Đề thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh Vật lí lớp 9 - Năm học 2009-2010

ĐỀ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH
NĂM HỌC 2009 - 2010
Môn thi: Vật lý 9
Thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề)
Câu 1: (1,5 điểm) 
	Khi chạy ngược dòng một ca nô gặp chiếc bè đang trôi xuôi tại địa điểm A. Chạy được 30 phút ca nô lập tức quay lại và đuổi kịp chiếc bè tại B cách A 2 km. Tìm vận tốc của nước sông.
Câu 2: (1,5 điểm) 
	Dùng một ấm điện có công suất 1,2kW để đun sôi 2lit nước ở 200C. Sau 12 phút nước sôi. Xác định khối lượng của ấm. Biết rằng ấm làm bằng nhôm, và trong quá trình đun 18% nhiệt lượng tỏa ra môi trường. Cnước = 4 200J/kg.độ; Cnhôm = 880J/kg.độ.
Câu 3: (2,5 điểm) 
	Ba bóng đèn có điện trở giống nhau r = 24Ω, trong đó có 2 chiếc cùng loại, chúng được mắc thành bộ rồi mắc vào 2 điểm AB có hiệu điện thế không đổi UAB = 18V. Cả 3 đèn đều sáng bình thường. 
Vẽ sơ đồ mạch điện rồi tính các giá trị định mức của các bóng đèn biết rằng tổng công suất toàn mạch không vượt quá 13,5W.
b. Khi UAB tăng lên đến 20V để các bóng sáng bình thường người ta phải mắc thêm một biến trở có giá trị toàn phần là 8Ω. Hỏi con chạy của biến trở phải đặt ở vị trí nào để các đèn vẫn sáng bình thường. Trong quá trình điều chỉnh phải dịch chuyển con chạy như thế nào để cho các đèn khỏi bị cháy. 
Câu 4: (2,5 điểm) 
Một mạch điện được đặt trong hộp kín có 4 chốt lấy điện A, B, C, D (như hình vẽ)
Nếu ta đặt vào giữa 2 chốt AB một
Hiệu điện thế U1 = 3,2V rồi mắc vôn kế vào A 	 C
2 chốt CD thì vôn kế chỉ 2,0V; nhưng khi
thay vôn kế bằng ampe kế thì ampe kế chỉ 
200mA	 B	 D
	Nếu đặt vào 2 chốt CD một hiệu điện
thế U2 = 3,0V thì khi mắc vôn kế vào AB, vôn kế vẫn chỉ 2,0V. Coi vôn kế và ampe kế là lý tưởng. Biết bên trong hộp chỉ có các điện trở thuần. Hãy vẽ một sơ đồ mạch điện đơn giản nhất đáp ứng các yêu cầu trên và tính toán các yếu tố của sơ đồ ấy. 
Câu 5: (1,0 điểm) 
Một điểm sáng sáng S đặt trước một gương cầu lồi G cho ảnh S’ (như hình dưới). Bằng phép vẽ, hãy xác định vị trí gương, tiêu điểm F.
	 	 	● S	
	S’ ●
	O 	O’	
Câu 6: (1,0 điểm)
Hai dây dẫn thẳng, dài vô hạn đặt song song với nhau, có dòng điện chạy qua. Chứng minh rằng:
Chúng đẩy nhau nếu hai dòng điện ngược chiều.
Chúng hút nhau nếu hai dòng điện cùng chiều	
Ghi chú: Cán bộ coi không được giải thích gì thêm.
ĐÁP ÁN VÀ HƯỚNG DẪN CHẤM VẬT LÝ
Câu 1: 1,5 điểm
Bài này có 2 cách giải:
Cách 1. Chọn bờ sông làm mốc.
Gọi v là vận tốc của ca nô, vn là vận tốc của bè (chính là vận tốc của dòng nước)
C là điểm ca nô quay lại
Ta có thời gian bè trôi từ khi gặp ca nô ngược dòng đến khi gặp lại là:
Tổng thời gian ca nô cả đi và về là t = tngược + txuôi 
Theo đề bài tngược = 30 phút = 1/2h
Phân tích thời gian xuôi dòng ta thấy: Thời gian xuôi dòng sẽ bẳng tổng thời gian đi từ chỗ C đến A và thời gian ca nô đi từ A đến B.
Quãng đường AC là: AC = nên thời gian khi ca nô xuôi dòng sẽ là:
txuôi = 
Vậy ta có phương trình:
 = 
Thay AB = 2 km ta có:
Vậy vn = 2km/h
Cách 2. Chọn bè làm mốc.
Nếu chọn bè làm mốc thì vận tốc của ca nô đối với bè là không đổi và thời gian cả đi và về sẽ là như nhau và tổng thời gian sẽ là ½ + ½ = 1h.
Trong thời gian đó điểm B (điểm gặp nhau lần thứ 2) phải chạy ngược dòng để gặp ca nô với vận tốc đúng bằng vận tốc dòng nước và nó đi được quãng đường đúng bằng quãng đường AB = 2km nên vn= = 2km/h
Câu 2: 1,5 đ
Gọi khối lượng ấm nhôm là m
Đổi 12 phút = 720 s
Nhiệt lượng để đun sôi 2 lit nước ở 200C là
Q1 = Cnước.mnước.(t2 – t1) = 4200.2.(100-20) = 672 000J
Nhiệt lượng ấm nhôm thu vào để nóng từ 20 lên đến 1000C là
Q2 = Cnhôm.m.(100-20) = 70400m
Nhiệt lượng mà ấm điện tỏa ra: 
Qtỏa = 82%.Q = 80%.P.t = 0,8.1200.720 = 708740J
Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q1 + Q2 = Qtỏa
Hay: 672000 + 70400m = 708740
70400m = 36480 vậy m = 0,518 kg
Khối lượng ấm nhôm là 0,518 kg
Câu 3: 2,5 đ 
a. Vì đề bài cho 3 đèn có điện trở giống nhau nhưng có 2 đèn giống nhau còn đèn thứ 3 khác loại và cả 3 đèn cùng sáng bình thường nên chúng không thể cùng mắc song song với nhau hoặc cùng mắc nối tiếp được vì khi đó công suất tiêu thụ sẽ như nhau. 
Nên chỉ có cách mắc hỗn hợp. Có 2 cách mắc hỗn hợp 3 bóng đèn này mà chúng vẫn sáng bình thường.
Cách 1: Đèn 1 nối tiếp với đèn 2 rồi mắc song song với đèn 3
Cách 2: Đèn 1 song song với đèn 2 rồi nối tiếp với đèn 3
Với cách 1 công suất tiêu thụ trên đèn 3 sẽ là P3 = U2/r = 18.18/24 = 13,5 W. Cộng với công suất trên đèn 1 và 2 thì công suất toàn mạch sẽ vượt quá 13,5W không phù hợp với đề bài nên ta chỉ còn lại cách 2.
Theo cách 2. Điện trở toàn mạch sẽ là: R = r/2 + r = 3/2r = 36Ω
Cường độ dòng điện trong mạch chính: I = U/R = 18/36 = 0,5A
Hiệu điện thế giữa các bóng đèn: U1 = U2 = 0,5.12 = 6V
U3 = 0,5.24 = 12V
Công suất tiêu thụ: P1 = P2 = U1.I/2=6.0,25 = 1,5W
P3 = U3.I = 12.0,5 = 6W
Như vậy các thông số trên các đèn là: Đ1 và Đ2: 6V – 1,5W; Đ3: 12V – 6W
b.	
+ Khi U toàn mạch tăng lên 20V để đảm bảo cho các đèn vẫn sáng bình thường thì phải duy trì hiệu điện thế định mức vì vậy hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở phải có giá trị 20 – 18 = 2V.
Do cường độ dòng điện trong mạch không đổi nên cường độ dòng điện trong mạch chính vẫn duy trì 0,5A
Giá trị của biến trở lúc đó: Rb = Ub/Ib = 2/0,5 = 4 Ω. Mà điện trở toàn phần của biến trở bằng 8Ω nên vị trí của con chạy lúc đó nằm chính giữa.
+ Khi điều chỉnh biến trở, để cho các đèn khỏi bị cháy ta phải điều chỉnh từ giá trị lớn đến giá trị bé.
Câu 4: (2,5 đ)
+ Lập luận để tìm ra mạch điện.
A
B
D
C
Nếu mạch điện bên trong hộp chỉ có một điện trở thì khi đảo vị trí nó sẽ không cho kết quả như bài toán đã cho. Do đó bên trong hộp phải có từ 2 điện trở trở lên.
Nếu chỉ có 2 điện trở. 
Có thể mắc như hình bên:
Sơ đồ này có thể đáp ứng được yêu cầu
Khi đưa UCD = 3,0 V thì UAB = 2,0 V
Nhưng nếu đặt UAB = 3,2 V thì mắc vôn kế
B
D
C
A
R1
R2
R3
vào CD nó sẽ vẫn chỉ 3,2V (vì vôn kế là lý
tưởng). 
Như vậy phải có thêm điện trở thứ 3
mắc. Ta có sơ đồ như sau
+ Tính toán các yếu tố của sơ đồ:
Khi UAB = 3,2V ta có
UCD = I1xR3 = = 2,0 V ta có phương trình: (1)
Thay vôn kế bằng ampe kế chỉ 200 mA. Lúc đó dòng điện chạy qua R2 là:
I2 = U2/R2 mà tỷ số I2/I3 = R3/R2 (tính chất đoạn mạch mắc //) nên:
I2/(I2 + I3) = R3/(R2+R3) hay I2/I = R3/(R2 + R3) mà I = UAB/{R1 + R2.R3/(R2+R3) 
Thay số vào ta có phương trình (2):
Khi đặt UCD = 3,0 V vôn kế vẫn chỉ 2,0 V ta có biểu thức để tính UAB.
UAB = I3xR3 = = 2,0 V. Thay số vào ta có phương trình (3)
 	(3) 
Kết hợp (1), (2), (3) ta có hệ 3 phương trình bậc nhất 3 ẩn số R1, R2, R3
Giải hệ phương trình này ra ta có kết quả
R1 = Ω ; R2 = Ω ; R3 = Ω
Với cách lập luận và tính toán như trên ta có thêm sơ đồ sau và các yếu tố của sơ đồ đó như trên hình vẽ:
Lưu ý: Chỉ cần học tìm đúng 1 trong 2 sơ đồ là có thể cho điểm tối đa
Câu 5: (1,0 điểm) 
+ Cách xác định vị trí:
Lấy điểm S’’ đối xứng với S’ qua trục OO’.
Nối S với S’’ cắt OO’ ở đâu đó chính là vị trí của Gương
Nối SS’ cắt OO’ ở đâu thì đó chính là tâm của gương C
Trung điểm của đoạn CG chính là tiêu điểm F của gương cầu lồi
+ Chứng minh:
 Xét 2 tam giác vuông GHS’và GHS’’ bằng nhau do đó 2 góc HGS’= HGS’’
Nên các góc SGO và Ogy bằng nhau. Nên khi tia tới là tia SG thì tia phản xạ sẽ là tia Gy nên G sẽ là đỉnh của gương cầu.
	 	 	● s	
	 S’ ●
F’
	F	
O’
O	 G H F	C	 	
	y	S’’ ●
Câu 6: (1,0 đ)
Dòng điện I1 sẽ tạo ra từ trường. I2 đặt trong từ trường I1 nên I2 chịu tác dụng của lực từ F12. Ngược lại I1 đặt trong từ trường của I2 nên I1 bị I2 tác dụng lực từ F21. Áp dụng quy tắc vặn nút chai và quy tắc bàn tay trái ta có thể chỉ ra chiều của lực từ trong các trường hợp sau đây.
I1 và I2 ngược chiều	b. I1 và I2 cùng chiều
I1 I2
●
●
●
+
	F21	 F12	 F21	 F12
Lưu ý: Học sinh có thể giải bằng nhiều cách, nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.