Đề thi chọn học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 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 LỚP 9
NĂM HỌC 2015 - 2016
MÔN: VẬT LÍ - VÒNG 2
Thời gian làm bài: 150 phút
(Đề thi gồm 05 câu, 01 trang)
Câu 1 (2,0 điểm):
Trên quãng đường AB dài 121km có hai chiếc xe khởi hành từ A để đi đến B. Xe thứ nhất chạy với vận tốc 30km/h. Còn xe thứ hai cứ sau a (km) thì vận tốc lại giảm đi một nửa so với trước. Đoạn đường còn lại cuối cùng là 1km (1km < a) xe thứ hai đi hết 12 phút, vận tốc xe 2 không vượt quá 50 km/h và hai xe gặp nhau tại một điểm trên quãng đường đi. Tính vận tốc trung bình của xe thứ hai trên đoạn đường a (km) đầu tiên và trên cả quãng đường AB
Câu 2 (2,0 điểm):
1. Có 5 lượng nước có khối lượng lần lượt là m, 2m, 3m, 4m, 5m có nhiệt độ ban đầu lần lượt là 200C; 400C; 290C; 420C, 370C. Đổ 5 lượng nước trên với nhau vào một bình cách nhiệt, tính nhiệt độ của khối nước trong bình khi có cân bằng nhiệt? 
2. Người ta thả từng quả cầu giống nhau, đều có nhiệt độ 180C vào trong bình nước trên. Thả quả cầu thứ nhất vào bình. Khi đạt cân bằng nhiệt, quả cầu thứ nhất có nhiệt độ 330C, lấy quả cầu thứ nhất ra và thả tiếp quả cầu thứ 2 vào. Khi đạt cân bằng nhiệt, quả cầu thứ 2 có nhiệt độ 30,50C. Cứ tiếp tục làm như vậy. Hỏi thả đến quả thứ bao nhiêu thì khi lấy ra quả cầu có nhiệt độ bắt đầu nhỏ hơn 250C.
A
R3
R2
K
+
-
R1
R5
R4
Hình 1
A
B
Giả thiết ở các trường hợp trao đổi nhiệt đều không có sự mất mát năng lượng nhiệt ra môi trường xung quanh.
Câu 3 (2,0 điểm):
Cho mạch điện như hình 1. Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là 20V luôn không đổi. 
Biết R1 = 3, R2 = R4 = R5 = 2, R3 = 1. 
Điện trở của ampe kế và dây nối không đáng kể. 
1. Tính số chỉ của ampe kế khi K đóng và K mở.
2. Thay điện trở R2 và R4 lần lượt bằng điện trở Rx và Ry, khi khoá K đóng và mở ampe kế đều chỉ 1A. Tính giá trị của điện trở Rx và Ry trong trường hợp này.
V2
V1
C
B
U
+
-
R
R
A
R
r
Câu 4 (2,0 điểm):
Cho mạch điện như hình 2. Biết U = 15V, R = 15r. Các vôn kế giống nhau, bỏ qua điện trở của các dây nối. Vôn kế V1 chỉ 14V. Tìm số chỉ vôn kế V2.
Hình 2
Câu 5 (2,0 điểm):
Trong một hộp kín chứa nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi được mắc nối tiếp với điện trở R0. Hộp có hai đầu dây ra ngoài là A và B, K là cái ngắt điện (hình 3).
Hình 3
Không được mở hộp, hãy trình bày cách xác định
giá trị của U và R0 bằng các dụng cụ dưới đây:
- Một vôn kế và một ampe kế không lý tưởng
- Một biến trở
- Một số dây nối có điện trở không đáng kể
Chú ý: Không được mắc trực tiếp hai đầu ampe kế vào A và B để phòng trường hợp dòng điện quá lớn làm hỏng ampe kế. 
------------- Hết-------------
SBD: ................... Họ và tên thí sinh: .................................................................................
Giám thị 1: .................................................. Giám thị 2: .................................................
PHÒNG GD & ĐT TP HẢI DƯƠNG
ĐỀ CHÍNH THỨC
HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI
CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9
NĂM HỌC 2015 - 2016
MÔN VẬT LÍ - VÒNG 2
Thời gian làm bài: 150 phút
(Hướng dẫn chấm gồm 05 câu, 04 trang)
Câu
Ý
Nội dung
Điểm
1
Giả sử quãng đường AB được chia làm n (n là số tự nhiên) đoạn bằng nhau mỗi đoạn dài a (km) và đoạn cuối cùng còn lại là 1km (a>1km)
Vận tốc của xe ở đoạn đường 1km cuối cùng là :
v = s/t = 1: ( 1/5) = 5 (km/h)
0,25
Theo giả thiết cứ a km thì vận tốc của xe 2 lại giảm đi một nửa so với vận tốc trước nên vận tốc đoạn đường đầu:
 v0 = v. 2n = 5. 2n 	(1)
Theo bài ra, ta có: 30km/h < v0 < 50 km/h 	(2)
0,25
Kết hợp (1) và (2) ta có : 30 < 5. 2n < 50
Suy ra n = 3
Thay n = 3 vào (1) được v0 = 40km/h
0,25
Vận tốc trung bình của xe trên quãng đường a km đầu là 40 km/h
Đoạn đường AB chia làm 3 đoạn vậy mỗi đoạn dài là 120 : 3 = 40km
0,25
Thời gian xe 2 đi hết đoạn đường a km đầu là 
t1 = a : v0 = 40 : 40 = 1 (h)
Vận tốc xe hai đi trên quãng a km tiếp theo là:
v1 = v0 : 2 = 20 km/h
0,25
Thời gian xe 2 đi hết đoạn đường a km tiếp theo là :
t2 = a : v1 = 40 : 20 = 2 h
Vận tốc xe hai đi trên quãng a km cuối cùng là :
v2 = v1 : 2 = 10 km/h
0,25
Thời gian xe 2 đi hết đoạn đường a km cuối cùng là :
t3 = a : v2 = 40 : 10 = 4h
Vận tốc trung bình của xe 2 trên cả quãng đường AB là :
vtb = s/t = 121 : (1 + 2 + 4 + 1/5) = 16,8 (km / h)
0,5
2
1
Gọi nhiệt độ cân bằng khi cho 5 lượng nước trên hòa với nhau là t 
Theo phương trình cân bằng nhiệt tổng quát, ta có:
Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 0
mc(t1-t) + 2mc(t2-t) + 3mc(t3-t) + 4mc(t4-t) + 5mc(t5-t) = 0
0,25
Thay số, tính được t = 360C.
0,25
2
Gọi khối lượng của từng quả cầu là m, khối lượng của nước trong bình là M. Nhiệt dung riêng của nước là c, của quả cầu là c0. t1, t2, t3 là nhiệt độ cân bằng của quả cầu sau mỗi lần thả.
- Khi thả quả cầu thứ nhất, ta có phương trình cân bằng nhiệt:
Mc(t – t1) = mc0(t1 – 18) 
0,5
- Khi thả quả cầu thứ n, ta có:
Mc(tn-1 – tn) = mc0(tn – 18) 
Ta có bảng nhiệt độ cân bằng sau:
n
1
2
3
4
5
6
tn
33
30,5
28,42
26,68
25,23
24,03
0,5
0,25
Theo bảng trên, ta thấy thả đến quả cầu thứ 6 thì khi lấy ra nhiệt độ bắt đầu nhỏ hơn 250C.
0,25
3
1
+ Khi K mở ta có mạch sau : {(R1 nt R3 ) // (R2 nt R4)} nt R5 
Điện trở R13:	
 R13 = R1+ R3 = 3 + 1 = 4
Điện trở R24:
 R24 = R2 + R4 = 2 + 2 = 4
Điện trở R1234 = 
Điện trở tương đương cả mạch:
 RAB = R5 + R1234 = 2 + 2= 4
0,25
Ta có 
IA = 
0,25
+ K đóng, ta có mạch sau: {(R1 // R2 ) nt (R3 // R4)} nt R5
R345 = R5 + 
Rtđ = R345 + R12 = 
0,25
Số chỉ Ampe kế: IA = 
0,25
2
+ Khi K mở ta có cấu trúc mạch sau: 
R5 nt [(R1 nt R3) // (Rx nt Ry)]
Cường độ dòng điện qua cả mạch:
 (1) 
Vì R13 // Rxy nên :
 hay (2) 
Từ (1) và (2) suy ra:
Biến đổi Rx + Ry = 12 (3)
0,25
Từ (3) 0 < Rx; Ry < 12 (4) 
Khi K đóng: R5 nt (R1 // Rx ) nt (R3 // Ry)
Cường độ dòng điện trong mạch chính:
 (5) 
Vì R1 // Rx nên:
 hay (6) 
0,25
Từ (5) và (6) suy ra:
6Rx2 – 128Rx + 666 = 0 
0,25
Giải phương trình bậc hai ta được hai nghiệm 
Rx1 = 12,33 , Rx2 = 9 
theo điều kiện (4) ta loại Rx1 nhận Rx2 = 9
Suy ra Ry = 12 – Rx = 12 – 9 = 3
Vậy Rx= 9; Ry = 3.
0,25
4
Ta có U = I.r + Iv1.Rv Iv1.Rv = U – I.r = 14V 
0,25
Thay , ta được
Đặt Rv = aR thay vào phương trình và giải phương trình, ta được a = 2
0,5
0,25
0,25
0,25
Mặt khác 
0,25
 hay suy ra UAB = 6V và Uv2 = 4V.
0,25
5
Bước 1: Mắc mạch điện như hình 1 để 
xác định điện trở của ampe kế.
Số chỉ của ampe kế khi đó là I1, số chỉ
của vôn kế là U1, giá trị của biến trở là R1. 
Điện trở của ampe kế là: RA = (1) 
Hình 1
Bước 2: Mắc mạch điện như hình 2.
Giá trị của biến trở vẫn giữ nguyên là R1.
Số chỉ của ampe kế khi đó là I2, số chỉ của
vôn kế là U2.
Ta có: U = I2(RA + R0) + U2 (2)
Hình 2
Bước 3: Thay đổi giá trị của biến trở là R2.
Số chỉ của ampe kế khi đó là I3, số chỉ của
vôn kế là U3
Ta có: U = I3(RA + R0) + U3 (3)
Từ (1), (2) và (3) ta được:
U = ; R0 = 
Biện luận sai số: 
- Sai số do dụng cụ đo. 
- Sai số do đọc kết quả và do tính toán
- Sai số do điện trở của dây nối, khóa K
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
* Chú ý: Học sinh có thể làm cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.
------------- Hết-------------