Đề thi HSG Vật lý 9 huyện Kinh Môn năm 2013-2014

UBND HUYỆN KINH MÔN PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI HUYỆN MÔN: Vật lý 9 - Năm học: 2013-2014 Thời gian làm bài: 120 phút (Đề này gồm 4 câu-01 trang) Câu (2,5 điểm): Một bình hình trụ có tiết diện trong là S1 = 100 cm2 chứa nước. Thả vào bình một thanh gỗ hình trụ có chiều cao h = 20 cm, tiết diện S 2 = 50 cm2 thì mực nước trong bình cao h1 = 20 cm. Cho khối lượng riêng của nước và của gỗ lần lượt là D 1 = 1000 kg/m3, D2 = 750 kg/m3. Biết khối gỗ nằm thẳng đứng trong nước theo chiều cao h. a. Tính chiều cao phần gỗ chìm trong nước khi khối gỗ cân bằng. b. Từ vị trí cân bằng cần nhấn khối gỗ đi xuống một đoạn nhỏ nhất là bao nhiêu để nó vừa chìm hoàn toàn trong nước ? c.Tính công tối thiểu để nhấn khối gỗ từ vị trí cân bằng đến khi nó vừa chạm đáy bình ? Câu 2 (2,5đ) Có 3 chai sữa giống nhau đều ở nhiệt độ t 0= 200C. Người ta thả chai sữa thứ nhất vào một phích đựng nước ở nhiệt độ t= 42 0C thì nhiệt độ cân bằng ở trong phích là t1= 380C. Sau đó lấy chai sữa đó ra và thả chai sữa thứ 2 vào, khi cân bằng nhiệt người ta lại lấy chai sữa đó ra rồi thả chai sữa thứ 3 vào phích nước. Hỏi chai sữa thứ 3 có nhiệt độ bằng bao nhiêu khi cân bằng nhiệt? Bỏ qua sự hấp thụ nhiệt của phích và môi trường xung quanh. Câu 3 (2,5đ) Cho mạch điện như hình vẽ. Biết U = 9V không đổi; r = 1,5  , R1 =1  , biến trở có điện trở toàn phần RMN = 10  . Vôn kế và ampe kế lí tưởng. a. Đặt RMC = x. Hãy tìm số chỉ của các dụng cụ đo điện trong mạch điện theo x. b. Số chỉ của các dụng cụ đó thay đổi thế nào nếu con chạy C di chuyển từ M đến N? c. Tìm vị trí con chạy C để công suất tiêu thụ trên biến trở là lớn nhất? Tính công suất đó. Câu 4(2,5đ) Cho mạch điện như hình vẽ UAB=20V không đổi. R1= 3 , R2= R4= R5= 2 , R3= 1 . Điện trở của ampe kế, khoá K và dây nối không đáng kể. 1.Khi khoá K mở : Tính điện trở tương đương của cả mạch điện và số chỉ của ampe kế. 2.Thay điện trở R2 và R4 lần lượt bằng Rx và Ry. Biết khi khoá K đóng hay mở thì số chỉ của ampe kế đều bằng 1A. Tính Rx và Ry. _ + A B R4 R5 R3 R1 C E R2 K D A Hết Số báo danh:…… UBND HUYỆN KINH MÔN GTsố 1: ………………………….…. ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO MÔN: Vật lý 9 - Năm học: 2013-2014 (Đáp án này gồm 5 trang) Câu Đáp án Câu 1 a. Gọi chiều chiều cao phần gỗ chìm trong nước là a (m). Trọng lượng của thanh gỗ là : (2,5điểm) P = 10D2V = 10D2Sh = 10. 750.0,005.0,2 = 7,5 (N) Lực đẩy Ac-si-mét của nươc tác dụng lên vật là : FA = 10D1S a = 10.1000.0,005.a = 50 a (N) . Vì vật nằm cân bằng trên mặt nước nên : FA= P Do đó : 50 a = 7,5 Suy ra : a = 0,15 (m) . b. Gọi quãng đường nhỏ nhất gỗ dịch chuyển xuống là x (m) và chiều cao cột nước dâng lên là y(m). Ta có : S2.x = ( S1 - S2 ) .y Suy ra x = y Để khối gỗ chìm hoàn toàn trong nước : x +y =h-a Do đó x = 0,025 m. c.Quá trình lực thực hiện công để nhấn chìm gỗ xuống đáy bình được chia thành 2 giai đoạn : * Giai đoạn 1 : Từ khi bắt đầu nhấn đến khi gỗ chìm hoàn trong nước . Lực tối thiểu để nhấn chìm vật vào nước có phương thẳng đứng , chiều từ trên xuống dưới và có cường độ được tính theo công thức : F = FA - P - Khi bắt đầu nhấn : gỗ còn nằm cân bằng , FA = P nên lực tác dụng F1 = 0. - Khi gỗ dịch chuyển xuống : P không đổi , FA = 10D1S a tăng dần nên lực cần tác dụng tăng dần . - Đến khi gỗ chìm hoàn toàn trong nước : FA ma x = 10D1S h = 10 (N) Lực cần tác dụng lúc này là : F2 = FA ma x -P = 10 -7,5 = 2,5 (N) Vậy lực cần tác dụng ở giai đoạn này tăng dần từ : F1 = 0 đến F2 =2, 5N Khối gỗ phải dịch chuyển xuống dưới một đoạn : x = 0,025 m Công của lực cần thực hiện tối thiểu ở giai đoạn này là : Điểm 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ A1 = * Giai đoạn 2 : Từ khi gỗ chìm hoàn toàn trong nước đến khi gỗ chạm đáy bình . Giai đoạn này : Lực cần tác dụng luôn không đổi là F2 =2, 5N Gỗ phải dịch chuyển xuống dưới một đoạn là : x’ = h1 - a – x = 0,2- 0,15 – 0,025 = 0,025 (m) Công của lực cần thực hiện tối thiểu ở giai đoạn này là: A2 = F2 .x’ = 2,5. 0,025 = 0,0625 (J) 0,25đ 0,25đ Vậy công của lực cần thực hiện tối thiểu để nhấn chìm gỗ đến đáy bình tổng cộng là : A = A1 + A2 = 0,03125 + 0,0625 = 0,09375 (J) Câu 2 (2,5điểm) 0,25đ Gäi q1 lµ nhiÖt dung cña níc cã trong phÝch, q2 lµ nhiÖt dung cña mçi chai s÷a Gäi t2, t3 lÇn lît lµ nhiÖt ®é c©n b»ng sau khi th¶ vµo phÝch níc cña chai s÷a thø hai vµ thø ba. + Sau khi th¶ chai s÷a thø nhÊt ta cã ph¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: q1(t – t1) = q2(t1 – t0) q1(42 – 38) = q2(38 – 20) q1 = 4,5q2 (1) + Sau lÇn th¶ chai s÷a thø 2 ta cã ph¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: q1(t1 – t2) = q2(t2 – t0) q1(38 – t2) = q2(t2 – 20) 0,25đ 0,5đ 0,25đ 0,5đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ (2) - Tõ (1) vµ (2) ta tÝnh ®îc t2 = 34,70C + Sau lÇn th¶ chai s÷a thø ba ta cã ph¬ng ttr×nh c©n b»ng nhiÖt: q1(t2 – t3) = q2(t3 – t0) q1(34,7 – t3) = q2(t3 – 20) Tõ (1) vµ (3) ta tÝnh ®îc t3 = (3) 320C Câu 4 (2,5điểm) A+ U B- r a.Vì Rv = ∞; nên mạch mắc như r nt R1 nt RNC] Điện trở toàn mạch là: A1 A2 M V N x R1 C RA = 0 điện được 0,25đ sau: [RMC//  x 2  10 x  25 ( ) 10 U 90  2 ( A) Dòng điện qua mạch chính là: I = Rtd  x  10 x  25 R = r + R1 + x(10 –x)/10 = 0,25đ 9 x(10  x ) (V )  x 2  10 x  25 U BC 9x  2 ( A) là I1 = RCN  x  10 x  25 Hiệu điện thế: UBC = I.RBC =  * Dòng điện qua Dòng điện qua A2 A1 0,25đ 0,25đ là I2 = * Số chỉ của Vôn kế là: UV = U - I.r =  135  9(V )  x  10 x  25 2 b) Khi con chạy C dịch chuyển từ M đến N thì x tăng 9x 9  I1 =  x  10 x  25 25  10  x x 25 25 10  x giảm nên I1 tăng. Khi x tăng thì giảm, x x 1 25 x  Có: = I2 9(10  x ) 9 1 Khi x tăng thì hai số hạng đều tăng nên tăng; I2 giảm. I2 0,25đ 2 -Số chỉ của Vôn kế là: UV = 0,25đ 0,25đ (V) Từ đó suy ra: Khi 0 x 5 => UV tăng. Khi 5 x 10 =>UV giảm. C) Khi con chạy C ở vị trí bất kì 0,25đ Điện trở tương đương của đoạn mạch Rtđ = R1+ r + RMN = R0+ RMN. Với R1+ r = R0 I= U U U   ( A) Rtd Rtd R0  RMN => PMN = I2.RMN = 0,25đ U2 .R (W).  R0  RMN  2 MN U2 U 2 .RMN U2 . R   Có (R0 + RMN)  4.R0.RMN =>  R0  RMN  2 MN 4.R0 .RMN 4 R0 2 PMN  U2 81  8,1W 4 R0 4.2,5 Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi: RMN = R0 => 0,25đ (10  x) x 2,5 10 => x= 5. Vậy công suất tiêu thụ trên đoạn mạch MN lớn nhất là 8,1W khi con chạy C ở chính giữa của biến trở. Câu 4 (2,5đ) 1. Khi K mở mạch điện gồm: Dòng điện trong mạch được kí hiệu và có chiều như hình vẽ Ta có: + R13= R1+R3= 3+1=4( ) +R24= R2+R4= 2+2=4( ) +R1234= ( ) 0,25đ 0,25đ +RAB= R1234+R5= 2+2= 4( ) +I = 0,25đ (A) 0,25đ 0,25đ +U1234= I.R1234= 5.2 = 10(V) + Số chỉ của ampe kế: Ia= (A) 2. Khi K mở mạch điện gồm Đặt Rx= x>0, Ry= y>0 ta có: + ( ) +I= 0,25đ (A) +U1234= I.R1234= . (V) 0,25đ + Ia= x+y = 12 (1) *Khi K đóng mạch điện gồm (R1//x )/nt(R3//y) nt R5 Ta có: +R1x= ( ) +R3y= ( ) 0,25đ + Rtd= R1x+R3y+R5= +I= + U1x= I.R1x= +Ia = ( ) 0,25đ (A) = (V) = 1 (A) 5x+6xy-51y = 54 (2) Từ (1) và (2) suy ra: 3x2- 64x+ 333 = 0 giải phương trình ta được : x= 9( ) ( loại x2= 37/3 ) suy ra: y = 3 ( ) 0,25đ Ghi chú: Học sinh làm cách khác và đúng cho điểm tối đa theo từng ý trong mỗi câu Hết đáp án và biểu điểm