Bài 3: Một khẩu pháo có khối lượng M có thể chuyển động trên đường nằm ngang với hệ số ma sát μ.. Sử dụng định lý biến thiên xung lượng với giả thiết khẩu pháo không bị nảy lên khỏi đườn
Trang 1m1
A B
TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XII
TRƯỜNG THPT CHUYÊN VĨNH PHÚC
TỈNH VĨNH PHÚC
ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ
LỚP 10
(Đề này có 02 trang, gồm 05 câu)
Bài 1:
Nêm cố định, bỏ qua ma sát ở các ròng rọc, khối lượng
dây và ròng rọc Biết B là vật hình trụ có bán kính trong r,
bán kính ngoài R, có mô men quán tính đối với trục qua tâm là
I, khối lượng M Biết hình trụ lăn không trượt Tìm gia tốc của
các vật m1, m2 và gia tốc góc của khối trụ
Bài 2:
Cho một hệ như hình vẽ Các vật có khối lượng m1 và m2, các dây treo không dãn, không khối lượng Đốt dây AB Tìm lực căng của dây OA ngay khi dây AB vừa đứt theo m1, m2, g và α
Bài 3:
Một khẩu pháo có khối lượng M có thể chuyển động trên đường nằm ngang với hệ số ma sát μ Nòng pháo hướng lên trên hợp với phương ngang một góc α Ban đầu khẩu pháo đang đứng yên thì bắn ra tức thời một viên đạn có khối lượng m với vận tốc u so với nòng
a Sử dụng định lý biến thiên xung lượng với giả thiết khẩu pháo không bị nảy lên khỏi đường và bỏ qua tác dụng của trọng lực trong thời gian thuốc nổ cháy, thời gian đạn chuyển động trong nòng coi là rất ngắn Hãy tìm vận tốc của khẩu pháo ngay sau khi đạn ra khỏi nòng
b Xác định quãng đường mà khẩu pháo dịch chuyển trên đường sau khi bắn
Bài 4:
Bên trong một xilanh kín hình trụ đặt nằm ngang, cách nhiệt có chứa một khối không khí Khối không khí này bị chia thành hai phần bởi một pittông mỏng, cách nhiệt Ban đầu áp suất, thể tích và nhiệt độ của khí trong hai ngăn của xilanh bằng nhau bằng P0, V0 và T0 Pittông có thể chuyển động có ma sát dọc theo thành của xilanh, lực ma sát là Fms =
0
P S
2 với S là tiết diện của xilanh Truyền nhiệt chỉ cho ngăn bên phải để tăng nhiệt độ của ngăn bên phải lên đến giá trị T
a Tìm giá trị của T để thể tích khí ở ngăn bên trái giảm đi còn một nửa
b Tìm nhiệt lượng đã truyền cho khí ở ngăn bên phải để thực hiện quá trình trên
Bài 5:
Xác định hệ số ma sát nhớt của chất lỏng
Cho công thức xác định lực ma sát nhớt tác dụng lên bi nhỏ: F=6π η.v.r
Trong đó: η là hệ số ma sát nhớt của chất lỏng, v là tốc độ chuyển động của bi so với chất lỏng, r là bán kính của bi
Cho các dụng cụ thí nghiệm:
(1) Một ống thủy tinh hình trụ dài
(2) Một ống nhỏ giọt
Trang 2(3) Một cân
(4) Một đồng hồ bấm giây
(5) Một thước đo chiều dài
(6) Chậu đựng nước có khối lượng riêng ρ đã biết
(7) Chậu đựng dầu thực vật có khối lượng riêng ρd đã biết
Trình bày cơ sở lý thuyết, cách bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm để xác định hệ số ma sát nhớt của dầu thực vật đã cho
HẾT
Người ra đề
Đỗ Văn Tuấn - 0988622986
Trang 3m1
+
+
2T
1
(2 đ) Phân tích lực và hình vẽ
Giải: Chọn hệ quy chiếu đất, Các lực tác dụng vào hình trụ là , , ,P N F ms, 2T, Vật 1
có P T 1, 1, Vật 2 có P T 2, 2 với T
1=T2=T
a) Giả sử trụ lăn lên trên: Chọn chiều dương như hình vẽ
Gọi aA là gia tốc của ròng rọc A với đất,
a1,a2 lần lượt là gia tốc của vật 1 và vật 2 với đất
m1g - T = m1a1 (1)
m2g – T = m2a2
a1 + a2 = 2aA (3)
+ Với hình trụ trên mặt phẳng nghiêng,
gọi K là tiếp điểm của hình trụ và mặt phẳng nghiêng Đối với trục quay qua K ta có
(3) với Ik = I + MR2
2
2 (T R r ) MgRsin (I MR ) (4)
Gọi B là điểm tiếp xúc với hình trụ của dây Ta có aA = aB
Giải hệ:
Lây (1)-(2) ta có g(m1-m2)=m1a1-m2a2 (5)
Lấy (1) +(2) ta có 2T= (m1+m2)g-m1a1-m2a2 (6)
Thay (3),(5),(6) vào (4) ta có
sin
(7) ta có:
0,25 0,25 0,25
0,25
0,25 0,25
0,25 0,25
Trang 42
sin
m MgR
I MR
a
I MR
R r
2
1
sin
m MgR
I MR
a
I MR
R r
2
sin
MgR
R r
I MR
R r
2
(2 đ)
Ngay sau khi dây AB đứt thì gia tốc của m2 có phương thẳng đứng, gia tốc của m1 có phương vuông góc với OA
Với dây không dãn AC ta có: a1.sin α = a2 (1)
Định luật II Newtơn cho m1 và m2
m2g - T2 = m2.a2 (2)
m1g sin α + T2 sin α = m1.a1 (3)
m1g cos α + T2 cos α = T1 (4)
Từ (1), (2), (3) ta tìm được T2 =
2
1 2
2
m m gcos
m m sin
Thay vào (4) ta được: T1 =
2
2
m g m m g cos
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5
3
(2 đ)
a Gọi X là xung của lực tương tác giữa đạn và khẩu pháo, Y là xung của phản lực của mặt đường tác dụng lên khẩu pháo, Z là xung của lực ma sát của mặt đường tác dụng lên khẩu pháo
Định lý biến thiên xung lượng cho đạn và khẩu pháo:
X = m.u
X Y Z M.v+ + =
(Chú ý: Y có phương thẳng đứng, Z có phương ngang, X có phương hợp với phương ngang một góc α, v có phương nằm ngang do khẩu pháo không bị nảy lên)
Chiếu lên phương thẳng đứng và phương ngang:
Y = X.sin α
X cos α - Z = M.v
Thay Z = μ.Y ta được: v =
mu cos sin
M a- m a
b Sau khi đạn bắn ra khỏi nòng thì khẩu pháo chuyển động chậm dần đều chỉ dưới tác dụng của lực ma sát nên có gia tốc là: a = - μ.g
quãng đường lớn nhất phẩu pháo đi được trên đường là:
2 max
mu cos sin
M v
S
m
0,25
0,25 0,25
0,25 0,25 0,25 0,25
0,25
4
(2 đ)
a Khí ở ngăn bên trái biến đổi đoạn nhiệt Áp dụng phương trình Poison
1,4 0
1
V P
2
Trang 5Ống nhỏ giọt
1 0,4 0
1
V T
2
Quá trình biến đổi của khí ở ngăn phải chia thành hai giai đoạn:
+ giai đoạn 1: biến đổi đẳng tích để tăng áp suất từ P0 đến P21 = 1,5.P0
Nhiệt độ của khí khi kết thúc giai đoạn này là: T21 =
0 1 0
T P
P = 1,5 T0 + giai đoạn 2: khí dãn nở để tăng thể tích từ V0 đến 1,5V0
Áp suất của khí ở ngăn bên phải khi kết thúc giai đoạn này là:
P22 = P1 +
ms F
S = 1,4
0
2 0,5 P
Áp dụng phương trình trạng thái:
0 0
22 22
P V
P V
Hay
1,4
T22 = 1,4
0 1,5 2 0,5 T
b Trong giai đoạn 1, nhiệt lượng đã truyền cho khí là:
Q1 = nCp.(T21 – T0) = 0 0 0 0
P V 1,5 1 P V
Trong giai đoạn 2, nhiệt lượng truyền cho khí là:
Q2 = A2 + Δ U2 = A2 + nCv.(T22 – T21)
Để tìm công của A2 ta tính nó theo công của lực ma sát và công của khí bên ngăn
trái
A2 = - (A1 + Ams) = Δ U1 – Ams = nCv (T1 – T0) +
0 ms
V F 2S
P V
2 4 2 9,07 P0V0 Nhiệt lượng tổng cộng đã truyền cho khí là:
Q = Q1 + Q2 10,82 P0V0
0,25
0,25
0,25
0,25 0,25 0,25
0,25
5
(2 đ) 1 Cơ sở lý thuyếtVật rơi trong một môi trường chịu tác dụng của lực cản tỷ lệ với tốc độ
chuyển động của vật Ban đầu vật rơi nhanh dần, nên tốc độ tăng dần, đến khi lực
cản của môi trường đủ lớn để cân bằng với trọng lực và lực đẩy Acsimet thì vật
chuyển động đều
Xét một viên bi nhỏ bán kính r chuyển động đều trong dầu với tốc độ v:
+ Phân tích lực: trọng lực P , lực đẩy Acsimet FA, lực ma sát nhớt F
+ Viên bi chuyển động đều nên ta có:
A
P F+ + =F 0
Þ F = P – FA
3
d
r - r
Nhận xét: Để đo η, ta cần đo bán kính r và tốc độ chuyển động v của viên bi
2 Tiến hành thí nghiệm
a Bố trí thí nghiệm như Hình 2
b Tiến trình thí nghiệm:
Bước 1: Thí nghiệm với ống nhỏ giọt
- Dùng cân điện tử để cân khối lượng: ống nhỏ giọt, ống nhỏ giọt có chứa nước để
0,25 0,25
0,25 0,25
0,25 0,25 0,25
Trang 6Giọt nước CĐ đều.
Nước S
Hình 2
xác định khối lượng m của nước trong ống.
- Đếm số giọt nước N
Bước 2: Cho giọt nước từ ống nhỏ giọt rơi vào dầu từ một độ cao h xác định (để giọt
nước có tốc độ ban đầu đủ lớn) Mỗi giọt nước chuyển động trong ống dầu, quan sát
chuyển động của giọt nước:
- Dùng thước đo quãng đường S (quan sát thấy giọt nước chuyển động đều)
- Dùng đồng hồ đo khoảng thời gian t chuyển động tương ứng.
Chú ý: Khi tiến hành bước 2 nhiều lần mức chất lỏng và nước trong ống sẽ dâng lên
nên ta phải chú ý: điều chỉnh vị trí của ống nhỏ giọt (để độ cao h không đổi); vị trí đo
quãng đường S (do mức nước dâng lên)
3 Xử lý số liệu
a Xác định bán kính của một giọt nước: Đo m, đếm N
- Khối lượng 1 giọt nước: 0
m m N
=
- Bán kính 1 giọt nước:
3 3V 3 3.m r
b Xác định tốc độ chuyển động đều của giọt nước trong dầu:
S
v
t
=
c Xác định hệ số nhớt của dầu:
2
d
2
r - r h= ×
0,25