Kì thi chọn học sinh giỏi lớp 9 năm học 2015 - 2016 đề thi môn: Vật lí thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề)

SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC
ĐỀ CHÍNH THỨC
KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 NĂM HỌC 2015-2016
ĐỀ THI MÔN: VẬT LÍ
Thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề)
A
 Hình 1
B
Câu 1 (2 điểm). Hai đoàn tàu chạy song song ngược chiều và gần nhau coi như trên một đường thẳng với cùng vận tốc v = 10 m/s so với mặt đất. Lúc t = 0, có hai nhân viên, nhân viên A đứng trên tàu và nhân viên B đứng trên tàu , họ đứng ngang nhau và đều ở điểm cuối của một toa tàu (Hình vẽ 1). Ngay sau đó họ bắt đầu đi về phía điểm đầu của toa tàu đang đứng với vận tốc u = 2 m/s so với toa tàu, khi đến đầu toa thì lập tức cả hai đều đổi hướng, đi về cuối toa với cùng vận tốc u = 2 m/s, khi đến cuối toa cả hai lại lập tức đổi hướng và đi trở lại với vận tốc cũ, quá trình cứ như vậy lặp đi lặp lại. Biết khoảng cách giữa điểm đầu và điểm cuối của toa tàu là = 12m. Đến thời điểm thì khoảng cách giữa hai nhân viên là 384 m. Xét so với mặt đất, chọn chiều dương là chiều chuyển động của tàu và gốc tọa độ tại vị trí hai nhân viên lúc t=0. 
	a) Vẽ đồ thị tọa độ theo thời gian của hai nhân viên trên cùng một hệ trục tọa độ trong khoảng thời gian .
a
h
α
Hình 2
b
b) Vẽ đồ thị vận tốc theo thời gian của hai nhân viên trên cùng một hệ trục tọa độ trong khoảng thời gian .
Câu 2 (2 điểm). Một bình hình lăng trụ đứng như Hình 2. Đáy trên của bình hở, đáy dưới của bình kín có dạng hình chữ nhật kích thước a=30 cm và b=20 cm, chiều cao của bình là h=25 cm. Một mặt bên nghiêng góc so với đáy dưới, các mặt bên còn lại vuông góc với đáy. Bình đặt trên sàn nằm ngang đáy dưới tiếp xúc với sàn. Người ta đổ chất lỏng có trọng lượng riêng d=10 N/dm3 đầy tới miệng bình, cho áp suất khí quyển là .
a) Xác định lực do chất lỏng tác dụng lên mặt bên nghiêng góc so với đáy.
Đ2
Rx
Hình 3
+ -
U
Đ3
Đ1
b) Tính lực do chất lỏng tác dụng lên đáy bình. Giải thích tại sao lực này lại lớn hơn trọng lượng của khối chất lỏng trong bình.
Câu 3 (2,5 điểm). Cho mạch điện như Hình 3.
 Hiệu điện thế U = 12V, giá trị định mức của các bóng đèn như sau: đèn Đ1: 3V–1,5W; đèn Đ2: 6V – 3W; đèn Đ3: 6V – 6W.
Rx là biến trở.
a) Có thể điều chỉnh Rx từ giá trị rất lớn sau đó giảm dần để cả ba đèn cùng sáng bình thường được không? Tại sao?
b) Mắc thêm điện trở R1 vào mạch. Hỏi phải mắc R1 vào vị trí nào và chọn giá trị R1, Rx bằng bao nhiêu để cả ba đèn đều sáng bình thường?
Câu 4 (2,5 điểm). Máy ảnh có vật kính là thấu kính hội tụ mỏng, khi được dùng để chụp ảnh một vật đặt vuông góc với trục chính, cách vật kính 168 cm thì trên phim thu được ảnh rõ nét nhỏ hơn vật 20 lần.
a) Tính tiêu cự của thấu kính và khoảng cách từ vật kính đến phim.
b) Dùng máy ảnh trên để chụp ảnh một biển quảng cáo hình chữ nhật có chiều dài a = 90 cm và chiều rộng b = 10 cm. Phim có dạng hình chữ nhật với chiều dài m = 3,6 cm và chiều rộng n = 2,4 cm. Để chụp được ảnh đầy đủ, rõ nét với chiều dài và chiều rộng của ảnh càng lớn càng tốt, người thợ ảnh đã thử chụp theo hai cách:
Cách 1: Điều chỉnh để thu được ảnh có các cạnh song song tương ứng với các cạnh của phim.
Cách 2: Điều chỉnh để thu được ảnh có 4 đỉnh nằm trên 4 cạnh của phim.
Trong hai cách trên, cách nào thu được ảnh có chiều dài và chiều rộng lớn hơn? Tính chiều dài và chiều rộng của mỗi ảnh đó. Biết trục chính của vật kính vuông góc với biển quảng cáo.
Câu 5 (1 điểm). Nêu một phương án thực nghiệm xác định điện trở của một ampe kế. Dụng cụ gồm: một nguồn điện có hiệu điện thế không đổi (nhưng không biết giá trị); một ampe kế cần xác định điện trở ; một điện trở đã biết giá trị; một biến trở con chạy có điện trở toàn phần lớn hơn ; hai công tắc điện K1 và K2; một số dây dẫn đủ dùng. Các công tắc điện và dây dẫn có điện trở không đáng kể.
===Hết===
Họ và tên thí sinh:....................................Số báo danh:..................................
Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm.
SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC
HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC
KỲ THI CHỌN HSG LỚP 9 NĂM HỌC 2015 – 2016
Môn: Vật Lý (4 trang)
Câu
Nội dung
Điểm
1
(2đ)
Thời gian mỗi người đi hết chiều dài của một toa là t1 = = 6s.
0,25
Khi đi cùng chiều đoàn tàu, vận tốc mỗi người so với đất là: v + u = 12 m/s nên trong t1 đi được s1 = (v+u)t1 = 72m, khoảng cách hai người xa nhau thêm 144m
0,25
Trong t1 tiếp theo mỗi người đều đi ngược chiều đoàn tàu nên có vận tốc so với đất là v – u = 8 m/s nên quãng đường đi được là s2 = (v – u)t1 = 48m hai người xa nhau thêm 2.48 = 96m
0,25
Trong t1 tiếp theo, khoảng cách hai người tăng thêm 144m.
Vậy trong 3t1 khoảng cách hai người là 144 + 96 + 144 = 384m.
0,25
v (m/s)
Hình 1
3t1
t1
2t1
0
-8
-12
-8
-12
8
12
t
18
6
-192
-120
-72
72
120
192
t
0
Hình 2
X(m)
12
+ Đồ thị nét đậm của nhân viên A, đồ thị nét mảnh của nhân viên B.
Ghi chú: Học sinh không chú thích đầy đủ mỗi đồ thị trừ 0,25
0,5
0,5
2
(2đ)
a) Áp suất tác dụng lên thành bình tăng đều từ P0 đến P0 + dh nên áp suất trung bình là .
0,25
+ Mặt bên nghiêng góc có diện tích 
0,25
+ Áp lực tác dụng lên mặt này có độ lớn: 
F1 = Ptb. = 
0,25
và có phương vuông góc với mặt này.
0,25
b) Áp suất tại các điểm ở đáy bình đều bằng P0 + dh, do đó lực tác dụng lên đáy bình là: 
0,25
+ Trọng lượng chất lỏng trong bình là 
0,25
+ vì hai nguyên nhân sau:
- Trên mặt chất lỏng có lực do khí quyển tác dụng có độ lớn 
- Thành bên nghiêng góc tác dụng lên chất lỏng và do đó tác dụng lên đáy một thành phần lực theo phương vuông góc với đáy có độ lớn là:
F1.cos = (P0 + )cos = P0bh.cot + cot
+ Ta thấy: P + F2 + F1cos = P0ab + dhab = F.
0,25
0,25
3
(2,5đ)
a) Phải tính điện trở r và cường độ dòng điện định mức của từng bóng đèn bằng công thức: r = và I = 
0,25
+ Thay U1, U2, U3 và P1, P2, P3 vào hai công thức trên được
- Với đèn 1: r1 = 6 và I1 = 0,5A.
- Với đèn 2: r2 = 12 và I2 = 0,5A.
- Với đèn 3: r3 = 6 và I3 = 1A.
0,5
+ Theo sơ đồ của đề bài thì khi điều chỉnh Rx từ giá trị rất lớn giảm xuống giá trị sao cho đèn Đ1 sáng bình thường thì cường độ dòng điện của mạch chính là I = I1 = 0,5A = I2 < I3.
0,25
Vậy cường độ dòng điện ở hai mạch rẽ Đ2 và Đ3 phải nhỏ hơn dòng điện mạch chính I: I’2 < I và I’3 < I hay I’2 < 0,5A và I’3 < 0,5A.
+ Dòng điện qua Đ2 và Đ3 nhỏ hơn dòng điện định mức I2 = 0,5A và I3 = 1A. Vậy các đèn Đ2 và Đ3 tối hơn mức bình thường nên không thể điều chỉnh Rx để cả 3 đèn cũng sáng bình thường được.
0,5
b) Phải mắc R1 song song với đèn Đ1 để R1 gánh bớt dòng điện cho Đ1 bảo đảm cường độ dòng điện qua Đ1 là 0,5A = I1 để Đ1 sáng bình thường . Khi ba đèn sáng bình thường thì dòng điện qua R1 là I.
I = I2 + I3 – I1 = 0,5 + 1 – 0,5 = 1A.
Vậy có hai cách mắc R1: mắc giữa A và B hoặc mắc giữa A và M.
* Mắc R1 giữa A và B thì:
R1 = 
0,25
M
+
N
-
Đ3
Đ2
Đ1
R1
A
B
Rx
+ Tính Rx: UBN = UMN – (UMA + UAB) = U – ( U1 + U2) = 12 – (6 + 3) = 3V
Rx = 
 0,25
M
+
N
-
Đ3
Đ2
Đ1
R1
A
B
Rx
* Mắc R’1 giữa A và N thì:
UAN = UMN – UMA = 12 – 6 = 6V
R’1 = 
0,25
+ Tính Rx: ta vẫn có UBN = 3V(như trường hợp a) 
Vậy Rx = 
+ Tóm lại 
- Nếu mắc R1 giữa A và B thì R1 = 3 và Rx = 2
- Nếu mắc R1 giữa A và N thì R’1 = 6 và R’x = 6
0,25
4
(2,5đ)
a) Độ phóng đại của thấu kính
k = 	
suy ra: f = 8 cm
0,5
0,5
b) * Theo cách 1: .
+ Ta có và 
+ Để ảnh hiện đầy đủ trên phim phải chọn 
 Chiều dài ảnh là a’ = m = 3,6 cm 
Chiều rộng của ảnh 
0,25
0,25
*Theo cách 2: 
+ Đặt ABCD là ảnh của biển quảng cáo hiện ra ở phim A’B’C’D’ trong đó A’B’ = C’D’ = m = 36 mm; B’C’ = D’A’ = n = 24 mm.
+ Để ảnh hiện đầy đủ trên phim, có chiều dài, chiều rộng lớn nhất thì 4 đỉnh ABCD phải nằm trên các cạnh của phim như hình vẽ. 
A’
A
B’
D’
C
C’
D
G
B
G
g
g
F
E
f
e
0,25
 = 9
+ Vì ~ (1)
Trong đó 
E = BB’ = DD’; e = AA’ = CC’; 
F = AB’ = CD’; f = DA’ = BC’; 
G = AB’ = CD; g = DA = BC; 
Từ (1) suy ra: E = 9e và F = 9f và G = 9g.
Trong hình vẽ: 
A’B’ = 36 mm = e + F = e + 9f (2)
D’A’ = 24 mm = f + E = 9e + f (3)
+ Giải hệ (2) và (3) ta được e = 2,25 mm và F = 36 – 2,25 = 33,75 mm
Và E = 9e = 9.2,25 = 20,25 mm.
0,25
+ Xét tam giác vuông B’AB ta có:
 G = mm = 3,936 cm.
+ Theo cách 2 này thì độ dài G của ảnh của biển quảng cáo là 3,936 cm lớn hơn độ dài m = 3,6 cm của ảnh chụp theo cách 1 và độ rộng của ảnh cũng lớn độ rộng ảnh của cách 1 là . 
Vậy chụp ảnh theo cách 2 thu được ảnh có chiều dài và chiều rộng lớn hơn.
0,25
0,25
5
(1đ)
A
K1
K2
R0
Rb
+
-
U
Bố trí mạch điện như hình vẽ (hoặc mô tả đúng cách mắc).
0,25
- Bước 1: Chỉ đóng K1: số chỉ ampe kế là I1. Ta có: U = I1(RA + R0)	(1)
- Bước 2: Chỉ đóng K2 và dịch chuyển con chạy để ampe kế chỉ I1. Khi đó phần biến trở tham gia vào mạch điện có giá trị bằng R0.
0,25
- Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy của biến trở ở bước 2 rồi đóng cả K1 và K2, số chỉ ampe kế là I2.
Ta có: 	(2)
0,25
Giải hệ phương trình (1) và (2), ta tìm được: 
Ghi chú: Nếu học sinh làm theo cách dùng giá trị của biến trở để tính điện trở của ampe kế thì không cho điểm. 
0,25
 *Học sinh giải theo cách khác, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa tương ứng.
==Hết==