Giải đề HSG Vật lý 9 (.4Y)

Giải và đáp án đề thi HSG Vật lý 9 năm học 2008-2009
(.4Y)
Bài 1: (2đ)
a. Dẫn 100g hơi nớc ở 100
0
C vào bình cách nhiệt đựng nớc đá ở -4
0
C. Nớc đa
bị tan hoàn toàn và lên đến 10
0
C.
Tìm khối lợng nớc đá có trong bình. Biết nhiệt nóng chảy của nớc đá

=
3,4.10
5
J/kg . Nhiệt hóa hơi của nớc ở 100
0
C là L=2,3.10
6
J/kg. Nhiệt dung
riêng của nớc là C
1
= 4200J/kg độ, của nớc đá là C
2
= 2100J/kg độ.
b. Để tạo nên 100g hơi nớc ở 100
0
C từ nớc ở 20
0
C bằng bếp dầu có hiệu suất

H=40%. Tìm lợng đầu cần dùng biết năng suất tỏa nhiệt của dầu
q=4,5.10
7
J/kg.
Giải : (2đ)
a. Nhiệt lợng hơi nớc tỏa ra khi chuyển từ hơi nớc sang nớc ở 100
0
C và hạ
đến 10
0
C t
1
=100
0
C t=10
0
C
Q
1
=m
1
L
1
+m
1
C
1
(t
1
-t)= [0,1.2300000+0,1.4200(100-10)]=267800 J (0,5đ)

Nhiệt lợng nớc đá thu vào để tăng từ -4
0
C đến 0
0
C sau đó tan thành nớc ở 0
0
C
và từ nớc ở 0
0
C tăng đến 10
0
C
Q
2
= m
2
C
2
(t
3
-t
2
)+m
2

+ m
2
C
1
(t-t

3
)= m
2
[C
2
(t
3
-t
2
)+

+ C
2
(t-t
3
)] t
3
=0
0
C t
2
=-4
0
C
m
2
[2100.(4)+4200(10-0)]=m
2
.390400J(0,25đ)
áp dụng phơng trình cân bằng nhiệt (Q

1
=Q
2
) ta có: 267800 = m
2
.390400
m
2
= 267800 : 390400 =0,685kg (0,25đ)
b. Lợng dầu cần dùng:
Nhiệt lợng cần thiết để 100g nớc ở 20
0
C biến thành hơi nớc ở 100
0
C: t
4
=20
0
C
Q=m
1
.C
1
(t
1
-t
4
)+m
1
L=263,6.10

3
J (0,5đ)
Nhiệt lợng dầu cần phải toả ra Q': H=Q/Q'

Q'=Q.100%/H=659.10
3
J
Lợng dầu cần dùng: Q'=q.m

m=Q'/q=659.10
3
J/4,5.10
7
J/kg

0,015kg= 15g
Bài 2: (1đ) Một ôtô chuyển động đều với vận tốc 36km/h. Lực cản chuyển
động là 200N. Tính công suất của động cơ?
Giải: (1đ)
Do ô tô chuyển động đều nên lực kéo của động cơ ô tô phải bằng lực
cản( F
kéo
=F
cản
)
(0,25đ)
Ta có F=200N . Công suất của động cơ ô tô là P=A/t=F.s/t=F.V (do V=s/t)
(0,5đ)
Đổi 36km/h=10m/giây. Vậy P=200N.10m/giây=2000W P=2000W (0,25đ)
1

Bài 3: (2đ)
Mạch điện có sơ đồ nh hình vẽ, trong đó U
AB
=12V và R
1
=12 ôm. Biết Ampe
kế (R
A
= 0) chỉ 1,5A. Nếu thay Ampe kế bằng Vôn kế (R
V
= vô cùng) thi Vôn
kế chỉ 7,2V
a. Tính các điện trở R
2
và R
3
?
b. So sánh công suất tiêu thụ của đoạn mạch AB trong 2 trờng hợp ( trờng hợp
nh hình vẽ và trờng hợp thay Ampe kế bằng Vôn kế)
A B
Giải: (2đ)
a. Điện trở R
3
bị Ampe kế nối tắt ( có trong mạch cũng nh không). (0,5đ)
R
12
=U/I
A
=12/1,5=8

1/R
12
=1/R
1
+1/R
2
suy ra 1/R
2
=1/8-1/12

R
2
=24

(0,5đ)
Khi thay Ampe kế bằng Vôn kế. Ta có U
12
=U-U
V
=12-7,2=4,8V.
I
3
=U
12
/R
12
=4,8/8=0,6A. (0,25đ)
R
3
=U

3
/I
3
=7,2/0,6=12



R
3
=12

(0,25đ)
b. Khi còn A: R=R
12
= 8

Khi thay A bằng V ta có R'=R
12
+R
3
=8+12=20

Ta biết P=U
2
/R; P=U
2
/R mà R'/R=20/8 ( hay R'=2,5R)
Vậy P/P= 2,5

P=2,5P' (0,5đ)

Bài 4: (2đ)
Dùng một bếp điện loại 220V-1100W để đun một ấm nớc thì sau 6 phút nớc
sôi . Nếu mắc bếp điện vào hiệu điện thế U=220V.
a. Nếu mắc bếp điện và hiệu điện thế U= 110V để đun ấm nớc trên thì
sau bao lâu nớc sôi?
b. Nếu cắt bớt 1/3 chiều dài của dây xoắn trong bếp điện và mắc bếp vào
hiệu điện thế U=220V thì sau bao lâu nớc sôi?
Giải: (2đ)
a. Từ công thức P=U
2
/R do R không đổi nhng U'=U/2

P'=P/4 (0,5đ)
Gọi Q là nhiệt lợng bếp toả ra để đun sôi ấm nớc. Q=Pt=P't'

t'=Pt/P'= Pt /
(P:4)=4t . (0,5đ)
Thay t=6 ta đợc t'= 24 phút (0,5đ)
b. Từ công thức P=U
2
/R do U không đổi nhng R'=2/3R.

P'=
R
U
3/2
2

=
P

P'
2
3
hayP'=3/2P (0,25đ)
Q=Pt=P't' (hai bếp cùng nhiệt lợng để sôi nớc)

t'=Pt/t

t'= 4 phút
(0,25đ)
R
1
R
2
R
3
A
2

Bài 5: ( 3 đ)
Cho mạch điện nh hình vẽ;
U
MN
=7V không đổi. Các điện trở R
1
= 3

R
2
= 6

. PQ là một biến trở dài 1,5
m đồng chất, tiết diện đều S = 0,1mm
2
,

= 4.10
-7

m. Am pe kế và các dây
nối có điện trở không đáng
a. Tính điện trở của biến trở PQ?
b. Dịch con chạy C tới vị trí sao cho
PC=
2
CQ
. Tính số chỉ của Am pe kế?
c. Xác định vị trí của C để Ampe kế
chỉ
3
1
A
Giải ( 3 đ)
a.Tính điện trở của biến trở PQ ( 0,5 đ)
R
PQ
=
S
l

= 4.10
-7

7
10.1
5,1

= 6

b. Tính số chỉ của Am pe kế: ( 1 đ)
PC=
2
CQ


2PC= CQ

3PC= CQ+PC=6

PC=2

; CQ=4

Hay PC=R
PC
= 2

; CQ=R
CQ
= 4

R
M
=
+
+
PCR
PCR
1
1
.
CQR
CQR
+
1
2
.
=
+
+
23
2.3
46
4.6
+
=1,2+2,4=3,6

;
I
M

=
M
I
U
=
6,3
7
=
18
35
A; I
3
=
PC
U
MD
=
2
.
,1 PCM
RI
=
2
2,1
18
35
=
A
12
7

Tơng tự ta tính đợc I
4
=
A
12
7
tức I
4
-I
3
=0 hay I
4
=I
3
suy ra Am pe kế chỉ 0A
c. Xác định vị trí của C để Ampe kế chỉ
3
1
A ( 1,5 đ)
Gọi điện trở PC là x ( điều kiện: x > 0; x < 6 ) thì CQ là 6-x; dòng điện tơng
ứng qua x là I
3
qua (6-x) là I
4
; qua R
1
là I
1
; qua R
2

làI
2
Cấu tạo của mạch là: (R
1
// PC) nt (R
2
//CQ) hay R
M
=R
X1
+R
(6-X) 2
R
M
=
3
3
+
x
x
+
)6(6
)6(6
x
x
+

=
3
3

+
x
x
+
x
x


12
)6(6
=
)12)(3(
18108636336
22
xx
xxxxx
+
++
=
)12)(3(
108549
2
xx
x
+
++
I
M
=
M

R
U
=
108549
)12)(3(7
2
++
+
xx
xx
3
R
1
R
2
A
M
N
U
+
-
D
P Q
C
I
3
=
PC
XM
R

RI
1
.
=
108549
)12)(3(7
2
++
+
xx
xx
.
3
3
+
x
x
:x=
108549
)12(21
2
++

xx
x
I
4
=
CQ
xM

R
RI
2)6(
.

=
108549
)12)(3(7
2
++
+
xx
xx
.
x
x


12
)6(6
:(6-x)=
108549
)3(42
2
++
+
xx
x
I
a

=I
4
- I
3
=

3
1
hoặc I
a
=I
3
- I
4
=

3
1
Ta thực hiện giải theo I
a
=I
4
- I
3
=

3
1
Xét dấu (+):
108549

)3(42
2
++
+
xx
x
-
108549
)12(21
2
++

xx
x
=
3
1
3
1
108549
12663
2
=
++


xx
x

3(63x-126)=- 9x

2
+54x+108
Tính toán ta đợc: x
2
+15x-54=0 giải ra ta đợc x
1
=3 ; x
2
=-18(loại)
Xét dấu (-):
108549
)3(42
2
++
+
xx
x
-
108549
)12(21
2
++

xx
x
=-
3
1
3
1

108549
12663
2
=
++


xx
x

-3(63x-126)=- 9x
2
+54x+108
Tính toán ta đợc: x
2
-27x+30=0 giải ra ta đợc x
1

1,15 ; x
2

-25,8(loại)
Vậy dịch con chạy C tới vị trí sao cho PC= 3

thì Am pe kế chỉ
3
1
A và
dòng điện đi từ D đến C hay cực (+) ở D, cực (-) ở C
PC

1,15

thì Am pe kế chỉ
3
1
A và dòng điện đi từ C đến D hay cực (+)
ở C, cực (-) ở D.
4