Đề thi và Đáp án HSG cấp trường năm 2012-2013. Lý 10

Câu 3 2 điểm: Một viên bi treo trên một sợi dây chiều dài , được kéo lệch tới vị trí nằm ngang của sợi dây rồi buông ra không vận tốc đầu.. Hỏi điểm treo cần phải ở độ cao bao nhiêu so

Trang 1

x L2

L1 m

SỞ GD&ĐT THANH HÓA KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 2 NĂM HỌC 2012-2013

Môn Vật Lý 10 – Thời gian 180 phút

( Đề bài gồm 07 câu)

Câu 1 (4 điểm):

Một vật được thả rơi tự do từ độ cao h, tại nơi có g = 10m/s2, bỏ qua sức cản của không khí

a) Cho h = 80m: Xác đinh thời gian rơi, tốc độ của vật ngay khi chạm đất và tốc độ trung bình của vật khi vật rơi trong hai giây cuối của quá trình chuyển động

b) Trong giây cuối của chuyển động vật đi được quãng đường bằng 2

3toàn bộ quãng đường h mà vật rơi được trong suốt thời gian rơi Tìm h

Câu 2 (2 điểm): Một lực F = 12 N có hướng theo phương Ox, đẩy một vật khối lượng m = 0,5 kg vào

tường Hệ số ma sát nghỉ giữa tường và vật là 0,60 còn hệ số ma sát trượt là 0,40 Ban đầu vật đứng yên a) Hỏi vật có chuyển động không?

b) Tìm lực mà tường tác dụng lên vật?

Câu 3 (2 điểm): Một viên bi treo trên một sợi dây chiều dài , được kéo lệch tới vị trí nằm ngang của sợi dây rồi buông ra không vận tốc đầu Lực căng cực đại mà sợi dây chịu được đúng bằng trọng lượng của viên bi Hỏi điểm treo cần phải ở độ cao bao nhiêu so với nền nhà để thời gian chuyển động của viên

bi theo đường parabol sau khi dây bị đứt đúng bằng thời gian rơi của nó sau khi cắt dây ở vị trí thẳng đứng ban đầu

Câu 4 (4 điểm): Từ tầng dưới cùng của một tòa nhà, một thang máy có khối lượng tổng cộng m = 1 tấn,

đi lên tầng cao Lấy g = 10m/s2

a) Trên đoạn đường S1 = 5m đầu tiên, thang máy chuyển động nhanh dần và đạt vận tốc 5m/s Tính công

do động cơ thang máy thực hiện trên đoạn đường này

b) Trên đoạn đường S2 = 10m tiếp theo, thang máy chuyển động thẳng đều Tính công suất của động cơ trên đoạn đường này

c) Trên đoạn đường S3 = 5m sau cùng, thang máy chuyển động chậm dần và dừng lại Tính công của động cơ và lực trung bình do động cơ tác dụng lên thang máy trên đoạn đường này

Câu 5 (2 điểm): Một thùng hình trụ, đáy tròn, đường kính 1,2m, cao 1,8m; phía trên nắp gắn một ống

nhỏ thẳng đứng cũng hình trụ cao 1,8m, đường kính tiết diện 12cm Giả sử thùng được đổ nước đầy đến miệng ống Tính tỉ số áp lực giữa tác dụng lên đáy thùng và trọng lượng của nước chứa trong thùng và ống hình trụ Bỏ qua áp suất của khí quyển, lấy g = 10m/s2

Câu 6 (1 điểm): Một hệ gồm 2 lò xo L1, L2 có độ cứng k1 = 60N/m, k2 = 40N/m

một đầu gắn cố định, đầu còn lại gắn vào vật m theo phương ngang như h.vẽ Khi ở trạng thái cân bằng

lò xo L1 bị nén 2cm Tính lực đàn hồi tác dụng vào

vật m khi vật có li độ 1cm

Câu 7 (5 điểm): Hòn bi có khối lượng m = 200g được treo vào điểm O bằng

sợi dây chiều dài l = 1,8m Kéo hòn bi ra khỏi vị trí cân bằng C để dây treo

OA hợp với phương thẳng đứng góc 0 =600 rồi buông không vận tốc đầu

a) Tính vận tốc của vật và lực căng của dây treo con lắc tại vị trí dây treo

hợp với phương thẳng đứng một góc là  = 300

b) Khi hòn bi từ A trở về đến điểm C thì dây treo bị đứt Tìm hướng và độ

lớn vận tốc của hòn bi lúc sắp chạm đất và vị trí chạm đất của hòn bi Biết

rằng điểm treo O cách mặt đất 3,55m Bỏ qua ma sát Lấy g = 10m/s2

=================HẾT=================

ĐỀ CHÍNH THỨC

0



l

O

R

C

A

Trang 2

( Đề bài gồm 07 scâu)

HƯỚNG DẪN CHẤM

a

Chuyển động rơi tự do từ đọ cao h, không vận tốc ban đầu

) , / (

) , ( 2

1 2

s s m t g v

s m t g y



0,5

Khi chạm đất y = h t 2h 4s

g

Tốc độ của vật ngay khi chạm đất v gt 10.4 40 / m s 0,5

Quãng đường vật rơi được sau hai giây đầu: s0,5gt2 0,5.10.4 20 m 0,25

Quãng đường vật rơi được trong 2 giây cuối s= 80 – 20 =60m 0,25

Tốc độ trung bình v s 30 /m s

t



b

Gọi tổng thời gian chuyển động của vật là t h0,5gt2 5t2 Quãng đường vật rơi được trong t-1 giây là 1 ( 1)2 5( 1)2

2

Vậy quãng đường vật rơi được trong giây cuối là:   s h s5t2 5(t1)2

0,5

Theo bài ra 2 2.52 10 2

    Ta có phương trình 5 2 5( 1)2 10 2

3

Suy ra nghiệm 3 3

2

t  (loại vì t>1)

0,5

2

a

Chọn hệ toạ độ xOy như hình vẽ

Các lực tác dụng lên vật được biểu diễn

như hình vẽ: NF có độ lớn N = F = 12 (N) 0,5

Lực ma sát nghỉ tác dụng vào vật hướng lên, có độ lớn là:

fnmax = kn.N = 0,6.12 = 7,2 (N)

Do P = 5,0 < fnmax nên vật không chuyển động

0,5

b

Theo câu a) thì vật đứng yên do đó:F N P f   t 0 Theo trục Oy: ft = P = 5,0 (N)

Theo trục Ox: N = F = 12 (N)

0,5

Lực do tường tác dụng lên vật là: R N ft có hướng như hình vẽ  22 37 '0 ,

có độ lớn: 2 2

t

3 Khi sợi dây lập với phương thẳng đứng một góc và vận tốc của viên bi bằng v 0,5

ĐỀ CHÍNH THỨC

y

O x

Trang 3

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cos  2 cos 

2

2 2

gl v mgl

mv





( Do 0

0  90

 ) Theo định luật 2 Newton T mgcos mv2 /l



Vì dây chỉ chịu được lực căng lớn nhất Tmax = mg nên khi dây đứt

gl v

3

2

; 3

1



Sau khi dây đứt vật chuyển động như vật bị ném xiên xuống, góc mà vận tốc lập với phương ngang là 

Gọi t1 là thời gian bi chuyển động trên quỹ đạo parabol ta có:

2 1

2 sin cos v t g t l

0,25

Gọi t2 là thời gian rơi nếu cắt dây ở vị trí thẳng đứng ta có: 2

2

.

2 t

g l

Theo bài ra t1 = t2 , kết hợp (3), (4), (5) ta tìm được h=11/8 0,5

4

a

Ngoại lực tác dụng lên thang máy là trọng lực P và lực kéo F của động cơ thang máy Áp dụng định lý động năng ta có : Wd1 Wd0 A F A P;

Trong đóW1 1 12; W0 0; 1

2

d  mv d  A P P s (AP < 0 vì thang máy đi lên)

0,5

Suy ra công do động cơ thang máy thực hiện là : 2

1

62500 2

F

Vì thang máy chuyển động đều, lực kéo F2 của động cơ cân bằng với trọng lực P Công phát động AF2 của động cơ có độ lớn bằng công cản AP

Suy ra AF2 = mgs2

0,5

Vậy công suất động cơ thang máy trên đoạn đường s2 là

2 2

Ngoại lực tác dụng lên thang máy là trọng lực P và lực kéo F3của động cơ

Áp dụng định lý động năng ta có :

Wd  Wd A F A P; Wd 0; Wd W ;d A P mgs

0,5

Công của động cơ : A F3 mgs3 0,5mv22 37500J 0,5

Áp dụng công thức tính công ta tìm được lực trung bình do động cơ tac dụng lên thang máy trên đoạn đường s3 là : 3

3 3 7500

F

A

s

5

Thể tích toàn phần của nước 1,8( ) 1,8 (1, 22 0,12 )2

4

Trọng lượng toàn phần của nước 1,8 (1, 22 0,12 ).2

4

Áp lực lên đáy thùng 3,6 .1, 22

4

Tỉ số

2

.3,6 .1, 2

1,8 (1, 2 0,12 )

4

g













0,5

Trang 4

cm m k

Ở VTCB lò xo 2 giãn 3cm Khi vật có li độ 1cm

N F N k

F

N k

F cm

cm

hl đ

6 , 1

6 , 0

4

1

2 2 2

1 1 1 2

1







































7

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho hai vị trí

Wtmax = Wđ + Wt  mghmax =

2

1

a

Với hmax = l(1 - cos 0)

h = l(1 - cos )

0,25 0,25

Thay vào (1) ta có v = gl(cos   cos 0) (2) 0,25

Thay số: v = 1 , 8 10 (cos 30 0 cos 60 0 )

Vật chịu tác dụng của hai lực là trọng lực và lực căng Hai lực này đóng vai trò là

T – P = maht = m

l

v2

 T = P + m

l

v2

Thay (2) vào (3) ta được : T = mg(3cos - 2cos 0) 0,25

Thay số : T = 0,2.10(3cos300 – 2cos600) 4,2N 0,25

b

Vận tốc của vật tại C là (Vị trí vật đứt dây)

Áp dụng cồng thức (2) với  = 0  vC = 3m/s 0,25 Khi dây bị đứt, hòn bi chuyển động như vật ném ngang tại C với vận tốc vC và ở

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho vật tại C và tại điểm vật chạm đất (điểm D)

WC = WD 

2

1

mvC2 + mgh =

2

1

mvD2 2

1

mvC2 Với vD là vận tốc của vật trước khi chạm đất

0,25

Thành phần nằm ngang của vận tốc là không thay đổi: vx = vC = 3m/s

 góc mà vectơ vận tốc hợp với phương nằm ngang trước khi chạm đất là cos = 43

D

x v

v

= 0,75   41.40

0,25

Thời gian từ lúc dây đứt đến lúc vật chạm đất là t = 2g h

 vị trí chạm đất của vật cách đường thẳng đứng qua điểm treo O một đoạn

L = vC t thay số ta có L = 1,775m

0,25

( Đề bài gồm 07 câu)

MA TRẬN ĐỀ

Trang 5

Câu Ý Mức độ khó 1 Mức độ khó 2 Mức độ khó 3 Mức độ khó 4 Ghi chú 1

a

(2,5 điểm) X

b

2

a

b

4

a

(1,0 điểm) X

b

(1,0 điểm) X

c

7

a (3,0 điểm) X

(Mức độ khó tăng dần từ 1 đến 4)

Định dạng
Số trang	5
Dung lượng	289 KB