Đề thi HSG Vật Lí 10 Trường THPT Lê Thánh Tông

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN
KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
LẦN THỨ XV, NĂM 2024
ĐỀ THI MÔN: VẬT LÍ - LỚP 10
Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề) ĐỀ ĐỀ XUẤT Ngày thi:16/7/2024
Đề thi gồm 03 trang
Câu 1 (4,0 điểm): Cơ chất điểm
Một khối hộp nhỏ có khối lượng m1
được gắn vào một lò xo có hệ số đàn hồi k
trên mặt dốc của một mặt nêm nhẵn. Nêm có m1
khối lượng m2 được đặt trên mặt sàn nằm m2
ngang nhẵn và có góc nghiêng là  so với mặt
phẳng nằm ngang như hình vẽ (Hình 1). Từ vị
trí cân bằng, kéo khối hộp di chuyển một Hình 1
đoạn nhỏ rồi thả cho hệ bắt đầu dao động.
Trong quá trình dao động, khối hộp luôn nằm
trên mặt nghiêng của nêm và nêm luôn tiếp
xúc với sàn. Bỏ qua mọi ma sát. Tìm chu kỳ dao động của hệ.
Xét các trường hợp đặc biệt:  = 00 và  = 900.
Câu 2 (4,0 điểm): Cơ vật rắn
1. Một đĩa cứng, mỏng, phẳng đồng chất hình tam giác đều ABC cạnh a có
khối lượng M. Gọi G là trọng tâm của tam giác đều ABC như hình vẽ (Hình 2a). Tính
momen quán tính của đĩa đối với trục quay đi qua G và vuông góc với mặt phẳng đĩa.
2. Một quả cầu nhỏ được coi là một chất điểm với khối lượng m và vận tốc v
đến va chạm đàn hồi vào cạnh của một đĩa mỏng, phẳng đồng chất hình tam giác đều
ABC cạnh a có khối lượng M (Hình 2b). Quả cầu và tam giác ABC là cứng và được
đặt trên một bề mặt nằm ngang nhẵn. Trang 1
a. Vận tốc của quả cầu v1, vận tốc V2 và tốc độ góc  của đĩa tam giác ngay sau va chạm là bao nhiêu?
b. Trong các điều kiện nhất định, va chạm lần thứ hai sẽ xảy ra giữa đĩa tam
giác quay và quả cầu. Xác định tỷ số m/M để xảy ra va chạm lần thứ hai. A v A m a G M B C B C Hình 2a Hình 2b
Câu 3 (4 điểm): Cơ thiên thể
Một vệ tinh nhân tạo, khối lượng m vạch một quỹ đạo tròn bán kính R + z,
xung quanh Trái Đất (giả thiết là hình cầu, khối lượng M, bán kính R) trong đó z là
độ cao của vệ tinh. Gọi g là gia tốc trọng trường ở mặt đất. 1. Hãy xác định:
a. Vận tốc và chu kỳ chuyển động tròn của vệ tinh.
b. Độ cao mà ở đó vệ tinh quay trên một quỹ đạo tròn trong mặt phẳng xích
đạo của Trái Đất, luôn luôn ở trên đầu một điểm của Trái Đất (vệ tinh địa tĩnh dùng
để liên lạc vô tuyến).
2. Giả sử rằng do các va chạm với các phân tử trong lớp không khí ở trên cao,
nên vệ tinh chịu một lực ma sát có độ lớn
, ngược chiều với vận tốc. Và giả
sử rằng độ lớn của lực ma sát lớn hơn rất nhiều so với độ lớn lực hút Trái Đất, để cho
sau mỗi vòng quay thì độ cao bị biến thiên một lượng
rất bé, chuyển động của vệ
tinh thực tế vẫn là đường tròn bán kính R + z.
a. Viết biểu thức của sự biến thiên vận tốc sau mỗi vòng theo và thời
gian vệ tinh quay hết một vòng (T). b. Tìm k theo Trang 2
3. Hợp lực của các lực ma sát nhớt tác dụng lên các lớp không khí phía trên có độ lớn là
( là hằng số dương) những lực ma sát này kéo theo một sự biến
thiên nhỏ của độ cao của vệ tinh trong khoảng thời gian dt: (với C là hằng
số dương nhỏ). Xác định theo m, g, C, R.
Câu 4 (4 điểm): Nhiệt
Một mol khí lý tưởng đơn nguyên tử, được dùng
trong một chu trình như đồ thị hình 4. Biết
và quá trình AB được xác định có dạng
đường cong pT = hằng số. Cho hằng số khí lý tưởng là R.
1. Xác định các thông số trạng thái còn lại của Hình 4
khí ở các trạng thái A, B và C.
2. Tính công mà khí thực hiện trong quá trình AB.
3. Tính nhiệt khí nhận trong cả chu trình.
4. Tính hiệu suất của chu trình.
Các kết quả tính theo R và .
Bài 5 (4 điểm): Xác định hệ số xoắn của dây kim loại đàn hồi và mô men quán
tính của một trụ thép.
Cho dụng cụ thí nghiệm gồm:
- Một dây kim loại đàn hồi xoắn AB. - Một thanh thép dài. - Một lực kế .
- Một đồng hồ đo thời gian hiện số, cổng quang điện, dây nối.
- Một thước đo góc và thước đo độ dài. - Giấy vẽ đồ thị.
- Các giá đỡ có kẹp cần thiết.
Hãy lập phương án xác định hệ số xoắn của dây kim loại AB và mô men quán
tính của thanh thép đối với trục quay qua tâm và vuông góc với thanh thép.
-------------- Hết------------ Trang 3
(Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm)
Họ và tên thí sinh: ………………………………….Số báo danh: ………… Trang 4