Tiêu đề Đề thi HSG môn Vật Lý 10 - Chuyên Hưng Yên - Năm 2017-2018 - File word có lời giải chi tiết.doc ✅

TRƯỜNG THPT CHUYÊN HƯNG YÊN ĐỀ THI ĐỀ XUẤT ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ NĂM 2018 Môn: Vật lý 10 Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề) Câu 1 (4 điểm). Một mô hình động cơ hơi nước đặt nằm ngang trên mặt sàn nhẵn. Tay quay OA có chiều dài r và quay đều với tốc độ góc ω, điểm B luôn chuyển động thẳng. Thanh truyền AB dài bằng tay quay. Coi khối lượng của các bộ phận chuyển động rút về thành 2 khối lượng m 1 và m 2 tập trung ở A và B, khối lượng của vỏ động cơ là m 3 (hình 1). 1. Cho rằng vỏ động cơ chỉ chuyển động ngang và ban đầu pit-tông ở vị trí xa nhất về bên trái. Xác định phương trình chuyển động của vỏ động cơ. 2. Nếu động cơ được bắt vít xuống nền bằng bu-lông, tìm áp lực của động cơ lên nền và lực cắt ngang bu-lông. Bỏ qua lực căng ban đầu của bu-lông. Câu 2 (4 điểm). Một khối trụ đặc có bán kính R, khối lượng m, lăn không trượt trên mặt sàn nằm ngang rồi va vào một bức tường thẳng đứng cố định (trục của khối trụ luôn song song với mặt sàn và tường). Biết hệ số ma sát giữa khối trụ và bức tường là ; vận tốc của trục khối trụ trước lúc va chạm là v 0 ; sau va chạm thành phần vận tốc theo phương ngang của trục giảm đi một nửa về độ lớn; mômen quán tính đối với trục của khối trụ là 22 ImR 5 (hình vẽ). Bỏ qua tác dụng của trọng lực trong lúc va chạm và bỏ qua ma sát lăn. Tính động năng của khối trụ và góc giữa phương chuyển động của nó với phương nằm ngang ngay sau khi va chạm trong hai trường hợp, 1 8 và 1 5 . Câu 3 (4 điểm). Một vệ tinh chuyển động tròn đều quanh Trái Đất ở độ cao R = 3R 0 so với tâm O của Trái Đất. Bán kính Trái Đất là R 0 = 6400km. 1. Tính vận tốc V 0 và chu kỳ T 0 của vệ tinh. 2. Vệ tinh đang chuyển động tròn trên bán kính R thì tại điểm A vận tốc đột ngột giảm xuống thành V A nhưng giữ nguyên hướng; vệ tinh chuyển sang quỹ đạo elip và tiếp đất tại điểm B trên đường OA (O, A, B thẳng hàng). Tìm vận tốc vệ tinh tại A, B và thời gian nó chuyển động từ A đến B. Cho vận tốc vũ trụ cấp I là V I = 7,9 km/s. Bỏ qua mọi lực cản. Hình 1 B O A . B O A
Có thể dùng phương trình chuyển động của một vệ tinh trên quỹ đạo : 2 2 22 drdMm mrG dtdtr       và định luật bảo toàn mômen động lượng : const dt d mr2 . Câu 4 (4 điểm). Một lượng khí lí tưởng đơn nguyên tử thực hiện một chu trình ABCDECA (Hình 1). Cho biết P A =P B =10 5 Pa, P C =3.10 5 Pa, P E =P D =4.10 5 Pa, T A =T E =300K, V A =20l, V B =V C =V D =10l, AB, BC, CD, DE, EC, CA là các đoạn thẳng. 1. Tính các thông số T B , T D , V E . 2. Tính tổng nhiệt lượng mà khí nhận được trong tất cả các giai đoạn của chu trình mà nhiệt độ khí tăng. 3. Tính hiệu suất của chu trình. Câu 5 (4 điểm). Người ta nhúng một dây đun bằng mayso vào một bình nước. Biết công suất toả nhiệt P của dây đun và nhiệt độ môi trường ngoài không đổi, nhiệt lượng của nước truyền ra môi trường ngoài tỉ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ giữa nước trong bình và môi trường. Nhiệt độ của nước trong bình ở thời điểm x được ghi bằng bảng dưới đây: x(phút) 0 1 2 3 4 5 T( 0 C) 20 26,3 31,9 36,8 41,1 44,7 Hãy dùng cách tính gần đúng và xử lý số liệu trên để trả lời các câu hỏi sau. 1. Nếu đun tiếp thì nước có sôi không? Nếu không sôi thì nhiệt độ cực đại của nước là bao nhiêu? 2. Nếu khi nhiệt độ của nước là 60 0 C thì rút dây đun ra. Hỏi nước sẽ nguội đi bao nhiêu độ sau thời gian 1phút? 2 phút? ...............................Hết........................... Thí sinh không được sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. Họ và tên thí sinh: ..........................................; Số báo danh: ..................................... TRƯỜNG THPT CHUYÊN HƯNG YÊN ĐÁP ÁN ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ NĂM 2018 E D C B A V A V B V E V O P E P C P A P
ĐÁP ÁNĐỀ THI ĐỀ XUẤT Môn: Vật lý 10 Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề) Câu 1 (4 điểm) Nội dung Điểm 1. Hình 2a B O A H V 1 V 2 + Xét tại thời điểm t góc quay của vật BOA = φ = ωt (hình 2a). Các bộ phận có khối lượng m 1, m 2 có vận tốc lần lượt là 1v→ và 2v→ trong hệ quy chiếu gắn với vỏ. Vỏ có vận tốc 3v→ đối với sàn. + Theo phương ngang hệ không chịu tác dụng của ngoại lực nên bảo toàn động lượng: m 3 v 3 +m 2 (v 2 + v 3 ) +m 1 (v 1 sinωt + v 3 ) = 0 0.25 0.25 => v 3 = - 2211 123 sinmvmvt mmm   (1) với v 1 = ωr, v 2 = - dOB dt = -2 dOH dt = 2 (os)drct dt  = 2ωrsinωt (2) thay (2) vào (1) ta có: v 3 = - 21 123 (2)sinmmrt mmm   (3). 0.25 0.25 0.25 Lấy nguyên hàm của (3) x = 21 123 (2)osmmrct mmm   + C Chọn x = 0 tại t = 0 ta có C = 21 123 (2)mmr mmm   vậy x = 21 123 (2)(os1)mmrct mmm   . 0.25 0.25 0.25 2. + Xét cả hệ chỉ có 1v→ có thành phần vận tốc theo phương thẳng đứng: v y = v 1 cosωt = ωrcosωt, do đó áp lực của hệ lên sàn theo phương thẳng đứng là N = (m 1 +m 2 +m 3 )g + 1()dmy dt N = (m 1 +m 2 +m 3 )g - m 1 ω 2 r.sinωt. 0.25 0.25 0.5 + Động lượng của hệ theo phương ngang khi vỏ được giữ đứng yên là p = m 2 v 2 + m 1 v 1 sinωt = (m 1 +2m 2 )ωr.sinωt. + Do đó lực cắt ngang bulong là T = dp dt = (m 1 +2m 2 )ω 2 r.cosωt. 0.5 0.5 Câu 2
(4 điểm) 1 + Áp dụng hai định lý biến thiên và chú ý là 0 x v v 2 . Khối trụ trong quá trình va chạm còn chịu thêm tác dụng của phản lực N→ vuông góc với tường, hướng ngược chiều va chạm và lực ma sát msF→ hướng lêntrên theo chiều Oy. Như vậy chuyển động theo phương 0y sẽ xảy ra hai khả năng: TH1: trong quá trình va chạm khối trụ luôn luôn lăn có trượt TH2: trong quá trình va chạm, đầu tiên khối trụ lăn có trượt trong khoảng 1 sau đó lăn không trượt trong khoảng 2 . 0.25 a) Trong thời gian va chạm  , theo phương Oy khối trụ luôn luôn lăn có trượt. * Định lý biến thiên động lượng: Theo Ox: 000 0 13 mvmvmvNdt(1) 22      Theo Oy: yy0 0 3 mvNdt(2)vv 2    Từ (1) và (2): yy x0 vv tg3 vv/2 ; 0.25 0.25 0.25 + Định lý biến thiên mômen động lượng: 0 0 I()RNdt(3)     0 415 v 4R   + Điều kiện trên xẩy ra nếu khối trụ vẫn trượt trong va chạm. v y R  4 0,19 21 . 0.25 0.25 + Giá trị 1 0,1250,19 8 tương ứng trường hợp suốt quá trình va chạm khối trụ luôn luôn lăn có trượt 00 41517 vv 4R32R   Động năng 2222 2 xy222 000 2 00 m(vv)Im13m17 EvvRv 222416532R E0,34mv0,68E         0.25 0.25 0.25