Đề thi (đề xuất) trại hè hùng vương lần thứ XII năm 2016 môn vật lý 10 trường chuyên yên bái

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XII
TRƯỜNG THPT CHUYÊN
NGUYỄN TẤT THÀNH TỈNH YÊN BÁI
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT

ĐỀ THI MÔN VẬT LÍ
LỚP 10
Thời gian làm bài 180 phút
(Đề này có 02 trang, gồm 05 câu)

Câu 1 (4,5 điểm)
Hai vật được ném đồng thời từ cùng một điểm với vận tốc ban đầu như nhau,
cùng bằng v0. Vật 1 được ném lên nghiêng một góc α so với phương ngang, vật 2
được ném lên theo phương thẳng đứng. Bỏ qua sức cản của không khí.
a. Hỏi góc α bằng bao nhiêu để tầm ném xa của vật 1 đạt cực đại?
b. Hỏi góc α bằng bao nhiêu để khoảng cách giữa hai vật là cực đại? Tính
khoảng cách đó? Xem rằng khi rơi xuống đất vận tốc vật lập tức triệt tiêu.
Câu 2 (5,0 điểm)
1. Hai vật có khối lượng m1 và m2 được nối với nhau bởi một lò xo không dãn
đặt trên mặt phẳng nằm ngang, hệ số ma sát giữa các vật và mặt phẳng nằm ngang là
µ . Tính lực nhỏ nhất tác dụng lên vật m 1 dọc theo trục của lò xo để vật m 2 vẫn không

trượt trên mặt phẳng nằm ngang.
2. Một tấm ván có khối lượng 2m đặt trên mặt phẳng nằm ngang. Một cái cọc
nhẹ cắm thẳng đứng vào tấm ván. Một con lắc đơn gồm một
quả nặng có khối lượng m, sợi dây dài l và được treo vào
cọc. Đưa quả nặng đến vị trí sợi dây lệch một góc α 0 so với
phương thẳng đứng rồi buông nhẹ.
a. Tìm vận tốc của quả nặng khi dây treo thẳng đứng.
b. Tìm vận tốc của tấm ván khi dây treo lập với phương thẳng đứng một góc α .
Câu 3 (4,0 điểm)

Một xi-lanh có tiết diện S đặt thẳng đứng chứa một chất khí
đơn nguyên tử. Trong xi-lanh có hai pit-tông, mỗi pit-tông có khối
lượng m. Khoảng cách giữa đáy xi-lanh và pit-tông phía dưới là H,
còn khoảng cách giữa hai pit-tông là 2H (hình vẽ). Thành xi-lanh và
pit-tông phía trên không dẫn nhiệt, pit-tông phía dưới dẫn nhiệt và có thể bỏ qua nhiệt


dung của nó. Mỗi pit-tông sẽ dich chuyển một khoảng là bao nhiêu sau khi cấp cho nó
một nhiệt lượng Q cho khí ở đáy xilanh? Áp suất khí bên ngoài không đổi là p 0, gia
tốc trọng trường là g, bỏ qua ma sát.
Câu 4 (4,5 điểm)
Một đĩa tròn đồng chất bán kính R quay trong mặt phẳng thẳng đứng với vận
tốc góc ω0 thì được đặt nhẹ nhàng xuống mặt phẳng nằm ngang. Hệ số ma sát giữa
đĩa và mặt phẳng ngang là µ. Hãy tính:
a. Sau bao lâu thì đĩa lăn không trượt.
b. Tính công của lực ma sát trong giai đoạn vật trượt.
c. Vận tốc của quả cầu khi lăn không trượt, với µ rất lớn đến mức không có sự
trượt ban đầu.
Câu 5 (2,0 điểm)
Cho công thức xác định lực ma sát nhớt tác dụng lên bi nhỏ: F = 6π .η .v.r. Trong
đó: η là hệ số ma sát nhớt của chất lỏng, v là tốc độ chuyển động của bi so với chất
lỏng, r là bán kính của bi.
Cho các dụng cụ thí nghiệm:
+ Một ống thủy tinh hình trụ dài.
+ Một ống nhỏ giọt.
+ Một cân.
+ Một đồng hồ bấm giây.
+ Một thước đo chiều dài.
+ Chậu đựng nước có khối lượng riêng ρ đã biết.
+ Chậu đựng dầu thực vật lỏng có khối lượng riêng ρd đã biết.

Trình bày cơ sở lý huyết, cách bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm để xác định
hệ số ma sát nhớt của dầu thực vật đã cho.
.....................HẾT.....................
Người ra đề
Lại Xuân Duy
Điện thoại liên hệ: 0918.266.113


HƯỚNG DẪN CHẤM
MÔN: VẬT LÍ, LỚP:10
Lưu ý: Các cách giải khác hướng dẫn chấm, nếu đúng cho điểm tối đa theo thang
điểm đã định.
Câu
Nội dung
Điểm
Chọn Oxy; Ox nằm ngang theo hướng ném; Oy thẳng đứng; O là vị trí ném
vật. Phương trình chuyển động của vật 1 là:

0,5

Theo Ox: ax = 0; vx = v0 cosα ; x = v0cosα .t (1)
1 2
Theo Oy: a y = − g ; v y = v0 sin α − gt ; y1 = v0 sin α .t − gt (2)
2

0,5

Khi vật 1 đạt tầm xa:
y1 = 0 → t =

1

2v0 sin α
v 2 sin 2α
v2
→x= 0
→ xmax = 0 ↔ α = 450
g
g
g

1 2
Phương trình chuyển động của vật 2: y2 = v0t − gt (3)
2

0,5
0,5

Khoảng cách giữa hai vật là:
l = ( y2 − y1 ) 2 + x 2 = v0t (1 − sin α ) 2 + cos 2α (4)

Do: 0 < t ≤

Nên: l ≤

0,5

2v02 sin α
2 2v02
4 2 v02

(1 − sin α ) 2 + cos 2α =
sin α 1 − sin α ≤
g
g
3 3 g

Vậy: lmax =

2

2v0 sin α
g

0,5

4 2 v02
2
↔ sin α =
3 3 g
3

1. Khi m2 bắt đầu trượt trên mặt phẳng ngang, lúc đó lò xo biến dạng
x ta có:

0,75
0,75

0,5

kx = µ m2 g (1)

Áp dụng biến thiên cơ năng:
1 2
1
kx = − µ m1 gx + Fx → F = kx + µ m1 g (2)
2
2

0,75

Thay (1) vào (2):
F = µ (m1 +

m2
)g
2

2. a. Khi vật m đến vị trí thấp nhất, kí hiệu v và V lần lượt là vận tốc
của m và 2m (so với đất), áp dụng định luật bảo toản động lượng và

0,5
0,5


cơ năng ta có:
0 = mv + 2mV → v = −2V

(1)

Theo định luật bảo toàn cơ năng:

0,5

mv 2 2mV 2
+
= mgl (1 − cosα 0 ) (2)
2
2

Giải hệ (1) và (2) ta được:
0,5

4
gl (1 − cosα 0 )
3

v=

b. Khi dây hợp với phương thẳng đứng một góc α . Vận tốc của vật
nặng đối với tấm ván là u. vận tốc của tấm ván so với mặt đất là v.
Theo phương ngang hệ không chịu tác dụng của ngoại lực nên động
lượng được vảo toàn:
0 = 2mv + m(v + u cos α ) ↔ 3v = −u cos α

0,75

(3)

Theo định luật bảo toàn cơ năng:
1
1

m (v + u cos α ) 2 + (usinα ) 2  + 2mv 2 = mgl (cosα − cosα 0 ) (4)
2
2

Giải hệ (3) và (4) ta được: v =
3

2 gl (cosα − cosα 0 )cos 2α .
3
2 + sin 2 α

0,5

0,5

Áp suất của khí trong hai ngăn là:
p1 = p0 +

mg
2mg
; p2 = p0 +
.
S
S

Nhiệt độ của hai phần luôn bằng nhau (pit-tông ở giữa dẫn nhiệt).
Theo phương trình C-M:

0,5

0,5

p1∆V1 = υ1 R∆T ; p2 ∆V2 = υ2 R∆T
p .2 HS

p .HS

1
2
Trong đó: υ1 = RT ; υ 2 = RT → ∆V1 = 2∆V2
0
0

0,5

Độ dịch chuyển của hai pit-tông tương ứng là:
x2 =

∆V2
∆V + ∆V2
; x1 = 1
= 3 x2
S
S

Theo nguyên lí I nhiệt động lực học:
∆U = Q − A′

0,5
0,5

3
2

3
2

3
2

Với: ∆U = (υ1 + υ 2 ) R∆T = ( p1∆V1 + p2 ∆V2 ) = (3 p0 S + 4mg ) x2
5
2

Công A′ = p1∆V1 + p2 ∆V2 = (3 p0 S + 4mg ) x2 → Q = (3 p0 S + 4mg ) x2

0,5
0,5

Tính ra ta được:
x1 =

4

6Q
2Q
; x2 =
5(3 p0 S + 4mg )
5(3 p0 S + 4mg )

0,5

a. Các lực tác dụng lên vật như
hình vẽ.
0,5

Theo định luật II Niu tơn:
Fms = maC ; N = p = mg → µ mg = maC → aC = µ g

0,5

Theo phương trình động lực học vật rắn:
− Fms R = I C γ ↔ − µ mgR =

1
2µ g
mR 2γ → γ = −
2
R

0,5

Khi vật vật lăn không trượt:
vG = ω R ↔ aG t0 = (ω0 + γ t0 ) R → t0 =

Rω0
3µ g

0,5

b. Công của lực ma sát:
Ams = Wd 1 − Wd 2 =

mω02 R 2
1 mR 2 2 1 mR 2 2 mR 2 2
ω0 −
ω =
(ω0 − ω 2 ) =
2 2
2 2
4
6

c. Vận tốc của quả cầu: Vì µ rất lớn nên quả cầu không trượt mà
quay quanh điểm tiếp xúc K. Mặt khác, vì tổng momen ngoại lực đối
với điểm tiếp xúc K bằng không, nên momen động lượng của quả cầu
được bảo toàn.

0,5

0,5

Lúc sắp chạm sàn:
r
r
r uuur
2
LK = LO + mv0 ∧ OK → LK = mR 2ω0 + 0
5

Ngay sau khi chạm sàn:

(1)

0,5
0,5


r
r
7
L 'K = I K ω → LK = mR 2ω
5

Từ (1) và (2) ta được: ω =

(2)

2ω0
2 Rω0
; v1 =
7
7

0,5

1. Cơ sở lý thuyết
Vật rơi trong một môi trường chịu tác dụng của lực cản tỷ lệ với
tốc độ chuyển động của vật. Ban đầu vật rơi nhanh dần, nên tốc độ

0,25

tăng dần, đến khi lực cản của môi trường đủ lớn để cân bằng với trọng
lực và lực đẩy Acsimet thì vật chuyển động đều.
Xét viên bi nhỏ bán kính r chuyển động đều trong dầu với tốc độ v:
+ Phân tích lực: trọng lực P , lực đẩy Acsimet F A , lực ma sát nhớt F

0,25

+ Viên bi chuyển động đều nên ta có: P + FA + F = 0 ⇒ F = P – FA
4 3
2 r 2 ( ρ − ρ d ).g
(
)
⇒ 6πη.v.r = π .r ρ − ρ d .g ⇒ η = ⋅
3
9
v

5

Nhận xét: Để đo η, ta cần đo bán kính r và tốc độ chuyển động v của
viên bi.
2. Tiến hành thí nghiệm
a. Bố trí thí nghiệm như Hình vẽ

0,25

b. Tiến trình thí nghiệm:
Bước 1: Thí nghiệm với ống nhỏ giọt
- Dùng cân điện tử để cân khối lượng: ống nhỏ giọt,ống nhỏ giọt có

0,25

chứa nước để xác định khối lượng m của nước trong ống.
- Đếm số giọt nước N.
Bước 2: Cho giọt nước từ ống nhỏ giọt rơi vào dầu từ một độ cao h
xác định (để giọt nước có tốc độ ban đầu đủ lớn). Mỗi giọt nước
chuyển động trong ống dầu, quan sát chuyển động của giọt nước.
- Dùng thước đo quãng đường S (quan thấy giọt nước chuyển động
đều).

0,25

- Dùng đồng hồ đo khoảng thời gian t chuyển động tương ứng.
Chú ý: Khi tiến hành bước 2 nhiều lần mức chất lỏng và nước trong
ống sẽ dâng lên nên ta phải chú ý: điều chỉnh vị trí của ống nhỏ giọt (để
độ cao h không đổi); vị trí đo quãng đường S (do mức nước dâng lên).
3. Xử lý số liệu
a. Xác định bán kính của một giọt nước: Đo m, đếm N
- Khối lượng 1 giọt nước: m0 =
- Bán kính 1 giọt nước: r = 3

m
.
N

0,25

3V
3.m
=3
.
4π
4π .ρ

b. Xác định tốc độ chuyển động đều của giọt nước trong dầu: v =
c. Xác định hệ số nhớt của dầu: η =

2 r 2 ( ρ − ρ d ). g
⋅
9
v

S
t

0,25
0,25