Đề thi HSG Vật Lí 10 Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn - Đà Nẵng

SỞ GD&ĐT TP ĐÀ
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI NẴNG
CÁC TRƯỜNG THPT PHỔ THÔNG CHUYÊN TRƯỜNG THPT
KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG CHUYÊN BẮC BỘ LÊ QUÝ ĐÔN NĂM HỌC 2023-2024 MÔN THI: VẬT LÝ. KHỐI: 10 ĐỀ THI ĐỀ
(Thời gian: 180 phút không kể thời gian XUẤT giao đề)
Bài 1 (4 điểm). (Cơ chất điểm) m
Ba quả bóng A, B và C, có khối lượng m =m = C =m được nối với A B 2
nhau bằng hai thanh có khối lượng không đáng kể và có chiều dài
bằng l như hình 1a. Các thanh được buộc ở tâm của các quả bóng,
nhờ các khớp, chúng có thể quay xung quanh mà không ma sát,
và các quả bóng B và C có thể trượt không ma sát trên bề mặt
nằm ngang mà chúng được đặt trên đó. Ban đầu, góc giữa các
thanh là α và hệ được giữ đứng yên trong mặt phẳng thẳng đứng.
Gia tốc trọng trường g được coi là đã biết. Bán kính của các quả
bóng được coi là không đáng kể so với chiều dài của thanh. Giả sử
chuyển động của quả cầu xảy ra trong mặt phẳng thẳng đứng.
a. Hệ thống được để tự do. Xác định theo 𝒈, l, 𝜶 và 𝜷 các biểu
thức vận tốc của ba quả bóng khi góc giữa các thanh là β>α.
Với 𝜶 = 𝟔𝟎°, tính theo l, độ lớn của vectơ độ dịch chuyển của ba
quả bóng trong khoảng thời gian từ thời điểm ban đầu đến thời
điểm quả bóng A chạm vào mặt ngang.
b. Ở trạng thái ban đầu, quả bóng B chịu tác dụng của một lực
nằm ngang không đổi ⃗F, do đó, trong quá trình hệ chuyển động,
góc giữa các thanh vẫn giữ nguyên α (hình 1b). Xác định theo 𝑭
và 𝒎 biểu thức của độ lớn gia tốc hệ ⃗a0, và biểu thức của độ lớn
lực ⃗F theo khối lượng 𝒎, góc 𝜶 và gia tốc trọng trường 𝒈. Hình 1a Hình 1b
Bài 2 (4 điểm) (Cơ vật rắn)
1. Một chiếc xe ô-tô khối lượng M có khoảng cách giữa hai trục
bánh xe là l +l 1
2 đang chuyển động với vận tốc v trên một đường
nằm ngang (hình 2a). Khối tâm G của xe nằm cách trục trước một
khoảng l1 và nằm ở độ cao h tính từ mặt đường. Chiếc xe đột ngột
dừng nhờ hãm phanh. Độ lớn gia tốc trong quá trình hãm cho đến
khi xe dừng hẳn là hằng số và bằng a. Trong một chiếc ô-tô thực,
giữa thân xe và trục bánh xe có gắn hệ thống giảm xóc bằng lò
xo. Nhưng trong bài toán này ta không xét đến lò xo và coi như vị
trí khối tâm của xe là không đổi. Kí hiệu hệ số ma sát giữa lốp xe
và mặt đường là μ, gia tốc trọng trường là g.
a. Tìm giá trị các phản lực R ,R 1
2 mà mặt đường tác dụng lên
bánh trước và bánh sau của xe (Hình 2a).
b. Khối lượng M=1540kg, khoảng cách giữa hai trục là
l +l =2 ,8 m;l =1 ,2 m 1 2 1
; độ cao khối tâm h=5,6 m, hệ số ma sát nghỉ μ=1,0;
g=9 , 8 m/ s2; quãng đường hãm phanh L=40 m. Hãy xác định giá trị gia
tốc hãm avà vận tốc v1 của xe trước khi hãm phanh. Hình 2a
2. Chiếc xe chuyển động với vận tốc v không đổi trên một
đoạn đường hình vòng cung nằm ngang. Khối tâm của xe vẽ nên
một cung tròn bán kính r. Ở hình 2b cho thấy mặt đường nghiêng
với mặt nằm ngang một góc θ. Độ cao của khối tâm là h, khoảng
cách giữa bánh trái và bánh phải là s. Hệ số ma sát nghỉ giữa mặt
đường và bánh xe là μ, gia tốc trọng trường là g. Hình 2b
a. Cho biết hệ số ma sát nghỉ và góc nghiêng mặt đường thỏa
mãn μ.tan θ<1. Hãy tìm vận tốc cực đại v mà xe có thể chuyển động mà không bị trượt.
b. Cho biết điều kiện s.tanθ<2h. Hỏi xe có thể chuyển động với
vận tốc lớn nhất bằng bao nhiêu mà vẫn không bị lật.
c. Cho s=1,54m ;h=0,56m ; μ=1,0; mặt đường nằm ngang (θ = 0).
Trong trường hợp này xe dễ bị lật hơn hay dễ bị trượt hơn?
Bài 3 (4 điểm) (Nhiệt)
Một chiếc ô tô chạy bằng hơi nước bão hòa, động cơ của nó bao
gồm một bình chứa và một xi lanh được đóng bởi một pít tông
(xem Hình 3). Bình chứa hơi nước bão hòa có áp suất p0 (bằng áp
suất môi trường) và nhiệt độ T1. Xylanh chứa tác nhân là N mol
khí lý tưởng. Nhiệt độ môi trường là T0. Động cơ hoạt động theo phương thức sau:
Giai đoạn 0 → 1: tác nhân bị nén đoạn nhiệt để nhiệt độ của nó tăng từ T0 đến T1.
Giai đoạn 1 → 2: tác nhân trải qua quá trình dãn nở đẳng nhiệt,
lấy nhiệt lượng từ một phần hơi nước có khối lượng ∆m. Kết quả
của quá trình này, phần hơi nước này ngưng tụ. Áp suất và nhiệt
độ của hơi nước còn lại trong bình không thay đổi - thể tích hơi
nước bị hấp thụ nhiệt sẽ giảm tương ứng bằng cách dịch chuyển thành bình.
Giai đoạn 2 → 3: tác nhân nở ra, nhờ đó nó vẫn ở trạng thái cân
bằng nhiệt với phần nước tạo thành ở giai đoạn 1 → 2. Trong quá
trình này, tác nhân và phần nước ở trạng thái cân bằng nhiệt và
hệ (tác nhân+nước) được cách nhiệt (đoạn nhiệt) với môi trường.
Kết thúc quá trình này, nhiệt độ của tác nhân và nước là T0.
Giai đoạn 3 → 0: nước được đổ ra ngoài và tác nhân được nén đẳng nhiệt. ˙