Đáp án Đề thi học sinh giỏi lớp 10 môn Vật Lí THPT Kim Sơn A, Ninh Bình năm học 2009 2010

1
SỞ GD&ĐT TỈNH NINH BÌNH
TRƯỜNG THPT KIM SƠN A

ĐÁP ÁN ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI
MÔN: VẬT LÍ 10
Năm học 2009 – 2010
(Thời gian 180 phút không kể thời gian giao đề)

Bài
Nội dung
Điểm
Bài 1

+ Hệ tấm gỗ và con Ếch bảo toàn động lượng theo theo phương ngang:
mv
0
cosα=Mv’ =>Vận tốc v’ của tấm gỗ: v’= mv
0
cosα/M
+ Chuyển động của con Ếch là chuyển động ném xiên có thời gian rơi
t
R
= 2v
0
sinα/g, tầm bay xa L = (v
0
cosα)t
R
.

+ Chuyển động của tấm gỗ là chuyển động thẳng đều vận tốc v’
+ Điều kiện để ếch nhảy tới đầu kia của tấm gỗ là: L = l – v’t
R

=>
22
00
sin2 sin2v mv
l
g Mg


=>
0
lg
(1 / )sin2
v
mM



= = 3m/s

0,25

0,25
0,25

0,25
Bài 2

+ Xét chuyển động của vật trong
hệ quy chiếu phi quán tính gắn với xe.
Vật chịu thêm tác dụng của lực quán tính
F ma
, hình vẽ.






1) Khi cân bằng vật có 3lực tác dụng
Điều kiện m cân bằng đối với xe:
0P T F  
=>
'P P F T   

Từ hình vẽ => sinα = F/P = a/g => a =gsinα = = 5m/s
2
.
2) Khi đốt dây:
a) Vật có 2 lực
P
và
F
tác dụng nên nó sẽ rơi theo phương của
'P P F T   
( phương vuông góc với sàn xe và mặt phẳng nghiêng) với
gia tốc trọng trường biểu kiến:

g’= P’/m = Pcosα/m = gcosα = =
53
m/s
2
.
+ Thời gian rơi
2
0.68
'
R
h
ts
g


+ Vận tốc của vật đối với xe khi chạm sàn:
2 ' 5,89 /v g h m s

b) Khi đốt dây xe có vận tốc v
x
, quãng đường xe đi được trong thời gian
vật rơi là s.
Điều kiện để vật rơi ra ngoài xe là:
2
1
2
x R R
s v t at l  

=>

R
2,71 /
2
x
R
l at
v m s
t







0,5






0,5




0,5

0,25

0,25





0,5




α

α

2
Bài 3
+ Trước va chạm, khi đĩa B cân bẳng lò xo nén Δl
1
= mg/k = 0,1m
Sau va chạm, khi đĩa B và vật A cân bằng lò xo nén Δl
2
= 2mg/k = 0,2m
+ Trước khi va chạm vật A có vận tốc
0
2v gh
= 4m/s
Vì va chạm mềm, nên động lương của A và B ngay
trước và sau va chạn bảo toàn: mv

0
= 2mv
1

=> vận tốc của Avà B ngay sau va chạm là: v
1
=v
0
/2= 2m/s
+ Cơ năng hệ 2vật - lò xo được bảo toàn, chọn trục
toạ độ Ox có gốc O là vị trí lò xo bị nén đoạn Δl
2
,
gốc thế trùng O như hình vẽ.
Khi ở vị trí có tạo độ x lò xo dãn Δl

= x - Δl
2

Cơ năng của hệ ở vị trí x
2 2 2 2 2
22
1 1 1 1
W = 2 2 ( ) = mv
2 2 2 2
mv mgx k x l k l kx      

1) Vì cơ năng bảo toàn nên v cực đại khi x = 0
Áp dụng ĐLBTCN cho 2 vị trí ngay sau va chạm (x
1

=Δl
1
, v
1
) và vị trí có
vận tốc cực đại ( x
2
= 0, v
max
) =>
2 2 2
1 1 ax ax
1
mv 4,5 2,12 /
2
mm
kx mv v m s    

2) Độ lớn lực tác dụng lên C:
2d
F k l k x l    

=>
ax 2
ax ax
dm
mm
F k l k x l    

Khi vận tốc v = 0 thì |x|

max
. Áp dụng ĐLBTCN cho 2 vị trí ngay sau va
chạm (x
1
=Δl
1
, v
1
) và vị trí có vận tốc v
2
= 0
=>
2
2 2 2 2
1
1 1 2 2 1
1 1 2
mv 0,3
22
mv
kx kx x x m
k
       

=>|∆l|
max
= |x
2
- ∆l
2

|
max

0,3 0,2  
=0,5m
=>
ax
ax
40 0,3 0,2 20
m
m
F k l N     


0,25



0,5






0,25

0,5









0,5
Bài 4
1) + Ngoại lực tác dụng lên hệ 2vật chỉ có phương thẳng đứng => Động
lượng hệ bảo toàn theo phương ngang.
+ Khi m dừng lại trên M thì 2 vật chuyển động với cùng vận tốc v.
+ Áp dụng ĐLBTĐL cho thời điểm ban đầu và khi m dừng lại trên M:
mv
0
= (m + M)v => v = mv
0
/(m + M) = = 1,2m/s
2) + Theo phương ngang m và M chịu
của
ms
F
và
'
ms
F
như hình vẽ, F

ms
= F’
ms
=µmg
+ s
1
, s
2
là quãng đường m và M chuyển
động được tới khi m dừng lại trên M, quãng
đường m trượt được trên M là s = s
1
- s
2
.
+ Áp dụng địnhlý động năng:

22
0 Fms F'ms
11
()
22
m M v mv A A   



0,5

0,5

0,5

A
O
B
k
C
Δl
1

Δl
2

x
x
s
1




m
M
s

2

3
=>
2
0 1 2
1
( ) ( )
2
M
mv mg s s mgs
mM

     


=>
2
0
1,35
2( )
Mv
sm
m M g

  


0,5

Bài 5
1) Áp dụng phương trình Clapêrôn – Menđêlêép
pV RT


, ν = 0,5mol,
R = 0,082 atm.lit/mol.K
=> Mật độ phân tử khí:

23
0,294.10
A
N pN
n
V RT
   
(hạt/lít) = 2,94.10
25
hạt/m
3
=> Khối lượng riêng:
1,56
m pM
V RT

   

g/lít =1,56kg/m
3

2)
+ Quá trình 1,2: đẳng tích V
1
=>
12
12
pp
TT

(1), A’
12
= 0J
+ Quá trình 3,4: đẳng tích V
3
=>
21
34
pp
TT

(2), A’
34
= 0J
+ Quá trình 2,3 Đẳng áp p
2
=> A’
23

= p
2
(V
3
– V
2
) = νR(T
3
– T
2
)
+ Quá trình 4,1 Đẳng áp p
1
=> A’
41
= p
1
(V
1
– V
4
) = νR(T
1
– T
4
)
Từ (1) và (2) =>
1 1 4
223
p T T

p T T

=> T
2
.T
4
= T
2
= T
1
.T
3

=> T = T
2
= T
4
=
13
250.360 300TT K

=> A’
23
= νR(T
3
– T
2
) = 0,5. 8,31.(360 - 300) = 249,3J
=> A’
41

= νR(T
1
– T
4
) = 0,5. 8,31.(250 – 300) = -207,75J
Áp dụng nguyên lí I cho chu trình: ∆U = Q + A = Q – A’ = 0
=> Nhiệt khí nhận: Q = A’ = A’
12
+ A’
23
+ A’
34
+ A’
41
= 41,55J




0,25

0,25





0,5

0,5

0,5
Bài 6





 Công thức tính hệ số căng mặt ngoài :
c
F
l



Bảng giá trị trung bình và sai số ngẫu nhiên:
Lần đo
1
2
3
Lần đo
1
2
3

F
c
(10
-3
N)
13,94
14,68
14,37
l(mm)
199,4
200,9
201,2
c
F
(10
-3
N)
14,33
l
(mm)
200,5
∆F
ci
(10
-3
N)
0,39
0,35
0,04
∆l

i
(mm)
1,1
0,4
0,7
c
F
(10
-3
N)
0,26
l
(mm)
0,73

 Giá trị trung bình của hệ số căng mặt ngoài:


0,25










0,25

4
3
0,07147( / ) 71,47.10 ( / )
c
F
N m N m
l


   


 Các sai số:
+
'3
0,5.10
c
FN


,
3
0,26.10
c
FN



=>

'3
0,76.10
c c c
F F F N

     

+
'
0,1l mm
,
0,73l mm

=>
' 0,83l l l mm     

+
0,057 5,7%
c
c
Fl
Fl



  
     

=> Sai số tuyệt đối của phép đo:
3

. 4,09.10 ( / )Nm
  

   

 Kết quả đo:
33
71,47.10 4,09.10 ( / )Nm
  

    












0,25
0,25

Lưu ý: học sinh có thể giai theo các cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.