Đề thi chọn học sinh giỏi Tỉnh môn Vật lý Lớp 9 THCS - Ngày thi 27-3-2011 - Năm học 2010-2011 - Phòng Giáo dục & Đào tạo Hải Dương (Có đáp án)

sở giáo dục và Đào tạo 
hải dơng 
 ---------------------------------------- 
đề thi chính thức
kỳ thi chọn học sinh giỏi tỉnh 
lớp 9 Thcs năm học 2010 - 2011
 Môn ThI : vật lý
Thời gian làm bài : 150 phút
Ngày thi : 27 tháng 3 năm 2011
( Đề thi gồm 01 trang )
Câu 1 (2,0 điểm)
Một vật rắn hình lập phơng không thấm nớc, có cạnh a = 6cm đợc thả chìm trong một bình nớc hình trụ tiết diện S = 108cm2 (hình 1). Khi đó mực nớc trong bình cao h = 22cm.
a. Tính lực tối thiểu để kéo vật lên theo phơng thẳng đứng. Biết khối lợng riêng của vật là D = 1200kg/m3, khối lợng riêng của nớc là D0 = 1000kg/m3.
b. Cần kéo vật đi quãng đờng nhỏ nhất là bao nhiêu để nhấc nó hoàn toàn ra khỏi nớc trong bình ?
c. Tính công tối thiểu để kéo vật ra khỏi nớc trong bình . 
 Hình 1
Câu 2 (1,5 điểm)
Có hai bình cách nhiệt cùng đựng một chất lỏng nào đó. Một học sinh lần lợt múc từng ca chất lỏng ở bình một trút vào bình hai và ghi lại nhiệt độ bình hai khi cân bằng nhiệt sau mỗi lần trút, đợc kết quả là: 100C; 150C; 180C. Tính nhiệt độ của chất lỏng ở bình một. Coi nhiệt độ của mỗi ca chất lỏng múc từ bình một đổ vào bình hai là nh nhau. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trờng xung quanh . 
Câu 3 (2,5 điểm)
Cho mạch điện thắp sáng nh hình 2. Đèn Đ1 loại 12V- 6W, đèn Đ2 loại 6V- 6W, đèn Đ3 có công suất định mức là 3W, điện trở R1 = 8W. Biết các đèn đều sáng bình thờng. Hãy xác định hiệu điện thế định mức của đèn Đ3; giá trị của điện trở R2; điện trở tơng đơng của mạch điện; hiệu suất của mạch điện . 
 Hình 2
Câu 4 (2,0 điểm)
Cho mạch điện nh hình 3. Biết UAB = 80V, R1 + R2 = 48W ; R3 = 30W ; R4 = 40W; R5 = 150W. Ampe kế chỉ 0,8A ; vôn kế chỉ 24V.
a. Tính điện trở RA của ampe kế và điện trở RV của vôn kế.
b. Chuyển R1 mắc song song với R2, nối A với C bằng dây dẫn. Tính R1 và R2 để cờng độ dòng điện chạy trong mạch chính nhỏ nhất. Tính giá trị nhỏ nhất đó .
Câu 5 (2,0 điểm) Hình 3
Đặt một vật sáng AB vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ, A nằm trên trục chính, ta thu đợc ảnh A1B1 rõ nét trên màn cách thấu kính 15cm. Sau đó giữ nguyên vị trí thấu kính, dịch chuyển vật dọc theo trục chính lại gần thấu kính một đoạn a, thì thấy phải dời màn ảnh đi một đoạn b = 5cm mới thu đợc ảnh rõ nét A2B2 trên màn. Biết A2B2 = 2 A1B1. Tính khoảng cách a và tiêu cự của thấu kính . 
-------------- Hết ---------------
Họ và tên thí sinh.......................................................... Số báo danh.............................................
Chữ kí của giám thị 1.............................................Chữ kí của giám thị 2......................................
Biểu điểm và đáp án 
đề thi chọn học sinh giỏi môn vật lý 9
năm học: 2010 – 2011
câu 
Nội dung
Điểm
Câu 1
( 2,0đ )
a. 
Thể tích của vật là: 
 V = a3 = 0,063 = 0, 000216(m3) = 216(cm3)
Trọng lợng của vật là: 
 P = 10D.V = 10. 1200. 0,000216 = 2,592(N)
Lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật là:
 FA = 10. D0.V = 10. 1000. 0,000216 = 2,16(N)
Do P > FA nên để kéo vật đi lên theo phơng 
thẳng đứng thì cần tác dụng vào vật một lực tối thiểu là:
 F = P - FA = 2,592 - 2,16 = 0,432(N)
b. 
Khi vật ra khỏi mặt nớc thì chiều cao mực nớc trong bình giảm đi là: 
 Dh = 
Vậy khi vật vừa đợc kéo ra khỏi mặt nớc thì nó đã chuyển động đợc quãng đờng là:
 S = h - Dh = 22 - 2 = 20(cm)
c.
 Khi vật còn ở trong nớc thì lực tối thiểu để kéo vật đi lên theo phơng thẳng đứng không đổi, là F = 0,432N.
Công để kéo vật đi lên khi vật vẫn còn chìm hoàn toàn trong nớc là:
 A1 = F.( h - a ) = 0,432.( 0,22 - 0,06 ) = 0,06912(J)
Từ lúc vật bắt đầu nhô lên khỏi mặt nớc cho đến khi nó hoàn toàn ra khỏi nớc thì lực tác dụng kéo vật lên tăng dần từ F = 0,432N đến P = 2,592N. Vậy lực kéo vật trung bình ở giai đoạn này là: 
 FTB = 
Công kéo vật ở giai đoạn này là: 
 A2 = FTB.( a - Dh ) = 1,512.( 0,06 - 0,02 ) = 0,06048(J)
Vậy công tối thiểu của lực để nhấc vật ra khỏi nớc trong bình là:
 A = A1 + A2 = 0,06912 + 0,06048 = 0,1296(J)
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Câu 2
( 1,5đ )
Câu 2
( 1,5đ )
Theo đề bài thì sau khi trút mỗi ca chất lỏng từ bình 1 vào bình 2 thì nhiệt độ bình 2 tăng dần. Vậy trong tất cả các lần trút, các ca chất lỏng đều tỏa nhiệt còn bình chất lỏng 2 thu nhiêt.
Gọi q1 là nhiệt dung của mỗi ca chất lỏng múc từ bình 1 trút vào bình 2 và q2 là nhiệt dung của bình chất lỏng 2 sau lần trút thứ nhất.
Khi trút ca chất lỏng thứ hai vào bình 2 ta có phơng trình cân bằng nhiệt:
 q1( t1- 15 ) = q2( 15 - 10 )
 (t1 là nhiệt độ của mỗi ca chất lỏng múc từ bình 1 trút vào bình 2 và cũng chính là nhiệt độ của chất lỏng ở bình 1)
=> q1( t1- 15 ) = 5q2
=> q2 = ( 1 )
Khi trút ca chất lỏng thứ ba vào bình 2 ta có phơng trình cân bằng nhiệt: 
 q1( t1 - 18 ) = ( q2 + q1).( 18 - 15 )
 => q1( t1 - 18 ) = 3( q2 + q1 ) ( 2 )
Thay ( 1 ) vào ( 2 ) ta đợc:
 q1( t1 - 18 ) = 3q1()
 5( t1 - 18 ) = 3( t1 - 10 )
=> t1 = 300C
Vậy nhiệt độ của chất lỏng ở bình một là 300C.
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Câu 3
( 2,5đ )
Câu 3
( 2,5đ )
Do các bóng đèn sáng bình nên
cờng độ dòng điện chạy qua 
đèn Đ1 và đèn Đ2 lần lợt là:
Do I2 > I1 nên dòng điện I3 chạy qua đèn Đ3 có chiều từ N đến M và có giá trị là: I3 = I2 - I1 = 1 - 
Hiệu điện thế định mức của đèn Đ3 là: U3 = 
Hiệu điện thế giữa hai đầu R1 là:
 UR1 = UAN = UAM + UMN = U1 - U3 = 12 - 6 = 6(V)
Cờng độ dòng điện qua R1 là: IR1 = 
Cờng độ dòng điện chạy qua R2 là: IR2 = IR1 - I3 = 
Hiệu điện thế giữa hai đầu R2 là: 
UR2 = UNB = UNM + UMB = U3 + U2 = 6 + 6 = 12(V)
Giá trị của điện trở R2 là : R2 = 
Hiệu điện thế giữa hai đầu A, B của mạch là: 
 UAB = U1 + U2 = 12 + 6 = 18(V)
Cờng độ dòng điện chạy trong mạch chính là:
 I = I1 + IR1 = 
Điện trở tơng đơng của mạch là:
 RAB = 
Công suất tiêu thụ của toàn mạch điện là: 
 P = UAB.I = 18. = 22,5(W)
Công suất có ích của mạch bằng tổng công suất tiêu thụ của các bóng đèn: Pci = P1 + P2 + P3 = 6 + 6 + 3 = 15(W) 
Hiệu suất của mạch điện là:
 H = 
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Câu 4
( 2,0đ )
a. ( 1,0đ )
Ký hiệu cờng độ dòng điện chạy
trong mạch nh hình vẽ.
Xét cờng độ dòng điện tại nút C 
ta có: 
 I = I4 + IA
=> 
=> 
=> UCD = 32(V)
Hiệu điện thế giữa hai đầu R3 là:
 U3 = I3.R3 = IA.R3 = 0,8.30 = 24(V)
Hiệu điện thế giữa hai chốt của ampe kế là: 
 UA = UCD - U3 = 32 - 24 = 8(V) 
Điện trở của ampe kế là: 
 RA = 
Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R4 là:
 U4 = UCD - UV = 32 - 24 = 8(V)
Cờng độ dòng điện chạy qua R4 là:
 I4 = 
Cờng độ dòng điện chạy qua R5 là:
 I5 = 
Cờng độ dòng điện chạy qua vôn kế là:
 IV = I4 - I5 = 0,2 - 0,16 = 0,04(A)
Điện trở của vôn kế là: 
 RV = 
b. ( 1,0đ )
Khi chuyển điện trở R1 mắc nó song song với R2, còn A và C đợc nối lại với nhau bằng dây dẫn, mạch điện gồm: RCD nt ( R1//R2 )
Điện trở tơng đơng của mạch là: RTĐ = RCD + R12
Để cờng độ dòng điện chạy trong mạch chính nhỏ nhất thì điện trở tơng đơng của mạch phải lớn nhất.
Do RCD không đổi nên để RTĐ lớn nhất thì R12 phải đạt giá lớn nhất.
 Ta có: R12 = (*)
Ta nhận thấy mẫu số của (*) không đổi, còn tử số là tích của hai số dơng có tổng không đổi bằng 48.
Vậy R12 có giá trị lớn nhất, tức là cờng độ dòng điện chạy trong mạch chính nhỏ nhất khi: 
 R1 = 48 - R1 ( Bất đẳng thức Cosi )
=> R1 = 24(W)
Theo phần a, cờng độ dòng điện chạy qua đoạn mạch CD lúc đầu là:
 I = I4 + IA = 0,2 + 0,8 = 1(A)
Điện trở tơng đơng của đoạn mạch CD là:
Khi mắc R1 // R2, giá trị điện trở lớn nhất của mạch là:
 RAB = RCD + R12 = 32 + 24 = 56(W)
Cờng độ dòng điện nhỏ nhất chạy trong mạch chính là:
 Imin = 
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Câu 5
( 2,0đ )
Câu 5
( 2,0đ )
Lúc đầu trớc khi dịch chuyển vật ( hình vẽ ) 
Do D AOB ~ D A1OB1 nên ta có : 
	 ( 1 ) 
Do D OIF’ ~ D A1B1F’ nên ta có : 
Do OI = AB => ( 2 ) 
Từ ( 1 ) và ( 2 ) ta đợc: 
=> 
Chia cả hai vế cho d1.d1’.f ta đợc : 
 = ( 3 )
Khi dịch chuyển vật lại gần thấu kính một đoạn a thì khoảng cách từ vật tới thấu kính lúc này là: d2 = d1 - a
Khoảng cách từ ảnh tới thấu kính lúc này là: 
 d2’ = d1’ + b = 15 + 5 = 20(cm) 
áp dụng các công thức (1) và (3) cho trờng hợp sau khi dịch chuyển vật ta đợc:
 ( 4 )
 ( 5 )
Do A2B2 = 2A1B1 nên từ ( 1 ) và ( 4 ) ta đợc: 
 => ( 6 )
Từ ( 3 ) và ( 5 ) ta đợc:
 = ( 7 )
Giải hệ phơng trình ( 6 ),( 7 ) ta đợc: a = 10(cm) ; d1 = 30( cm ). 
Thay d1 = 30(cm) vào ( 3 ) ta đợc tiêu cự của thấu kính là f = 10 cm.
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
* Chú ý: Trong các bài tập trên nếu học sinh có cách giải khác đáp án nhng vẫn đảm bảo chính xác về kiến thức và cho đáp số đúng thì vẫn cho đủ điểm !