Đề thi HSG Vật Lí 10 Trường THPT Chuyên Thái Nguyên

HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
KHU VỰC DUYÊN HẢI, ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
MÔN THI: VẬT LÍ – KHỐI 10
TRƯỜNG THPT CHUYÊN THÁI NGUYÊN
Thời gian làm bài 180 phút
(Đề này có 5 câu; gồm 02 trang) Câu 1. (4 điểm)
Đặt một vật nhỏ khối lượng m = 20 g trên một
mặt phẳng nghiêng, mặt phẳng này hợp với mặt
phẳng ngang một góc α = 300. Vật m được nối vào O m
điểm O cố định trên mặt phẳng nghiêng nhờ một dây
mảnh, nhẹ, không giãn có chiều dài R = 50 cm. Ban
đầu vật được giữ cố định trên mặt phẳng nghiêng ở vị α
trí dây nối nằm ngang, rồi được thả nhẹ cho chuyển
động như hình vẽ (Hình 1). Vật đổi chiều chuyển Hình
động lần đầu tiên khi dây quay được góc φ0=1500 so 1
với vị trí ban đầu. Trong suốt quá trình chuyển động
dây luôn căng. Biết lực ma sát có phương tiếp tuyến với quỹ đạo và có chiều ngược với chiều
chuyển động. Lấy g = 10 m/s2.
a. Tính hệ số ma sátgiữa vật và mặt nghiêng.
b. Tính độ lớn vận tốc cực đại và lực căng dây cực đại trong quá trình vật chuyển động.
c. Tính tổng quãng đường vật đi được từ lúc thả vật cho đến khi vật dừng lại lần thứ 2. Câu 2. (4 điểm)
Người ta đặt bốn quả cầu nhẵn giống nhau, có khối lượng
và bán kính , sao cho chúng tạo
thành một hình chóp trên một mặt phẳng nằm ngang như hình vẽ bên. Sau đó, hệ thống được thả
ra khỏi trạng thái nghỉ với viên bi phía trên chuyển động xuống dưới và viên bi phía dưới chuyển
động hướng ra ngoài khỏi tâm chung mà không quay. Vì đối xứng nên góc tạo bởi tâm ba viên bi
dưới với bi trên bằng nhau . Hình 2 Hình 3 Xác định:
a. Khi quả cầu trên vẫn tiếp xúc với 3 quả cầu dưới, hãy xác định giá trị của gia tốc góc theo tốc độ góc và góc . 1
b. Xác định cơ năng của hệ thể hiện theo và . Đồng thời xác định giá trị của cơ lượng
của hệ thống khi các quả bi bắt đầu tách nhau ra.
c. Xác định tóc độ góc như một hàm được biểu thị theo , và . Câu 3: (4,0 điểm)
Một tàu vũ trụ có khối lượng m đang chuyển động quanh
Trái Đất trên quỹ đạo tròn có bán kính r1 với chu kì T1 thì
chuyển lên quỹ đạo tròn có bán kính r2 = 2r1 nhờ hai bước
điều chỉnh riêng biệt ở hai điểm A và B được minh họa như
hình 1. Bước điều chỉnh thứ nhất: ở điểm A trên quỹ đạo bán
kính r1, tàu tức thời tăng tốc nhưng vẫn giữ nguyên hướng
chuyển động. Bước điều chỉnh thứ hai: khi vừa đến điểm B
trên quỹ đạo bán kính r2, tàu tức thời đổi hướng chuyển động
nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ. Cho rằng ngoài hai bước điều
chỉnh nói trên thì chỉ có lực hấp dẫn do Trái Đất hút tàu là ảnh
hưởng đáng kể đến sự chuyển động của tàu. Coi Trái Đất là
hình cầu đồng chất tâm O, khối lượng M và đứng H ìy n ê h n . 4 Biết
hai quỹ đạo tròn nói trên đồng phẳng và chiều chuyển động của tàu trên hai quỹ đạo này là giống nhau.
a. Tìm công cần thực hiện ở lần điều chỉnh thứ nhất.
b. Tìm sự thay đổi về hướng chuyển động của tàu ở lần điều chỉnh thứ hai.
c. Tìm khoảng thời gian tàu chuyển từ quỹ đạo bán kính r1 lên đến quỹ đạo bán kính r2. Câu 4 (4 điểm).
Một mol khí lí tưởng đơn nguyên tử thực hiện chu trình p
ABCDBEA được biểu diễn trên giản đồ p - V (Hình 5).
CD và BE là các quá trình đẳng tích, DB và EA là các C
quá trình đẳng áp. Các quá trình AB và BC có áp suất p
và thể tích V liên hệ với nhau theo công thức: ,
trong đó là một hằng số dương. Thể tích khí ở trạng B thái A là V D A
1, ở trạng thái B là V2 và ở trạng thái C là V3 E 0 V1 V2 V3 V sao cho
Biết rằng tỉ số giữa nhiệt độ Hình 5
tuyệt đối lớn nhất và nhiệt độ tuyệt đối nhỏ nhất của khí
trong chu trình ABCDBEA là n.
1. Tính công thực hiện trong chu trình ABEA theo V1, n và .
2. Tìm hiệu suất của chu trình ABCDBEA theo n. Áp dụng bằng số với n = 3. Câu 5 (4 điểm).
Đo hệ số Poatxon 
Cho các dụng cụ và thiết bị:
- Một bình kín có dung tích đủ lớn (có thể tạo lỗ để nối với các ống và khóa)
- Bơm nén (chứa khí cần thiết, được coi khí lý tưởng cần xác định  )
- Áp kế chứa nước hình chữ U, có tiết diện nhỏ.
- Các ống nối và 2 khóa. - Thước đo chiều dài.
Nêu cơ sở lý thuyết, cách bố trí và tiến hành thí nghiệm để xác định hệ số Poatxon . 2 === HẾT === ` 3
HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN HƯỚNG DẪN CHẤM
KHU VỰC DUYÊN HẢI, ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
MÔN THI: VẬT LÍ – KHỐI 10
TRƯỜNG THPT CHUYÊN THÁI NGUYÊN Câu Nội dung Điểm 1a
* Do dây luôn căng vật chuyển động tròn quanh O dưới tác dụng của 4 lực:
+ Trọng lực P hướng theo phương thẳng đứng xuống dưới.
+ Phản lực N hướng vuông góc với mặt phẳng nghiêng.
+ Lực căng dây T hướng dọc theo sợi dây về O.
+ Lực ma sát fms hướng dọc theo mặt nghiêng vuông góc với sợi dây và ngược
chiều với chiều chuyển động. 0,25
* Phương trình động lực học của chất điểm m trong hệ quy chiếu đất là:
Chiếu (*) lên phương vuông góc với mặt phẳng nghiêng ta được: 0,25 N m  g cos   f  m  g cos O m  ms . α
* Xét vị trí dây hợp với phương ngang một góc bất kỳ là  (rad) và có vận tốc tức
thời v. Chọn mốc tính thế năng tại vị trí thấp nhất của vật. Phương trình bảo toàn
năng lượng cho vật khi vật chưa đổi chiều chuyển động: 0,25 1 2 mv m  gR sin sin   m  g cos .  R. 2 (1) Vật dừng lại khi v = 0; . 0,25 Từ (1) suy ra 1b
Chiếu (*) lên phương tiếp tuyến ta có: mg sin .  cos   m  g cos  m  a 0,25 tt (2)
Chiếu phương trình (*) lên phương hướng tâm ta được: 2 mv T  mg sin sin  m  a  ht 0,25 R (3)
Độ lớn vận tốc đạt cực đại địa phương tại vị trí att = 0 ("vị trí cân bằng"). Dễ thấy 4