Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh lớp 9 THCS môn Vật lý - Năm học 2013-2014 - Sở GD&ĐT Hải Dương (Kèm hướng dẫn chấm)

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HẢI DƯƠNG
ĐỀ THI CHÍNH THỨC
KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH LỚP 9
NĂM HỌC 2013 -2014
MÔN: VẬT LÝ
Thời gian làm bài: 150 phút
Ngày thi: 20 tháng 3 năm 2014
( Đề này gồm 05 câu, 01 trang)
Câu 1(2,0 điểm): Một bình hình trụ có tiết diện đáy S1 = 100 cm2 đựng nước. Thả vào bình một thanh gỗ hình trụ có chiều cao h = 20 cm, tiết diện đáy S2 = 50 cm2 thấy chiều cao của nước trong bình là H = 20 cm. Biết khối lượng riêng của nước và của gỗ lần lượt là: 
D1 = 1000 kg/m3, D2 = 750 kg/m3. Lấy g = 10 m/s2.
	a. Tính chiều cao phần gỗ chìm trong nước.
	b. Cần nhấn khối gỗ đi xuống quãng đường nhỏ nhất là bao nhiêu để nó chìm hoàn toàn trong nước ?
	c.Tính công tối thiểu của lực cần thực hiện để nhấn chìm khối gỗ xuống đáy bình ?
Câu 2 (2 điểm): Dùng 1 nhiệt kế người ta đo liên tiếp nhiệt độ của một chất lỏng trong 2 bình nhiệt lượng kế. Số chỉ của nhiệt kế lần lượt là: 800C, 160C, 780C, 190C.
	a. Tìm số chỉ của nhiệt kế trong hai lần đo kế tiếp.
	b. Sau nhiều lần đo liên tiếp như trên thì số chỉ của nhiệt kế là bao nhiêu?
Câu 3 (2,5điểm): Cho mạch điện như hình vẽ, trong đó U = 24V luôn không đổi, R1 = 12W, 
R2
R4
R1
R3
U
A
-
+
R2 = 9W, R3 là biến trở, R4 = 6 W. Điện trở của ampe kế và các dây dẫn không đáng kể. 
	a. Cho R3 = 6W. Tìm cường độ dòng điện qua các điện trở
 R1, R3 và số chỉ của ampe kế.
	b. Thay ampe kế bằng vôn kế có điện trở vô cùng lớn. 
Tìm R3 để số chỉ vôn kế là 16V. 
	c. Nếu di chuyển con chạy để R3 tăng lên thì số chỉ của 
vôn kế thay đổi như thế nào ? 
Câu 4 (1,5 điểm): Một bình hình trụ có bán kính đáy là R1 = 20cm chứa nước ở nhiệt độ
 t1 = 200C đặt trên mặt bàn nằm ngang. Người ta thả một quả cầu đặc bằng nhôm có bán kính 
R2 = 10cm ở nhiệt độ t2 = 400C vào bình thì khi cân bằng mực nước trong bình ngập chính giữa quả cầu. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt giữa nước, quả cầu với bình và môi trường; cho biết khối lượng riêng của nước là D1 = 1000kg/m3 và của nhôm là D2 = 2700kg/m3; nhiệt dung riêng của nước là c1 = 4200J/kg.K và của nhôm là c2 = 880J/kg.K. Lấy g = 10 m/s2; p = 3,14. Công thức tính thể tích của hình cầu là:V = với R là bán kính hình cầu. 
	a. Tìm nhiệt độ của nước khi cân bằng nhiệt. Tính áp lực của quả cầu lên đáy bình.
	b. Đổ thêm dầu ở nhiệt độ t3 = 150C vào bình cho vừa đủ ngập quả cầu. Biết khối lượng riêng của dầu là D3 = 800kg/m3, nhiệt dung riêng của dầu là c3 = 2800J/kg.K; bỏ qua sự trao đổi nhiệt giữa nước, quả cầu và dầu với bình và môi trường. Hãy xác định: nhiệt độ của hệ khi cân bằng nhiệt, áp lực của quả cầu lên đáy bình.
Câu 5 (2,0 điểm): Hai điểm sáng S1 và S2 cùng nằm trên trục chính, ở hai bên của một thấu kính hội tụ, cách thấu kính lần lượt là 6 cm và 12 cm. Khi đó ảnh của S1 và ảnh của S2 tạo bởi thấu kính là trùng nhau. 
a. Hãy vẽ hình và giải thích sự tạo ảnh trên.
b. Từ hình vẽ đó hãy tính tiêu cự của thấu kính và xác định vị trí của ảnh.
...........................Hết..........................
Họ tên thí sinh:.....Số báo danh:
Chữ kí giám thị 1:Chữ kí giám thị 2: 
HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI
MÔN VẬT LÝ 9
NĂM HỌC 2013- 2014
(Đáp án gồm 4 trang)
CÂU 
NỘI DUNG
ĐIỂM
Câu 1
(2 điểm)
a. (0,75 điểm)
Khi thanh gỗ nằm cân bằng các lực tác dụng lên thanh gỗ là:
Trọng lực P, Lực đẩy Ac-si-mét FA có phương chiều được biểu diễn như hình vẽ:
P
FA
 S2
 h
 H
 S1 
0.25đ
Goi x là chiều cao phần gỗ chìm trong nước.
Vì thanh gỗ nằm cân bằng trên mặt nước nên:
 P = FA
 10.D2. S2.h = 10.D1.S2.x 
0.25đ
 x =
0.25đ
b. (0,5 điểm)
 Chiều cao phần nổi của thanh gỗ là: h - x = 5cm
Gọi quãng đường nhỏ nhất gỗ dịch chuyển xuống là a và chiều cao cột nước dâng lên là b.
Ta có : S2.a = ( S1 - S2 ) .b 
 Suy ra a = b
0.25đ
 Để khối gỗ chìm hoàn toàn trong nước : 
 a + b = h - x = 5cm
 Do đó a = 2,5cm.
0.25đ
c. (0,75 điểm)
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 ấn khối gỗ tăng dần từ 0 (N) đến Fmax = FA - P
 Fmax = FA - P = 10D1S2 h - 7,5 = 2,5(N)
Khối gỗ phải dịch chuyển xuống dưới một đoạn : 
a = 0,025 m
Công của lực cần thực hiện tối thiểu ở giai đoạn này là : 
 A1 = 
0.25đ
* 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’ = H - 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
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)
0.25đ
Câu 2
(2 điểm)
a. (1,25 điểm)
Gọi q0, q1, q2 lần lượt là nhiệt dung của nhiệt kế ,của chất lỏng ở bình cách nhiệt thứ nhất và thứ hai.
*Xét lần nhiệt kế chỉ 780C ở bình 1: Bình 1 đã toả nhiệt và hạ nhiệt độ từ 800C đến 780C; nhiệt kế thu nhiệt để tăng nhiệt độ từ 160C đên 780C ta có phương trình cân bằng nhiệt:
 q1(80-78) = q0 (78-16) q1 = 31 q0 (1)
*Tương tự xét lần nhiệt kế chỉ 190C ở bình 2:
 q2(19-16) = q0(78-19) q2= q0 (2)
* Gọi 2 lần nhúng tiếp theo nhiệt kế chỉ x và y ta có các phương trình cân bằng nhiệt:
 q1(78-x) = q0(x-19) (3)
 từ đó suy ra: x ≈ 76,20C
 q2(y-19 ) = q0(76,2 – y ) (4)
Từ đó suy ra: y ≈ 21,80C
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
b. (0,75điểm)
Sau nhiều lần đo lên tiếp như trên thì nhiệt độ của nhiệt kế, bình 1và bình 2 bằng nhau.
Gọi t là nhiệt độ của nhiệt kế khi nhiệt độ của chúng bằng nhau
0.25đ
Ta có phương trình cân bằng nhiệt là:
q1( 80- t ) = q0 ( t -16 ) + q2( t - 16 ) (5) 
Từ (1), (2), (5) tìm được t = 54,40C
0.25đ
0.25đ
Câu 3
(2,5điểm)
a. (1điểm)
R2
R4
R1
R3
U
I3
I4
I2
I1
I
Cường độ dòng điện qua các điện trở và qua ampe kế :
R234 = R2 + R34 = 9 + 3 = 12	
U34 = I2.R34 = 2.3 = 6V
Ia = I1 + I3 = 2 + 1 = 3A 
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
R2
R4
R1
R3
U
V
b. (1điểm)
Tìm R3 để số chỉ vôn kế là 16V . Gọi R3 = x
U1 = U - UV = 24 - 16 = 8V
 A 	
suy ra = I4 	
 Ta có UV = U3 + U4 = I3.R3 + I4.R4 = I1.R3 + I4.R4 	
	 10x + 84 = 144 suy ra x = 6.
Vậy để số chỉ của vôn kế là 16V thì R3 = 6 
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
c. (0,5điểm)
Khi R3 tăng thì điện trở của mạch tăng 
 : giảm U4 = I.R4 :giảm 	
 U2 = U – U4 : tăng : tăng I1 = I – I2 :giảm 
 U1 = I1.R1 : giảm UV = U – U 1 : tăng. 	
 Vậy số chỉ của vôn kế tăng khi R3 tăng.	
0,25đ
0,25đ
Câu 4
(1,5điểm)
a. (0,75 điểm)
a) Tìm nhiệt độ của nước khi cân bằng nhiệt:
Khối lượng của nước trong bình là: m1 = V1D1 = (R.R2 - )D1, 
thay số ta tính được: m1 = 10, 46 kg
Khối lượng của quả cầu: m2 = D2.V2 = .D2, thay số ta được m2 = 11,304 kg
0,25đ
Từ điều kiện bài toán đã cho, ta có phương trình cân bằng nhiệt: 
c1m1 (t – t1) = c2m2 (t2 – t), do đó ta có nhiệt độ của nước khi cân bằng nhiệt:
t = , thay số ta tính được t 0C
0,25đ
Áp lực của quả cầu lên đáy bình :
F = Pcầu – FA(cầu) = 10m2 - 10.RD1
thay số ta được : F = 92,106 N
0,25đ
b. (0,75 điểm)
Tính khối lượng của dầu m3 : do thể tích của dầu và nước bằng nhau nên khối lượng của dầu là : m3 = , thay số m3 = 8,368 kg
0,25đ
Khi cân bằng nhiệt, nhiệt độ của hệ là tx, ta có phương trình :
c1m1 (t – tx) + c2m2 (t – tx) = c3m3 (tx – t3)
 tx = 
thay số ta tính được tx 21,050C
0,25đ
Áp lực của quả cầu lên đáy bình :
F = Pcầu – FA(cầu) = 10m2 - R(D1 + D3)
thay số ta được : F = 75,36 N
0,25đ
Câu 5
(2 điểm)
a. (1 điểm)
Vẽ hình:
Giải thích:
- Hai ảnh của S1 và của S2 tạo bởi thấu kính trùng nhau nên phải có một ảnh thật và một ảnh ảo.
- Vì S1O < S2O S1 nằm trong khoảng tiêu cự và cho ảnh ảo; S2 nằm ngoài khoảng tiêu cự và cho ảnh thật.
0,5đ
0,25đ
0,25 đ
b. (1điểm)
- Gọi S’ là ảnh của S1 và S2. Ta có :
 = 
 (1)
- Vì , tương tự như trên ta có : 
 (2)
Từ (1) và (2) ta có : f = 8 (cm)
Vị trí của ảnh cách thấu kính là : S'O = 24 cm
0,25đ
0,25đ
0,25đ
0,25đ