Đề thi HSG Vật Lí 10 Trường THPT Chuyên Bảo Lộc - Lâm Đồng

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN VÙNG
MÔN VẬT LÝ – KHỐI 10
ĐỒNG BẰNG DUYÊN HẢI BẮC BỘ Thời gian: 180 phút
TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẢO LỘC (Đề gồm 5 câu) ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
CÂU 1- CƠ HỌC CHẤT ĐIỂM ( 4 ĐIỂM) A
Cho một cơ hệ gồm ba thanh AB, BC và CD. D
Các thanh giống hệt nhau, đều mảnh, cứng, đồng chất, θ θ
có khối lượng m và chiều dài 2l. Các thanh được nối với B C
nhau bằng các khớp nối B và C mà tại đó chúng có thể v0
quay không ma sát trong mặt phẳng chứa các thanh. Hình 1
Ban đầu cơ hệ nằm yên trên một mặt bàn nằm ngang nhẵn, các thanh AB và CD tạo với
đường thẳng đi qua thanh BC các góc bằng nhau và bằng . Một quả cầu nhỏ khối lượng M=3m
chuyển động trên mặt bàn với vận tốc ban đầu v0 tới va chạm vuông góc với thanh BC tại trung
điểm của nó (Hình 1). Va chạm là hoàn toàn đàn hồi. Tìm vận tốc của thanh BC và vận tốc của quả
cầu sau va chạm trong hệ quy chiếu gắn với bàn.
CÂU 2 – CƠ HỌC VẬT RẮN ( 4 ĐIỂM)
Trên mặt bàn nằm ngang nhẵn có một nêm khối lượng M, mặt nêm nghiêng một góc  so
với mặt bàn. Trên mặt nêm có đặt một hình trụ đặc, khối lượng m, bán kính R. Khi được thả hình trụ
lăn không trượt trên mặt nêm, trục hình trụ luôn nằm ngang.
1. Nêm được giữ cố định, xác định gia tốc của trục hình trụ.
2. Nêm được thả tự do, có thể chuyển động không ma sát trên mặt bàn. Xác định gia tốc của nêm.
3. Nêm được giữ cố định. Trên bề mặt của hình trụ có một con chuột, khối lượng m1 đang
chạy sao cho nó luôn ở vị trí cao nhất của hình trụ. Tính gia tốc góc của hình trụ.
CÂU 3 – CƠ CHẤT LƯU ( 4 ĐIỂM)
Một ống trụ thẳng đứng có độ cao h, bán kính R được bịt kín đáy dưới chứa
đầy nước. Đầu hở phía trên của ống được nối với một bình chứa nước rất
lớn. Đầu bịt kín phía dưới được mở ra tại thời điểm t=0.
Nếu như hiện tượng nhớt của nước được tính đến thì vận tốc của dòng
nước ở trung tâm ống sau một thời gian dài tiến tới giá trị 8h k  2
v  4gh  k  k 2 o với R
Biết lực ma sát nhớt giữa hai lớp chất lỏng là ; là hệ số
nhớt, S là diện tích mặt tiếp xúc hai lớp chất lỏng,
là gradien của vận tốc, r tính từ tâm dòng chảy
CÂU 4 – NHIỆT ( 4 ĐIỂM)
Cho n mol khí lý tưởng đơn p
nguyên tử thực hiện chu trình biến đổi 1- (2)
2-3-1 trên giản đồ p – V như hình vẽ. kp0
1. Giả sử quá trình 2-3 biểu diễn (2)
bằng đường thẳng như Hình 2a. Tính: 1
a) Nhiệt độ cao nhất mà hệ đạt (1) 2 p0 (3) được trong chu trình.
b) Hiệu suất động chu trình. V m (3) O V0 kV0
2. Giả sử quá trình 2-3 biểu diễn Hình 4a Hình 4b
bằng một đường bậc thang gồm m bậc như Hình 4b. Trên bậc thứ i, áp suất và thể tích biến đổi một lượng là
và Vi = ai−1V1, với a = k1/m. Tìm hiệu suất của chu trình.
CÂU 5 – PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH ( 4 ĐIỂM) Cho các dụng cụ sau:
- Một thanh kim loại đồng chất, tiết diện đều
- Một cốc đựng chất lỏng X, - Một cuộn chỉ,
- Một thước đo độ dài,
- Một vật nặng đã biết khối lượng và khối lượng riêng.
Hãy trình bày và giải thích một phương án đo khối lượng thanh kim loại và khối lượng riêng của chất lỏng. ......HẾT......
ĐÁP ÁN – HƯỚNG DẪN CHẤM
CÂU 1- CƠ HỌC CHẤT ĐIỂM ( 4 ĐIỂM) A
Cho một cơ hệ gồm ba thanh AB, BC và CD. D
Các thanh giống hệt nhau, đều mảnh, cứng, đồng chất, θ θ
có khối lượng m và chiều dài 2l. Các thanh được nối B C
với nhau bằng các khớp nối B và C mà tại đó chúng có v0
thể quay không ma sát trong mặt phẳng chứa các thanh. Hình 1
Ban đầu cơ hệ nằm yên trên một mặt bàn nằm ngang nhẵn, các thanh AB và CD tạo với
đường thẳng đi qua thanh BC các góc bằng nhau và bằng . Một quả cầu nhỏ khối lượng M=3m
chuyển động trên mặt bàn với vận tốc ban đầu v0 tới va chạm vuông góc với thanh BC tại trung
điểm của nó (Hình 1). Va chạm là hoàn toàn đàn hồi. Tìm vận tốc của thanh BC và vận tốc của quả
cầu sau va chạm trong hệ quy chiếu gắn với bàn. Câu Nội dung Điểm
Gọi u là vận tốc chuyển động tịnh tiến của thanh BC trong hệ quy chiếu 0,5 gắn với bàn
Gọi vận tốc góc của các thanh AB và CD quay xung quanh các
khớp B và C trong hệ quy chiếu gắn với thanh BC.
Trong hệ quy chiếu gắn với bàn, chọn trục y hướng theo phương của 0,5
xung lực, còn trục x hướng từ trái sang phải. Khi thanh BC chuyển động
với vận tốc u, thành phần vận tốc theo hai phương x và y của khối tâm của thanh CD là: ,
Xét chuyển động quay của thanh CD quanh tâm C, mômen lực bằng 0 0,5
nên momen động lượng bảo toàn: 0,5
Động lượng của hệ 3 thanh sau va chạm 0,5
Động năng của hệ 3 thanh sau va chạm: 0,5
Gọi v là vận tốc của quả cầu ngay sau va chạm. Định luật bảo toàn
động lượng và năng lượng cho 0,5 0,5
Sử dụng M=3m ta tìm được:
CÂU 2 – CƠ HỌC VẬT RẮN ( 4 ĐIỂM)
Trên mặt bàn nằm ngang nhẵn có một nêm khối lượng M, mặt nêm nghiêng một góc  so
với mặt bàn. Trên mặt nêm có đặt một hình trụ đặc, khối lượng m, bán kính R. Khi được thả hình trụ
lăn không trượt trên mặt nêm, trục hình trụ luôn nằm ngang.
1. Nêm được giữ cố định, xác định gia tốc của trục hình trụ.
2. Nêm được thả tự do, có thể chuyển động không ma sát trên mặt bàn. Xác định gia tốc của nêm.
3. Nêm được giữ cố định. Trên bề mặt của hình trụ có một con chuột, khối lượng m1 đang
chạy sao cho nó luôn ở vị trí cao nhất của hình trụ. Tính gia tốc góc của hình trụ. Câu Nội dung Điểm 1
Chọn chiều dương cho chuyển động
tịnh tiến và quay như hình vẽ. 0,25
Theo định luật II Niutơn cho chuyển Fmsn động tịnh tiến: v ma = mgsin Fmsn, (1) H 0,25 N = mgcos, (2) 0,25 α
Phương trình chuyển động quay: , (3) 0,25
Điều kiện lăn không trượt: a = Rg, (4) 0,25
Giải hệ phương trình ta được: . 2
Các lực và chiều chuyển động tịnh N
tiến và chiều quay như hình vẽ.
Gọi nêm là vật 1, hình trụ là vật 2. Fmsn 0,25
Xét chuyển động của nêm trong v21 a HQC mặt đất: 1 (+) N F Ma msn 1 = Nsin Fmsncos, (5) 0,25
Trong HQC gắn với nêm, phương α
trình chuyển động của hình trụ:
ma21 = Fqtcos + mgsin Fmsn, (6) 0,25