) ta ®îc: t = 1+1 = 2 (h)  S = v2t  v2 = S/t (0,25®) (0,25®) (0,25®) (0,25®)  v2 = 6/2 = 3 (m/s) . VËy vËn tèc cña dßng níc lµ 3 m/s. C©u 4: (4 ®iÓm) - V× c¸c ampe kÕ cã ®iÖn trë kh«ng ®¸ng kÓ nªn ta cã thÓ vÏ l¹i m¹ch ®iÖn nh h×nh vÏ bªn. (0,5®) Khi ®ã m¹ch ®iÖn gåm: (R1//R2//R3)ntR4. (0,25®) - Cã: 1  R 123 1  1  1 R R R 1 2 (0,25®) 3 (0,25®)  1 1 1 1 1     R123 12 6 4 2 (0,25®)  R123 = 2 - §iÖn trë t¬ng ®¬ng cña ®o¹n m¹ch lµ: Rt® = R123 + R4  Rt® = 2 + 4 = 6 - Cêng ®é dßng ®iÖn ch¹y trong m¹ch lµ: (0,25®) (0,25®) U R (0,25®) 12 6 =2A (0,25®) - V× R123nt R4 nªn I4 = I123 = IAB = 2A - Ta cã: U123 = I123.R123 = 2.2 = 4V - V× R1//R2//R3 nªn U1 = U2 = U3 = 4V (0,25®) (0,25®) (0,25®) IAB = AB td IAB = U  4  1  0,33 A R 12 3 4 I = U  = 1 A. R 4 1 - Ta cã: I1 = (0,25®) 1 3 3 (0,25®) 3 - Sè chØ cña ampe kÕ A1 lµ: IAB – I1 = 2 – 0,33 = 1,67 A. (0,25®) - Sè chØ cña ampe kÕ A2lµ: IAB – I3= 2 – 1= 1 A. (0,25®) C©u 5: (3 ®iÓm) a) - V× UÊm = U®m = 120V. Nªn c«ng suÊt cña Êm lµ P = 480W. (0,25®) 2 - §iÖn trë cña Êm lµ: R = 2 U 120 P 480 - Cêng ®é dßng ®iÖn qua Êm lµ: I = = 30  P 480  U 120 = 4A (0,25®) (0,25®) b) NhiÖt lîng cã Ých cÇn cung cÊp cho Êm lµ: Qci = mc(t2 – t1) (0,25®) Víi m = V.D = 1,2 Kg; c = 4200J/kg.K; t1 = 20 oC; t2 = 100 oC (0,25®) Qci = 1,2.4200.(100 – 20) = 403 200 J. (0,25®) - NhiÖt lîng toµn phÇn cÇn cung cÊp cho Êm lµ: Qtp = Q H ci (0,25®) Víi H = 70% = 0,7 Qtp = 403200 0,7 = 576 000 J (0,25®) - MÆt kh¸c Qtp = I2Rt (0,25®)  Thêi gian ®un s«i níc lµ: t = Q I R tp 2 (0,25®) 576000 4 30 (0,25®) t = 1200 s = 20 phót (0,25®) t= 2 C©u 6: (3 ®iÓm) a) - C«ng suÊt hao phÝ trªn ®êng d©y t¶i ®iÖn lµ: Php = RP U 2 (0,25®) 2 1 Víi R = 10; P = 100 000 W; U1 = 2500 V (0,25®) 2 Php = 10 100000 2500 2 = 16000 W (0,25®) b) - Cêng ®é dßng ®iÖn qua d©y dÉn lµ: I= U R I= 2500 10 1 (0,25®) = 250 A - C«ng suÊt n¬i tiªu thô lµ: P ci = P – Php = 100000 – 16000 = 84000 W - HiÖu ®iÖn thÕ n¬i tiªu thô lµ: (0,25®) (0,25®) U= P I ci = 84000 = 250 336 V (0,25®) c) HiÖu suÊt cña sù t¶i ®iÖn lµ: H= P P H= 84000 100% 100000 ci (0,25®) = 84% (0,25®) d) Gäi P’hp lµ c«ng suÊt hao phÝ sau khi gi¶m P’hp = Php/4 (0,25®) - V× ®iÖn trë R cña d©y dÉn, c«ng suÊt P cña nguån ®iÖn kh«ng thay ®æi, c«ng suÊt hao phÝ tØ lÖ nghÞch víi b×nh ph¬ng hiÖu ®iÖn thÕ. Nªn muèn c«ng suÊt hao phÝ gi¶m ®i 4 lÇn th× hiÖu ®iÖn thÕ ph¶i t¨ng 2 lÇn. (0,25®)  HiÖu ®iÖn thÕ tríc khi t¶i ®iÖn lµ U’ = 2.2500 = 5000 V. (0,25®)