Đề thi học sinh giỏi 2018 môn vật lý chuyên lê khiết, quảng ngãi

Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN DUYÊN HẢI
VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ KHIẾT TỈNH
QUẢNG NGÃI
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT

ĐỀ THI MÔN VẬT LÍ - KHỐI 10
NĂM 2018
Thời gian làm bài: 180 phút
(Đề thi này có 02 trang, gồm 5 câu)

Câu 1. (5 điểm) Cơ học chất điểm + Các định luật bảo toàn
Một tấm ván A dài l  80cm , khối lượng m1=1kg được đặt

B

trên mặt dốc nghiêng góc  so với mặt phẳng ngang. Một vật B
khối lượng m2=100g được đặt trên tấm ván tại điểm cao nhất của
tấm ván (hình 1). Thả cho hai vật A, B cùng chuyển động. Cho

A

biết hệ số ma sát giữa A và mặt dốc là 1  0,2 , giữa B và A là
α

 2  0,1 . Lấy g=10m/s2.

Hình 1

1. Giả sử dốc đủ dài, cho   300 .
a) Tìm thời gian để vật B rời vật A.

b) Khi vật B vừa rời khỏi vật A thì vật A đã đi được đoạn đường dài bao nhiêu trên mặt dốc?
2. Cho chiều dài dốc là L=2,4m. Xác định giá trị của  sao cho khi vật B vừa rời khỏi vật A thì đầu dưới
của vật A tới chân dốc.
Bài 2. (4 điểm) Cơ học vật rắn
Một vật nhỏ khối lượng m được đặt lên thành bên trong của
một vành trụ mỏng có khối lượng M phân bố đều. Vật nằm trong
mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với trục của vành trụ và chứa
khối tâm của vành trụ. Ban đầu, vành trụ đứng yên trên một mặt
phẳng ngang và vật ở vị trí xác định bởi góc lệch  0 so với đường
thẳng đứng (như hình 2). Sau đó, thả nhẹ vật cho hệ chuyển động.
Giả thiết rằng ma sát giữa vật và vành trụ là không đáng kể, vành
trụ chuyển động lăn không trượt trên mặt phẳng ngang. Gia tốc
trọng trường là g .
Tìm phản lực của vành trụ lên vật lúc vật đến vị trí thấp nhất
của quỹ đạo.

M
m

0

Hình 2

g


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Bài 3. (4 điểm) Cơ học thiên thể
Con tàu vũ trụ có khối lượng M = 1,2 tấn quay quanh Mặt Trăng theo quỹ
đạo tròn ở độ cao h = 100km so với bề mặt của Mặt Trăng. Để chuyển sang
quỹ đạo hạ cánh, động cơ hoạt động trong thời gian ngắn. Vận tốc khí phụt

R

B

t

ra khỏi ống khí của động cơ là u  10 m / s (vận tốc của khí đối với tàu vũ
4

trụ). Bán kính Mặt Trăng R t  1,7.10 km , gia tốc trọng trường trên Mặt
3

Trăng là g t  1,7m / s . Phải tốn bao nhiêu nhiên liệu để động cơ hoạt
2

Hình 3

động ở điểm A làm con tàu đáp xuống Mặt Trăng tại điểm B (hình 3).
Bài 4. (4 điểm) Nhiệt học
2
2
Xi lanh hình trụ có tiết diện trong S  10 m cùng với pittông P
V
và vách ngăn V làm bằng chất cách nhiệt (như hình 4). Nắp A của vách mở

P
khi áp suất bên phải lớn hơn áp suất bên trái. Ban đầu phần bên trái của xi
A
p0
lanh có chiều dài L  112 cm chứa m1  12g khí Hêli, phần bên phải
cũng có chiều dài bằng phần bên trái và chứa m2  2g khí Hêli, nhiệt độ
cả hai phần đều bằng T0  273 K. Ấn từ từ vào pittông theo phương ngang
Hình 4
để nó chuyển động rất chậm hướng tới vách ngăn, ngừng một chút khi nắp
5
2
mở và sau đó đẩy pittông tới sát vách V . Biết áp suất không khí bên ngoài p0  10 N/m , nhiệt dung riêng
đẳng tích và đẳng áp của Hêli bằng CV  3,15.10 J/(kg.K) và Cp  5, 25.103 J/(kg.K). Bỏ qua mọi ma sát,
coi các khối khí là khí lí tưởng. Tính công đã thực hiện để di chuyển pittông.
3

Bài 5. (3 điểm) Phương án thực hành
Xác định hệ số ma sát nghỉ giữa sợi chỉ và sắt.
Cho các dụng cụ sau :
+ Một sợi chỉ;
+ Một khối sắt hình trụ có trục cố định;
+ Giá để gắn cố định khối sắt hình trụ;
+ Thước đo độ để đo góc;
+ Một quả nặng;
+ Một lực kế;
+ Giấy kẻ ô milimét.
Yêu cầu:
a) Trình bày cơ sở lí thuyết xác định hệ số ma sát nghỉ giữa sợi chỉ và sắt.
b) Vẽ sơ đồ thí nghiệm, nêu các bước tiến hành, trình bày cách xử lí số liệu.
................. HẾT .................

A


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Người ra đề: Lê Minh Khôi
Điện thoại:

0905811799

ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN VẬT LÍ KHỐI 10
(Đáp án gồm 07 trang)

Bài 1. (5 điểm)

Đáp án

Điểm

1. Vẽ hình, phân tích lực

N2

N1

Fms2

B

0,5
(+)

Fms1 P2

A

N '2

F'ms2
α

P1

a) - Gọi a1 là gia tốc của vật A đối với mặt dốc, a2/1 là gia tốc của B đối với A.
- Xét chuyển động của vật B trong hệ quy chiếu gắn với vật A.
0,5

Theo định luật II Newton:
P2

N2

Fms2

Fqt

m 2 a 2/1

(1)

Chiếu (1) lên chiều chuyển động ta có:
m2gsin  -  2 m2gcos  - m2a1 = m2a2/1

(2)

0,5

- Xét chuyển động của vật A trong hệ quy chiếu gắn với mặt dốc.
- Theo định luật II Newton:
 




P1  N1  F 'ms 2  Fms1  N 2 '  m1a1

0,5
(3)


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

- Chiếu (3) lên chiều chuyển động:
m1gsin  +  2 m2gcos  - 1 (m1+m2) gcos  = m1a1
Thay số tìm được

a1  3,18m/s2

Thay vào (2) tìm được

a2/1  0,95m/s2

- Thời gian vật B rời A:

2l
a 2/1

t

0,5
(4)
0,5

1,3s

0,5

b) Quãng đường vật A đi được trên mặt dốc:
1
2

sA= a1t 2  2,69m

2. - Thời gian vật B rời A:

t2

- Thời gian vật A tới chân dốc: t1 

0,5

2l
a 2/1

2( L  l )
a1

0,5

2( L  l )
2l
=
(5)
a 2/1
a1

Từ đề bài ta phải có:

Rút a1, a2/1 từ (2) và (4) thế và(5) biến đổi ta được:
0,5
tan   0,43    23,27

0


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Bài 2. (4 điểm)
Đáp án

Các lực tác dụng lên hệ như hình 1.

Điểm

Phương trình chuyển động của vật theo
phương ngang max  N sin  .(1)

M, R

m N  Mg

Phương trình chuyển động của vành trụ theo
phương ngang Mw  N sin   Fms .
(2)

N

Phương trình chuyển động quay của vành trụ

Fms

là I   Fms R , với I  MR 2 và  

N
mg

Hình 1

w
nên

R

Fms  Mw .

suy ra

Thay (3) vào (2), ta được

N sin   2Mw .

Thay (4) vào (1) ta được

max  2Mw hay mu  2Mv .

0,5

0,5

0,5

(3)
(4)

0,5

(5)

0,5

Theo định luật bảo toàn cơ năng

mgh 

1
1
1
1
mu 2  Mv 2  I  2 hay mgR(1  cos  0 )  mu 2  Mv 2 .
2
2
2
2

MgR(1  cos0 )
m
, v
m  2M
M

(6)

MgR(1  cos0 )
. (7)
m  2M
Khi vật đến vị trí thấp nhất của quỹ đạo, vận tốc của vật đối với vành trụ là vrel  u  v .
Giải hệ (5) và (6) ta được u  2

0,5

0,5

Phương trình chuyển động của vật tại vị trí thấp nhất quỹ đạo xét theo phương hướng
tâm cũng là phương thẳng đứng là N  mg  m




m

 2  (1  cos 0 )  .
M



vào ta được kết quả N  mg 1  



2
vrel
(u  v) 2
m
. Thay u và v ở (7)
R
R

0,5


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Bài 3. (4 điểm)
Đáp án

Điểm

Gọi v là vận tốc trên quỹ đạo tròn, vA và vB là vận tốc trên quỹ đạo hạ cánh,
quỹ đạo này là một phần của elíp. Vì động cơ chỉ hoạt động trong thời gian rất
ngắn đủ giảm bớt v một lượng v cần thiết ( v hướng ra phía trước để hãm
tàu).
- Định luật II Niutơn áp dụng cho tàu trên quỹ đạo tròn:
1,0

MtM
Mv 2
GM t
g t .R 2t
G

v

 1651m / s
(R t  h) 2 R t  h
Rt  h
Rt  h

(1)

- Định luật bảo toàn năng lượng trên quỹ đạo elip: ( M1 là khối lượng còn lại của
tàu vũ trụ)

M1vA2
M t M1
M1vB2
MM
EA  EB 
G

G t 1
2
(R t  h)
2
Rt

1,0
(2)

Theo định luật Keppler 2:

L A  L B  v A (R t  h)  v B .R t  v B 

v A (R t  h)
Rt

(3)
1,0

Thay (3) vào (2): vA  1628m/ s  v  v  vA  23m/ s
Gọi m là khối lượng nhiên liệu đã cháy, áp dụng định luật bảo toàn động lượng:
Độ biến thiên động lượng của khí bằng độ biến thiên động lượng còn lại của tàu:

(M  m)v  mu (u là vận tốc tương đối của khí đối với tàu vũ trụ)

m

Mv
 28,73kg
u  v

1,0


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Bài 4. (4 điểm)
Đáp án

Điểm

Áp suất phần bên trái của xilanh:
p1V0 

m1



RT0  p1 

m1
m RT

RT0  1 0
V0
 LS

0,5

1
.

Áp suất phần bên phải xilanh:
p2V0 

m2



RT0  p2 

m2
m RT0
RT0  2
V0
 LS

 2

0,5

.

Vì m1  m2  p1  p2 : ban đầu nắp A đóng.
Quá trình pittong nén khí, dời chỗ về phía trái đến sát vách ngăn được
chia làm hai giai đoạn:
* Giai đoạn 1: Nén khí trong phần bên phải (đoạn nhiệt thuận nghịch)
cho đến khi áp suất khí trong phần này bằng với áp suất p1 của phần bên trái,
nhiệt độ khí tăng lên đến giá trị T1, khi đó nắp A mở có sự hòa trộn của hai
lượng khí: khối khí m1 có nhiệt độ T0 ở bên trái và khối khí m2 có nhiệt độ T1
ở bên phải. Trong quá trình hòa trộn, khí không nhận nhiệt và công bên ngoài
vì thế nội năng tổng cộng của hai khối khí không đổi.

0,5

Gọi T2 là nhiệt độ chung của khối khí sau khi hòa trộn, ta có:
m1CV T0  m2CV T1   m1  m2  CV T2  T2 

m1T0  m2T1
m1  m2

 3
.

* Giai đoạn 2: Nén khí trong cả hai phần (đoạn nhiệt thuận nghịch) cho
đến khi pittong tới sát vách ngăn, nhiệt độ của khí tăng từ T2 đến T, công nén
khí An = A  .
Vì nén đoạn nhiệt nên Q = 0, từ nguyên lí I NĐLH cho cả quá trình ta
có:
Q  A  U  An  A '  U   m1  m2  CV T  T0 

 4 .

0,5


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Dựa vào phương trình đoạn nhiệt:
1

1

p 
 T1  T0  2 
 p1 

T0 p2   T1 p1 

1



m 
 T0  2 
 m1 

1



0,5

 5

 559, 01K

.

Thay (5) vào (3), ta có:
1





m1T0  m2T1
m1 
m2 
T2 
 T0
1     313,85K
m1  m2
m1  m2   m1  



 6
.

0,5

Gọi V1 là thể tích ngăn bên phải khi áp suất của khí là p1, ta có:

1

1

 p 
 m 
p2V0  p1V1  V1  V0  2   V0  2 
 p1 
 m1 

7
.

Giai đoạn 2 là một quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch khí từ thể tích
V0  V1 , nhiệt độ T đến thể tích V nhiệt độ T. Áp dụng phương trình đoạn
2
0

nhiệt, ta có:
T2 V0  V1 

 1

 TV0 1

 V V 
 T  T2  0 1 
 V0 

 1

1





m
2


 T2 1  
  m1  



 1

0,5



1


 m1    m2   
 T0 
 381, 7 K
 1 


 m1  m2    m1  



8

Công cần thực hiện:

 m1
A1  An  p0 SL  CV  m1  m2  T0 
 m1  m2


1 




1  m2    1  p SL
 0
 m1  





Thay số ta tính được: An  4793,67 J , A2  p0 SL  1120 J ,
A1 = 3673,67J.

9 .

0,5


Tải file Word tại website – Hotline : 096.79.79.369

Bài 5. (3 điểm)
Đáp án

Điểm

a)Cơ sở lí thuyết
Vắt sợi chỉ qua khối sắt hình trụ, một đầu nối với vật nặng, đầu kia giữ bởi lực căng T.
Khi vật nặng sắp trượt xuống dưới, ma sát giữa sợi chỉ và sắt là ma sát nghỉ cực đại.
Xét một phần sợi chỉ chắn góc d , điều kiện cân bằng của phần này là

0,5

T   d   T    dT  Fms .
N  T sin  d   Td .

Mặt khác, áp lực của hai lực căng lên trụ sắt là

Fms   N .

Tại giới hạn trượt ta có

(2)
(3)

Mg  T  0   T   e  .

Kết hợp (1), (2) và (3) ta có

(1)

0,5

(4)
0,5

Bằng cách đo quan hệ T   ta sẽ thu được hệ số ma sát.
b) Sơ đồ thí nghiệm

0,5

T ( )



d

N
T (  d )

Lực kế đo
lực căng dây

Trọng vật

Mg

Cách tiến hành
Dùng lực kế để đo sức căng dây.
Dùng ê ke để tạo các góc   0;  2;  ; 3 2; 2 ; 5 2.
Thả lực kế yếu dần cho đến khi vật bắt đầu trượt xuống, ghi lại số chỉ lực kế.
Cách xử lí số liệu
Từ (4) lấy Logarit Nepe ta được ln T     ln( Mg ). Đặt X   ; Y  ln T .
Vậy quan hệ là tuyến tính. Vẽ đồ thị (Y, X) ta được hệ số góc, ta suy ra được hệ số ma
sát nghỉ cần tìm.
Có thể làm ngược lại là kéo cho vật trượt lên.

-------------------- HẾT--------------------

0,5

0,5