Đề thi (đề xuất) trại hè hùng vương lần thứ XII năm 2016 môn vật lý 10 trường chuyên HÙNG VƯƠNG PHÚ THỌ

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XII
TRƯỜNG THPT CHUYÊN HÙNG VƯƠNG
PHÚ THỌ

ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ -10
NĂM 2016
(Đề thi gồm có 02 trang/ 05 câu)
Thời gian làm bài: 180 phút (không kể thời gian giao đề)

ĐỀ THI ĐỀ XUẤT

Câu 1 (4 điểm).Động học và động lực học chất điểm
Một sợi dây không trọng lượng hai đầu buộc vào một vật nặng và một thùng cát rồi vắt
qua ròng rọc nhẹ cố định. Khối lượng của cát bằng khối lượng của thùng và bằng nửa
khối lượng của khối lượng của vật nặng. Ban đầu các vật đều ở trạng thái đứng yên. Tại
thời điểm t = 0, qua một lỗ nhỏ ở đáy thùng, cát bắt đều chảy đều ra ngoài (tức là cứ sau
những khoảng thời gian bằng nhau thì lượng cát chảy ra ngoài là bằng nhau). Xác định
vận tốc của vật nặng tại thời điểm 2t o nếu toàn bộ cát chảy hết ra khỏi thùng sau khoảng
thời gian to.
Câu 2 (5 điểm).Các định luật bảo toàn
Một sợi dây mảnh chiều dài 2, mỗi đầu dây nối với một quả cầu nhỏ có khối lượng m,
chính giữa của dây nối quả cầu nhỏ có khối lượng M. Ba quả cầu đứng yên trên mặt nằm
ngang nhẵn, sợi dây kéo căng và ba quả cầu trên một đường thẳng. Bây giờ cấp cho quả
cầu M một xung lực làm cho nó đạt vận tốc v, hướng của v thẳng góc với dây. Tìm lực
căng dây tại thời điểm trước lúc hai quả cầu của hai đầu dây va
2
chạm với nhau.
T2
Câu 3 (5 điểm).Nhiệt học
Một lượng khí đơn nguyên tử chuyển từ trạng thái 1 sang trạng
a

thái 2 theo 2cách: đi theo đường cong 1a2 là một phần parabol
3
với phương trình

T = αV 2

T1

và đi theo 2 đường thẳng 1-3 và 3-2.
0

T1 = 250 K , T2 = 360 K

1
V

Biết
và trong quá trình 1a2 người ta cung
Hình vẽ câu 3
cấp cho khí đó nhiệt lượng bằng 2200 J. Tính nhiệt lượng chất
khí nhận được trong quá trình 1-3- 2.
Câu 4 (4 điểm).Cơ học vật rắn
Tấm ván dài có khối lượng M nằm trên mặt phẳng nằm ngang rất nhẵn. Một quả cầu đặc
ω0

khối lượng m bán kính R quay quanh trục nằm ngang đi qua tâm với tốc độ góc
được
thả không vận tốc ban đầu từ độ cao h xuống ván. Trong suốt quá trình va chạm giữa quả
cầu và tấm ván, quả cầu luôn bị trượt. Độ lớn vận tốc theo phương thẳng đứng của quả
v 'y

vy

cầu ngay sau và ngay trước khi va chạm với ván liên hệ:

=e=

hằng số. Cho hệ số ma


µ

sát giữa ván và quả cầu là . Coi trọng
ω0
lực của quả cầu rất nhỏ so với lực tương
m
tác khi va chạm.
a) Tính tốc độ góc của quay quanh khối
tâm của quả cầu ngay sau va chạm với
h
ván.
M
b) Tìm vận tốc khối tâm quả cầu ngay sau
va chạm với ván.
Hình vẽ câu 4
c) Tìm khoảng cách giữa vị trí va chạm
lần 2 và vị trí kết thúc va chạm lần 1.
Câu 5 (2 điểm)Phương án thực hành
Cho các dụng cụ : Ba tấm kính thủy tinh mỏng trong suốt đã biết trước độ dày, một
chậu nước, một vòng đồng, một thước thẳng chia độ nhỏ nhất mm, một lực kế, sợi chỉ.
Trình bày một phương án xác định suất căng mặt ngoài của nước. Hãy đánh giá sai số của

phương án đưa ra.
.....................HẾT.....................
Người ra đề
Thân Thị Thanh Bình
SĐT: 0948309787


HƯỚNG DẪN CHẤM
MÔN: VẬT LÝ, 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
Điể
m
Gọi m là khối lượng cát ban đầu. Khi đó, khối lượng vật nặng là 2m, khối 0,5
1
lượng của cả thùng và cát ban đầu là 2m.
(4
+ Do cát chảy đều và chảy hết ra ngoài sau thời gian t o. Sau thời gian t < to,
điểm)

m
t
to
khối lượng cát đã chảy ra ngoài là:

2m −

0,5

m
t
to

+ Khi đó, khối lượng cát và thùng là:
Xét hệ tại thời điểm 0 ≤ t ≤ to:
+ Áp dụng định luật II Niu Tơn cho hệ, ta có:
m
m dv
2mg − (2m − t ) g = (2mg + 2m − t )
to
to dt

dv =

0,5

g (t − 4to + 4to )dt
4 gto d (4to − t )
gtdt
=
= − gdt −
4to − t
4to − t
4to − t

⇒
(1)
Giả sử sau thời điểm to vận tốc của vật là v1. Từ (1), ta có:
v1

t0

t0

∫ dv = − ∫ gdt − ∫
0

0

0

4 gto d (4to − t )
4to − t

v1 = − gto − 4 gto ln

⇒
* Sau khi cát chảy hết ra ngoài:
+ Áp dụng định luật II Niu Tơn:
2mg − mg = (2mg + m)a
⇒ a = g/3
+ Vận tốc của vật sau thời điểm 2 to là:
3 gt
3 2
v2 = v1 + at = − gto − 4 gto ln + o = gto (4 ln − )
4 3
4 3

0,5

1,0

3
4
0,5

0,5


2

Gọi gia tốc của quả cầu M và 2 quả cầu m trước lúc hai đầu dây va chạm là
aM và am
r

r
v
Áp dụng định luật II Niu Tơn:
m

M

vy

M

2T = MaM(1)
m

0,5

T T
m

T = mam

m
vx

vx

(2)

0,5

Hai quả cầu m thực hiện chuyển động tròn đối với M. Tại thời điểm trước va 0,5
vx2
b

chạm, gia tốc hướng tâm của hai quả cầu m đối với M là:
Trong đó: vx là vận tốc thành phần của quả cầu m trước va chạm có phương
thẳng góc với dây.
v2
am = x − a M
b
Do đó:
(3)
v2
M

T=
(m x )
M + 2m
b
Giải hệ (1), (2), (3), ta được:
(4)
Gọi vy là vận tốc của quả cầu M trước lúc va chạm. Do chiều dài dây không
đổi nên vận tốc thành phần của quả cầu m theo phương ngang của dây cũng là
vy.
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, ta có:
Mv = (M+2m)vy (5)
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có:
2
v 2y
v2
v2 vy
M
= M + 2m ( x + )
2
2
2 2
(6)
Giải hệ (5), (6),ta được:
Mv 2
vx2 =
M + 2m
(7)
Thay (7) vào (4), ta có:
T=

2

0,5

0,5

0,5

0,5

1,0

0,5

2

M mv
( M + 2m) 2 b

3
Quá trình 1a2:

T = αV 2

ω0

, PV = nRT = nR
h

2

αV
m

hay

r
N r
Fms
M

y

P = nRT αV

0,5

x


Q = A + ∆U

(5điểm
)

1,0
V2

3
3
Q = ∫ PdV + nR(T2 − T1 ) = ∫ nRα dV + nR(T2 − T1 )

2
2
V1
1
nR (αV2 2 − αV12 ) + (T2 − T1 )
2
1
3
= nR (T2 − T1 ) + nR (T2 − T1 ) = 2nR (T2 − T1 )
2
2
=

Theo nguyên lý 1
Q
2200
nR =
=
= 10
2(T2 − T1 ) 2(360 − 250)
Vậy
→ A13 = 0
Quá trình 1 – 3: V không đổi
3
∆U13 = nR (T3 − T1 )
2
3
Q13 = ∆U13 = nR(T3 − T1 ) ⇒ Q13 > 0
2

P
3

2

0,5

1

0

V1

V2

V

0,5

* Quá trình 3-2: Trong đồ thị T,V
là đường đi qua gốc toạ độ
T = β V ; PV = nRT = β nRV

P = β nR = co n s t
Vì vậy đây là quá trình đẳng áp
A32 = P2 (V2 − V3 ) = PV
2 2 (1 −

= P2 (V2 − V1 ) = nRT 2 (1 −

∆U 32 =
Mặt khác

Q23 > 0 → Q123 =

4

V1
T
) = nRT2 (1 − 1 )
V2
T2

T1
)
T2

3
nR (T2 − T3 )
2

Q23 = A32 + ∆U 32 =

0,5

3
T
nR(T2 − T3 ) + nRT2 (1 − 1 )
2
T2

3
T
nR (T2 − T1 ) + nRT2 (1 − 1 ) = 2500 J
2
T2

a) Tìm tốc độ góc của quả cầu ngay sau va chạm

0,5

0,5

1,0

0,5


(5
điểm)

∆t
Gọi
là thời gian va chạm
Pt biến thiên momen động lượng quả cầu với trục quay qua khối tâm:
2mR 2
( ω0 − ω ) = R.Fms ∆t = RN µ∆t
5

(1)

Pt biến thiên động lượng
khối tâm của quả cầu
theo phương Oy:

(

0,5

)

m v 'y − v y = N .∆t

(

)

0,5

m e v y + v y = N .∆t
2 gh ( e + 1) =

N .∆t
m

(2)
0,5

2

2mR
( ω0 − ω ) = mRµ 2 gh ( e + 1)
5

Từ (1) và (2):
5µ
ω = ω0 −
( e + 1) 2 gh
2R
⇒
b) Tìm vận tốc tâm quả cầu ngay sau va chạm
Pt biến thiên động lượng khối tâm của quả cầu theo phương Ox:

(

0,5

)

m vx' − vx = µ N .∆t

vx' =

µ N ∆t
m

(3)
v = µ ( e + 1) 2 gh

0,5

'
x

Từ (2) và (3):
v ' = vx'2 + v '2y = µ 2 ( e + 1) .2 gh + e 2 .2 gh = 2 gh  µ 2 (e + 1) 2 + e 2 
2

c) Tìm khoảng cách từ vị trí va chạm lần 2 đến vị trí kết thúc va chạm lần 1
Vx
Gọi
là vận tốc tấm ván ngay khi kết thúc va chạm lần 1.
Theo định luật bảo toàn động lượng cho hệ quả cầu và ván:
m
µm
Vx = − vx' = −
'
( e + 1) 2 gh
mvx + MVx = 0 ⇒
M
M

r
v '(vx' , v 'y )
Sau va chạm quả cầu chuyển động như vật ném xiên với

0,5

0,5

tbay =

2v 'y
g

Quãng đường quả cầu đi được dọc theo phương ngang:
2v 'y vx'
'
scau = tbay .vx =
g

0,5

Quãng đường ván đi được theo chiều ngược lại là:
2v ' V
svan = tbay . Vx = y x
g

0,5

Vị trí va chạm thứ 2 cách vị trí kết thúc va chạm lần 1:
2v 'y
s = scau + svan =
( Vx + vx' )
g

0,5

0,5

v 'y ,Vx , vx'
Thay

ở trên vào và biến đổi ta được:
m+M 
s = 4heµ ( e + 1) 
÷
 M 

5
(2
điểm)

* Cơ sở lý thuyết :
Dùng hiện hiện tượng mao dẫn trong ống nhỏ

0,5

* Trình tự thí nghiệm :
0,5
Dùng hai ba tấm kính ghép với nhau thành khe nhỏ như hình vẽ. Đặt khe hẹp
này xuống chậu nước sẽ có hiện tượng mao dẫn xảy ra. Căn cứ vào cân bằng
của cột chất lỏng dâng cao : P = Fc

δ

δ

δ

dlhDg
d +1

⇒ VDg = L => dlhDg = 2 (d+1) ⇒ =
Tiến hành thí nghiệm :
- Đo giá trị l, r bằng thước đo. Tra D, g trong bảng số liệu

- Ghép ba tấm kính như hình vẽ. Đặt xuống chậu nước. Đo độ cao h bằng thước

0,5


Đánh giá sai số :
- Sai số trong thí nghiệm này chủ yếu xuất phát trong quá trình đo độ cao h của
cột nước
- Để giảm sai số này khi đo ta đặt mắt vuông góc, dọc theo bản thủy tinh

0,5