Đề thi học sinh giỏi Vật lí 9 - Năm học 2022-2023 - Trường THCS Phố Hải (Có đáp án)

Nội dung tài liệu: Đề thi học sinh giỏi Vật lí 9 - Năm học 2022-2023 - Trường THCS Phố Hải (Có đáp án)

1. TRƯỜNG THCS PHỔ HẢI ĐỀ GIỚI THIỆU THI HỌC SINH GIỎI – MÔN VẬT LÍ Thời gian làm bài: 150 phút – không kể thời gian giao đề Bài 1 (2,0 điểm): A Đặt thẳng đứng khối trụ kim loại đồng chất vào 150 trong bình chứa có đáy nằm ngang. Đổ nước vào B C bình. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của áp lực khối 90 trụ tác dụng lên đáy bình và độ cao mực nước trong bình biểu diễn bởi đoạn ABC như hình vẽ (Hình 1). Xác định chiều cao, diện tích đáy, khối lượng riêng 0 15 30 h (cm) Hình 1 của chất làm khối trụ. Biết khối lượng riêng của nước bằng 1000 kg/m3. Câu 2 (2,0 điểm): Có hai bình cách nhiệt cùng đựng một chất lỏng. Một học sinh lần lượt múc từng ca chất lỏng ở bình một đổ vào bình hai và ghi lại nhiệt độ khi 0 0 cân bằng ở bình hai sau mỗi lần đổ, được kết quả là: t 1 = 10 C; t2 = 17,5 C; t3 (lần 0 bỏ sót không ghi); t4 = 25 C. Hãy tìm nhiệt độ lần bỏ sót không ghi t 3 và nhiệt độ ban đầu t của chất lỏng ở bình một. Coi nhiệt độ và khối lượng của mỗi ca chất lỏng múc từ bình một đổ vào bình hai là như nhau. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt giữa chất lỏng với bình, ca và môi trường bên ngoài. Bài 3: (2,5 điểm) Cho mạch điện như hình vẽ: Biết U = 4,8V, R = 3Ω; R = 3Ω; R = 6Ω; R = 2Ω; AB 1 2 3 4 R R 1, Tính điện trở tương đương và cường độ mạch chính 1 C 2 trong các trường hợp: K2 A a. k1, k2 đều mở. K1 R3 R4 b. k1 đóng, k2 mở. D A B 2) Tính số chỉ của ampe kế trong trường hợp k1 , k2 cùng đóng. Khi đó chốt dương của ampe kế phải mắc vào điểm Hình 2 nào? Bài 4: (2,5 điểm)Có 3 đây điện trở có giá trị lần lượt là R1, R2, R3. Mắc 2 dây song song với nhau rồi nối tiếp với dây còn lại thì có 3 cách mắc. Dùng bếp điện có bộ phận đốt nóng gồm 3 dây điện trở trên với cách ghép các dây điện trở lần lượt như 3 cách trên thì thời gian đun sôi cùng một lượng nước lần lượt là t1 = 16 phút, t2 = 20 phút, t3 = 40 phút. Hỏi nếu dùng riêng từng dây thì thời gian đun sôi nước là bao nhiêu? (Coi hiệu điện thế và nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước là không đổi) Bài 5 (1 điểm): A B U A + - Để xác định giá trị của một điện trở R x người ta mắc một mạch b Rx A điện như hình 3. Biết nguồn điện có hiệu điện thế luôn không đổi U. K1 R A 0 Các khóa, ampe kế và dây nối có điện trở không đáng kể, điện trở mẫu K2 Rb Hình 3
2. R0 = 15, một biến trở con chạy R b. Nêu các bước tiến hành thí nghiệm để xác định được giá trị của điện trở Rx Câu 5 Cho cơ hệ như hình 1. Các khối trụ đặc được làm bằng thép, khối m 2 có chiều cao h = 10cm, m1 = 680g. Dưới m2 có một cục nước đá khối lượng m0 bị dính chặt. Sau đó thả khối m2 vào một bình nước lớn, thì thấy ban đầu khi nước đá chưa tan hệ vật nằm cân bằng, m2 ngập một nửa trong nước (cục nước đá vẫn nằm dưới khối trụ). Sau 10 phút cục nước đá tan hết, hệ cân bằng, và m2 vừa ngập hoàn toàn trong nước. Bỏ qua ma sát, khối lượng các ròng rọc và dây treo. Biết khối lượng riêng m1 3 3 3 của thép D1 = 7,8g/cm , của nước D2 = 1g/cm , của nước đá Do = 0,9g/cm . m2 a. Tính vận tốc trung bình của m1 trong thời gian nước đá tan. Hình 1 b. Tính m0 và m2. c. Khi cục nước đá tan đi 1 nửa, hệ cân bằng. Tính chiều cao phần ngập trong nước của khối trụ m2. Bài 6 Cho mạch điện như hình vẽ, nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi, biến trở có điện trở toàn phần R. Khi di chuyển con chạy C trên biến trở thì U thấy số chỉ của ampe kế thay đổi từ 0,08A đến N 0,2A và số chỉ của vôn kế thay đổi từ 16V đến R1 A 20,8V. Xác định giái trị của U, R 1, R2 và R. Cho C biết các dụng cụ đo lý tưởng. M D R R2 V ..Hết .. .
3. Hướng dẫn chấm Bài Sơ lược cách giải Điểm Bài 1 Gọi chiều dài, diện tích đáy, trọng lượng của của khối trụ lần lượt là l, 2,0 S, P Khi chưa đổ nước (h = 0) áp lực của khối trụ tác dụng lên đáy 0,25 điểm bình bằng trọng lượng của khối trụ. P = F= 150 N Nước ngập khối trụ, F= P – 10.Dn.S.l không đổi, đồ thị F(h) có dạng 0,25 đoạn thẳng nằm ngang. Điểm B của đồ thị biểu diễn trạng thái khi nước bắt đầu ngập hết khối trụ. Từ đồ thị tại B: 0,25 + Chiều cao khối trụ: l = h = 15 cm (1) + P - 10.Dn.S.l = FB = 90 N 10.Dn.S.l. = P - FB = 60 (2) 0,25 60 Thay (1) vào (2): S = 0,04 (m2) 0,5 10.Dn.l Gọi khối lượng riêng của khối trụ là D 0,25 P Có P = 10.D.V D 10.S.l Thaysố D = 2500 (kg/m3) 0,25 Bài 2 Gọi nhiệt dung của mỗi ca chất lỏng múc từ bình 1 đổ vào bình 2 là q 1, 2,0 nhiệt dung của chất lỏng trong bình 2 là q2. điểm Sau khi đổ lần 2 phương trình cân bằng nhiệt: q1(t - t2) = (q2 + q1)(t2 - t1) (t là nhiệt độ ban đầu của bình 1) => q1(t - 25) = 7,5q2 (1) Sau khi đổ lần 3 ta có phương trình cân bằng nhiệt: q1(t - t3) = (q2 + 2q1)(t3 - t2) => q1(t - 3t3 + 35) = q2(t3 - 17,5) (2) Sau khi đổ lần 4 ta có phương trình cân bằng nhiệt: q1(t - t4) = (q2 + 3q1)(t4 - t3) => q1(t + 3t3 - 100) = q2(25 -t3) (3) Từ (1), (2), (3) ta có: q2 = 2q1 Thay vào (1) ta được: t = 400C 0 Thay vào (2) ta được: t3 = 22 C 0 Vậy nhiệt độ lần bỏ sót là t 3 = 22 C và nhiệt độ ban đầu ở bình 1 là t = 400C
4. Câu 3 1) a) Khi K1; k2 đều mở: Mạch chỉ 2,5 R1 còn R nt R . C R2 điểm 1 2 Ta có sơ đồ tương đương: A B Điện trở tương đương cả mạch là: + U - 0,25 Rtđ = R1 + R2 = 3 + 3 = 6 (Ω) Cường độ dòng điện mạch chính là: 푈 4,8 I = = = 0,8 ( ) 0,25 푅푡đ 6 b) Khi k1 đóng, k2 mở: cấu trúc mạch là: R (R1ntR2)//(R3ntR4) 1 C R2 Ta có sơ đồ tương đương: 0,25 Điện trở các nhánh là: R3 D R4 R12 = R1 + R2 = 3 + 3 = 6 (Ω) R34 = R3 + R4 = 6 + 2 = 8 (Ω) A B + U - Điện trở tương đương toàn mạch là: R12. R34. 6.8 24 Rtđ = = = (Ω) 0,25 R12. R34 6 8 7 Cường độ dòng điện mạch chính là: 푈 4,8 0,25 I = = = 1,4( ) 푅푡đ 24/7 2)Khi k1; k2 cùng đóng. Vì am R pe kế lí tưởng nên coi như C 1 R trùng D, cấu trúc mạch là 2 + C - (R //R )nt(R //R ). 1 3 2 4 R3 R4 A D B Ta có sơ đồ tương đương: 0,25 Điện trở các đoạn mạch là: R1. R3. 3.6 R2. R4. 3.2 R13 = = = 2 (Ω) ; R24 = = = 1,2 (Ω) R1. R33 3 6 R2. R4 3 2 Điện trở tương đương toàn mạch là: Rtđ = R12 + R24 = 2 + 1,2 = 3,2 (Ω) 0,25 푈 4,8 Cường độ dòng điện mạch chính là: I = = = 1,5( ) 푅푡đ 3,2 0,25 Vì (R1//R3)nt(R2//R4). => I = I13 = I24 = 1,5 (A) Hiệu điện thế hai đầu mỗi đoạn mạch là:
5. U13 = I13 . R13 = 1,5 . 2 = 3 (V); U24 = I24.R24 = 1,5 . 1,2 = 1,8 (V) Cường độ dòng điện chạy qua các điện trở R1 ; R2 là: 푈1 3 푈2 1,8 0,25 I1 = = = 1( ); I2 = = = 0,6( ); 푅1 3 푅2 3 Cường độ dòng điện chạy qua am pe kế là: Ia = I1 - I2 = 1 - 0,6 = 0,4 (A). 0,25 Vì I1 > I2 nên dòng điện chạy qua am pe kế có chiều đi từ C đến D. Chốt dương của am pe kế phải mắc ở C. Bài 4 Vì vai trò các điện trở như nhau nên ta có thể coi các cách mắc lần lượt 2,5 như sau: điểm Cách 1: (R1//R2)ntR3 Cách 2: (R1//R3)ntR2 Cách 3: (R2//R3)ntR1 Điện trở tương đương của mỗi cách mắc lần lượt là: 푅1.푅2 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3 Cách 1: RI = + R3 = (Ω) 푅1 푅2 푅1 푅2 푅1.푅3 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3 Cách 2: RII = + R2 = (Ω) 푅1 푅3 푅1 푅3 푅2.푅3 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3 0,25 Cách 3: RIII = + R1 = (Ω) 푅2 푅3 푅2 푅3 2 푄 푡 Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước là: Q = 푈 => = 푅 . 푡 푈2 푅 Vì nhiệt lượng cần cung cấp và hiệu điện thế nguồn không đổi nên tỉ số 푄 trong các trường hợp là không đổi. 푈2 Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước theo cách mắc thứ nhất là: 푈2 푄 푡1 16 16.(푅 푅 ) Q = . 푡 => = = = 1 2 (1) 푅 1 푈2 푅 푅 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3 Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước theo cách mắc thứ hai là: 푈2 푄 푡2 20 20.(푅 푅 ) Q = . 푡 => = = = 1 3 (2) 푅 2 푈2 푅 푅 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3 Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi nước theo cách mắc thứ ba là: 2 푈 푄 푡3 40 40.(푅2 푅3) Q = . 푡3 => 2 = = = (3) 푅 푈 푅 푅 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3 0,5 Từ 1; 2 và 3 ta có: 16.(푅 푅 ) 20.(푅 푅 ) 40.(푅 푅 ) 1 2 = 1 3 = 2 3 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3  4.(푅1 + 푅2) = 5.(푅1 + 푅3) = 10.(푅2 + 푅3) 0,25 4.(푅1 + 푅2) = 5.(푅1 + 푅3)  4.(푅1 + 푅2) = 10.(푅2 + 푅3) 5.(푅1 + 푅3) = 10.(푅2 + 푅3) 4.푅1 + 4 푅2 = 5.푅1 + 5푅3  2.푅1 + 2푅2 = 5푅2 + 5푅3 푅1 + 푅3 = 2푅2 + 2푅3
6. 푅1 = 4.푅2 ― 5푅3 (4)  + 3푅2 = 2.푅1 ― 5푅3 (5) => 푅1 = 2푅2 + 푅3 (6) Từ 4 và 6 ta có: 4.푅2 ― 5푅3 = 2푅2 + 푅3 R 2 = 3R3. Thay R2 = 3R3 vào (4) ta được R1 = 7R3. 푄 16.(푅1 푅2) 0,5 Thay R2 = 3R3 và R1 = 7R3 vào => = (1) ta được: 푈2 푅1.푅2 푅1.푅3 푅2.푅3 푄 16.(7푅3 3푅3) 160 = = . (I) 푈2 (7푅3. 3푅3 7푅3.푅3 3푅3.푅3 31푅3 0,25 Nếu chỉ dùng riêng dây thứ nhất thì ta có: Nhiệt lượng dùng để đun sôi nước là: 2 푈 푄 푡′1 푡′1 Q = . 푡′ => 2 = = (*) 푅1 1 푈 푅1 7푅3 160 푡′1 160.7 1120 Từ (I) và (*) => = => t’1 = = ≈ 36,13 (Phút) 31푅3 7푅3 31 31 Vậy thời gian đun sôi nước nếu chỉ dùng riêng dây thứ nhất là 36,13 phút 0,25 Nếu chỉ dùng riêng dây thứ hai thì ta có: Nhiệt lượng dùng để đun sôi nước là: 2 푈 푄 푡′2 푡′2 Q = . 푡′ => 2 = = (**) 푅2 2 푈 푅2 3푅3 160 푡′2 160.3 480 Từ (I) và (**) => = => t’2 = = ≈ 15,48 (Phút) 31푅3 3푅3 31 31 Vậy thời gian đun sôi nước nếu chỉ dùng riêng dây thứ nhất là 15,48 0,25 phút. Nếu chỉ dùng riêng dây thứ ba thì ta có: Nhiệt lượng dùng để đun sôi nước là: 2 푈 푄 푡′3 푡′3 Q = . 푡′ => 2 = = (***) 푅3 3 푈 푅3 푅3 160 푡′3 160 Từ (I) và (***) => = => t’3 = ≈ 5,16 (Phút) 31푅3 푅3 31 Vậy thời gian đun sôi nước nếu chỉ dùng riêng dây thứ ba là 5,16 phút 0,25 Bài 5 - Bước 1: Ngắt K2, đóng K1, (mạch có RxntR0) đọc giá trị ampe: I1 0,25 1 điểm Ta có: U I1(Rx R0 ) (1) - Bước 2: Ngắt K1, đóng K2, mạch có (RxntRb) điều chỉnh con chạy biến trở sao cho ampe kế cũng chỉ giá trị I1 0,25 => Rb = R0 - Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy; đóng K 1 và K2, mạch có Rxnt(R0//Rb) đọc giá trị ampe kế I2 0,25 R0 Điện trở của đoạn R0//Rb là: R0b = 2 (vì R0 = Rb)
7. R0 2Rx R0 Điện trở tương đương của mạch là: Rtđ = Rx + 2 = 2 2Rx R0 Hiệu điện thế nguồn là: U = I2. 2 (2) (2I1 I2 )R0 Giải hệ phương trình (1) và (2) ta tìm được: Rx 0,25 2(I2 I1)