Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật lý Khối 9 - Vòng 2 - Năm học 2015-2016 - Phòng GD&ĐT Hải Dương (Có đáp án)

PHÒNG GD & ĐT TP HẢI DƯƠNG
ĐỀ CHÍNH THỨC
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI NĂM HỌC 2015 - 2016
MÔN THI: VẬT LÝ
Thời gian làm bài: 150 phút
(Đề thi gồm 05 câu, 01 trang)
Ngày thi 11 tháng 01 năm 2016 
Câu 1 (2,0 điểm)
 Một bình hình trụ có tiết diện đáy S1 = 100cm2 đựng nước. Thả vào bình một thanh gỗ hình trụ có chiều cao h = 20cm, tiết diện đáy S2 = 50cm2 thấy chiều cao của nước trong bình khi đó là H = 20cm. Biết khối lượng riêng của nước và của gỗ lần lượt là: D1 = 1000kg/m3, D2 = 750kg/m3. 
a. Tính chiều cao phần thanh gỗ chìm trong nước.
b. Tính thể tích nước chứa trong bình.
c. Tính công tối thiểu của lực cần thực hiện để nhấc thanh gỗ ra khỏi nước.
Câu 2 (2,0 điểm)
 Người ta thả một miếng hợp kim chì và kẽm có khối lượng 500g được nung nóng tới 100oC vào một bình nhiệt lượng kế bằng sắt có khối lượng 250g chứa 0,5 lít nước ở 20oC. Nhiệt độ khi cân bằng nhiệt là 25oC. Tính khối lượng của chì và kẽm có trong miếng hợp kim trên. Cho biết nhiệt dung riêng của sắt, chì, kẽm, nước lần lượt là: 460J/kg.K; 126J/kg.K; 377J/kg.K; 4200J/kg.K. Khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3. Bỏ qua sự mất mát nhiệt ra môi trường xung quanh. 
Câu 3 (2,0 điểm)
 Cho mạch điện như hình 1. U = 12V không đổi, R1 = 10, R2 = 20, R3 = 30, R4 = 40, R5 = 50. Tính công suất tỏa nhiệt trên điện trở R3 trong các trường hợp:
 a. Đóng K1, mở K2.
 b. Đóng K2, mở K1.
 c. Đóng cả K1 và K2 .
Hình 1
Câu 4 (2,5 điểm)
 Cho mạch điện như hình 2. Nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi, biến trở có điện trở toàn phần R. Ampe kế có điện trở không đáng kể, vôn kế có điện trở rất lớn. Khi di chuyển con chạy C trên biến trở thì thấy số chỉ của ampe kế thay đổi từ 0,08A đến 0,2A và số chỉ của vôn kế thay đổi từ 16V đến 20,8V. Xác định giái trị của U, R1, R2 và R. 
Hình 2
G1
G2
S
O
Câu 5 (1,5 điểm)
 Hai gương phẳng G1, G2 giao nhau tại O, hai mặt phản xạ quay vào nhau hợp với nhau một góc = 80O như hình 3. Trên đường phân giác của góc hợp bởi hai gương đặt một điểm sáng S. Hãy xác định số ảnh của S tạo bởi hai gương và vị trí của các ảnh đối với điểm O.
Hình 3
-----------Hết-------------
Họ và tên thí sinh: ...................................................................SBD: .....................
Chữ ký giám thị 1: ..................................................Chữ ký giám thị 2: ............................ 
PHÒNG GD & ĐT TP HẢI DƯƠNG
ĐỀ CHÍNH THỨC
HƯỚNG DẪN CHẤM 
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI NĂM HỌC 2015 - 2016
MÔN THI: VẬT LÝ 9
(Hướng dẫn chấm gồm 05 câu, 04 trang)
Ngày thi 11 tháng 01 năm 2016
Bài
Ý
Nội dung
Điểm TP
Tổng điểm
1
a. (0,75đ)
Do D2 < D1 nên thanh gỗ nổi trên mặt nước.
P
FA
h
H
S2
S1
Khi thanh gỗ nằm cân bằng các lực tác dụng lên thanh gỗ gồm:
Trọng lực P, Lực đẩy Ac-si-mét FA có 
phương chiều được biểu diễn như hình vẽ:
x
Goi x là chiều cao phần thanh gỗ chìm trong nước.
Vì thanh gỗ nằm cân bằng trên mặt nước nên:
 P = FA
 10.D2. S2.h = 10.D1.S2.x 
 x =
b. (0,5đ)
Thể tích nước chứa trong bình là:
 Vn = S1.(H – x) + (S1 – S2).x
Vn = 100.(20 – 15) + (100 – 50).15 = 1250 (cm3)
c. (0,75đ)
Trọng lượng của thanh gỗ là: 
P = 10.D2. S2.h = 10.750.50.10-4.0,2 = 7,5 (N)
Lực nhấc khối gỗ ra khỏi nước biến đổi đều từ 0 đến Fmax = P = 7,5N
Nên lực nhấc trung bình của giai đoạn này là:
Ftb = 3,75(N)
Khi khối gỗ được nhấc ra khỏi nước thì chiều cao mực nước trong bình giảm xuống là: 
y = = 7,5 (cm)
Quãng đường chuyển động của thanh gỗ từ lúc ban đầu đến khi nó vừa được kéo ra khỏi nước là:
s = x – y = 15 – 7,5 = 7,5(cm) = 0,075(m)
Công tối thiểu của lực để nhấc thanh gỗ ra khỏi nước là:
A = Ftb. s = 3,75. 0,075 = 0,28125 (J)
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
2,0
2
Gọi m1, m2, m3, m4 lần lượt là khối lượng của nhiệt lượng kế; của chì, kẽm, và nước trong bình.
Theo bài ra ta có: m3 = 0,5 - m2
Nhiệt lượng miếng hợp kim tỏa ra khi hạ nhiệt độ từ 100oC xuống 25oC là:
Q1 = (m2c2 + m3c3) (t1 - t) = (100-25)
 = ( 126 m2 + 188,5 - 377 m2) 75 = ( 188,5 - 251 m2) 75
 = 14137,5 - 18825 m2 
Nhiệt lượng nước và bình nhiệt lượng kế thu vào để tăng nhiệt độ từ 20oC đến 25oC là:
Q2 = ( m1c1 + m4c4) ( t - t2) = ( 0,25.460 + 0,5.4200) (25 - 20)
 = ( 115 + 2100) 5 = 11075 (J)
Ta có phương trình cân bằng nhiệt: 
 Q1 = Q2 
=> 14137,5 - 18825 m2 = 11075
=> 18825 m2 = 14137,5 - 11075 = 3062,5
=> m2 0,163 (kg) = 163 g
 m3 = 0,5 - 0,163 = 0,337 (kg) = 337 g
Vậy khối lượng chì trong miếng hợp kim là: m2 = 163g
khối lượng kẽm trong miếng hợp kim là: m3 = 337g
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
2,0
3
a. (0,5đ)
Khi K1 đóng, K2 mở: Mạch trở thành (R1nt R3)//(R4nt R5). 
I3 = (A)
P3 = I32.R3 = 2,7(W)
b. (0,75đ)
Khi K1 mở, K2 đóng: Mạch trở thành . 
Khi đó: R23 = R2 + R3 = R5 = 50(); R235 = ; 
Rtm = R4 + R235 = 40 + 25 = 65()
I = I4 = (A)
I3 = I23 = I5 = 0,092(A)
P3 = I32.R3 ≈ 0,254(W)
c) (0,75đ)
Khi đóng cả K1, K2: Mạch điện như hình vẽ. Giả sử chiều dòng điện trong mạch như hình vẽ. Ta có: 
U2 = U1 – U4; I3 = I1 + I2 
2U3 = 6U1 + 3U2 
2.(U – U1) = 6U1 + 3(U1 – U4) 
 U1 = (1).
Lại có: I4 = I2 + I5 5U4 = 10U2 + 4U5 
5.U4 = 10(U1 – U4) + 4(U – U4)
Thay (1) vào, ta được: U4 = (V)
Thay vào (1) được: U1 = = (V)
 U3 = U – U1 = 12 - = (V)
I3 = = ≈ 0,288(A)
P3 = I32.R3 = 2,49 (W)
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
2,0
4
Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch là:
 U = UV + IA.R2
Vì U và R2 không đổi nên ta có: 
 U = UVmin + IAmaxR2 = 16 + 0,2R2 (1) 
 U = UVmax + IAminR2 = 20,8 + 0,08R2 (2)
Từ (1) và (2) ta tìm được: U = 24V và R2 = 40W
Đặt RCD = x, RMC = R – x (0<x<R). 
Mạch gồm: RMC nt ((RCD nt R2)//R1).
Điện trở tương đương của mạch:
 Rtđ = 
Số chỉ của am pe kế:
IA = = (*)
Vì U, R1, R2, R không đổi, từ (*) suy ra: IA max khi (R – x)(x + R2) min.
Do (R – x)(x + R2) ≥ 0 nên (R – x)(x + R2) min = 0 
 Vậy: IAmax = 
 Thay số: 0,2 = 
 => R = 80(W)
Vì U, R1, R2, R không đổi, từ (*) suy ra IAmin khi (R – x)(x + R2) max. Theo bất đẳng thức Cosi ta có: 
 (R – x)(x + R2) ≤ 
Dấu “ = ” xảy ra khi: (R – x) = (x + R2) 
 => x = .
Thay giá trị của IAmin , U, R2, R, x vào (*) tìm được R1 = 20(W).
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
2,5
5
- HS vẽ hình như hình sau : 
G1
G2
S
S2
S4
S1
S3
O
 . 
- Điểm sáng S cho ảnh S1 qua gương G1 , ảnh S2 qua gương G2.
- Vì S1 đối xứng với S qua gương G1, S2 đối xứng với S qua gương G2, suy ra: 
OS = OS1 = OS2 (1)
- Mặt khác, S1 là vật đối với gương G2 cho ảnh S3 đối xứng với S1 qua G2,
S2 là vật đối với gương G1 cho ảnh S4 đối xứng với S2 qua G1.
S3 nằm sau gương G1 , S4 nằm sau gương G2 nên không cho ảnh tiếp theo.
Vậy số ảnh của hệ là 4 ( S1 , S2 , S3 , S4 )
Do tính chất ảnh đối xứng với vật qua gương ta chứng minh được:
OS1 = OS3 ; OS2 = OS4 (2)
Từ (1) và (2) => OS = OS1 = OS2 = OS3 = OS4
Vậy vị trí các ảnh nằm trên đường tròn tâm O, bán kính r = OS
0,5
0,25
0,25
0,25
0,25
1,5
* Chú ý: Học sinh có thể làm cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.
------------- Hết-------------