Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh Vật lí 9 (Có đáp án) - Năm học 2015-2016 - Sở GD & ĐT Bắc Ninh

UBND TỈNH BẮC NINH
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐỀ CHÍNH THỨC
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH
NĂM HỌC 2015 - 2016
Môn: Vật lý - Lớp 9
Thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề)
Ngày thi: 24 tháng 3 năm 2016
=====================
R2
R3
R1
B
A
Hình vẽ 1
Câu 1. (4.0 điểm) Một người đứng quan sát chuyển động của đám mây đen từ một khoảng cách an toàn. Từ lúc người đó nhìn thấy tia chớp đầu tiên phát ra từ đám mây, phải sau thời gian t1 = 20s mới nghe thấy tiếng sấm tương ứng của nó. Tia chớp thứ hai xuất hiện sau tia chớp thứ nhất khoảng thời gian T1 = 3 phút và sau khoảng thời gian t2 = 5s kể từ lúc nhìn thấy tia chớp thứ hai mới nghe thấy tiếng sấm của nó. Tia chớp thứ ba xuất hiện sau tia chớp thứ hai khoảng thời gian T2 = 4 phút và sau khoảng thời gian t3 = 30s kể từ lúc nhìn thấy tia chớp thứ ba mới nghe thấy tiếng sấm của nó. Cho rằng đám mây đen chuyển động không đổi chiều trên một đường thẳng nằm ngang, với vận tốc không đổi. Biết vận tốc âm thanh trong không khí là u = 330m/s; vận tốc ánh sáng là c = 3.108m/s. Tính khoảng cách ngắn nhất từ đám mây đen đến người quan sát và vận tốc của đám mây đen.
Câu 2. (5.0 điểm) Cho ba điện trở R1, R2 và R3 = 16Ω, các điện trở chịu được hiệu điện thế tối đa tương ứng là U1 = U2 = 6V; U3 = 12V. Người ta ghép ba điện trở trên thành mạch điện như hình vẽ 1, biết điện trở tương đương của mạch đó là RAB = 8Ω.
Tính R1 và R2 biết rằng nếu đổi chỗ R3 với R2 thì điện trở của mạch là RAB = 7,5Ω.
Tính công suất lớn nhất mà bộ điện trở chịu được.
Mắc nối tiếp đoạn mạch AB như trên với đoạn mạch BC gồm các bóng đèn cùng loại 4V-1W. Đặt vào hai đầu AC hiệu điện thế U = 16V không đổi. Tính số bóng đèn nhiều nhất có thể sử dụng để các bóng sáng bình thường và các điện trở không bị hỏng. Lúc đó các đèn ghép thế nào với nhau?
a
a
m
d
Hình vẽ 2
Câu 3. (3.0 điểm) Trong một bình nước rộng có một lớp dầu dày d = 1,0cm. Người ta thả vào bình một cốc hình trụ thành mỏng, có khối lượng m = 4,0g và có diện tích đáy S = 25cm2. Lúc đầu cốc không chứa gì, đáy cốc nằm cao hơn điểm chính giữa của lớp dầu. Sau đó rót dầu vào cốc tới miệng thì mực dầu trong cốc cũng ngang mực dầu trong bình. Trong cả hai trường hợp đáy cốc đều cách mặt nước cùng một khoảng bằng a (hình vẽ 2). Xác định khối lượng riêng ρ1 của dầu, biết khối lượng riêng của nước là ρ0 = 1,0g/cm3.
Câu 4. (5.0 điểm) (Học sinh được sử dụng công thức thấu kính)
Theo thứ tự có 3 điểm A, B, C nằm trên quang trục chính xy của một thấu kính, cho AB = 24cm, AC = 30cm. Biết rằng, nếu đặt điểm sáng tại A thì ta thu được ảnh thật của nó tạo bởi thấu kính ở C; nếu đặt điểm sáng tại B thì ta thu được ảnh ảo của nó tạo bởi thấu kính cũng ở C. Hãy xác định loại thấu kính và nó đặt ở khoảng nào (có giải thích); tính khoảng cách từ thấu kính đến điểm A và điểm B.
Một nguồn sáng điểm đặt trên trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự bằng 8cm, cách thấu kính 12cm. Dịch chuyển thấu kính theo phương vuông góc với trục chính của thấu kính với vận tốc 5cm/s. Hỏi ảnh của nguồn sáng dịch chuyển với vận tốc là bao nhiêu nếu nguồn sáng giữ cố định?
Câu 5. (3.0 điểm) Trong ba bình cách nhiệt giống nhau đều chứa lượng dầu như nhau ở nhiệt độ của phòng. Đốt nóng một hình trụ kim loại rồi thả vào bình thứ nhất. Sau khi bình thứ nhất thiết lập cân bằng nhiệt, ta nhấc khối kim loại cho sang bình thứ hai. Sau khi bình thứ hai thiết lập cân bằng nhiệt, ta nhấc khối kim loại cho sang bình thứ ba. Nhiệt độ của dầu trong bình thứ ba tăng bao nhiêu nếu dầu trong bình thứ hai tăng 50C và trong bình thứ nhất tăng 200C.
====== HẾT ======
Thí sinh không được sử dụng tài liệu. Giám thị coi thi không giải thích gì thêm
UBND TỈNH BẮC NINH
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
HƯỚNG DẪN CHẤM
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH
NĂM HỌC 2015- 2016
Môn: Vật lý - Lớp 9
Ngày thi: 24 tháng 3 năm 2016
=====================
Câu
Nội dung
Điểm
Câu 1 (4.0đ)
Ký hiệu A; B; C là các vị trí đám mây phát tia chớp tương ứng 1; 2; 3
Gọi D là vị trí người quan sát, S1; S2; S3 là các đường đi của âm thanh và ánh sáng, ta có các phương trình sau:
S1c+20=S1u →S1≈6600m
S2c+ 5=S2u →S2 ≈1650m
S3
S2
v
h
D
S1
C
B
H
A
S3c+30=S3u →S3≈9900m
Đặt S2 = a →S1 = 4a; S3 = 6a
Gọi H là vị trí của đám mây gần người quan sát nhất, DH=h, AH=x.Vận tốc đám mây là v. 
Ta có: AB=v.T1 
 AC=v.(T1+T2)
Ta được các phương trình:
S12=16a2=h2+x2 (1)
S22=a2=h2+(v.T1-x)2 (2)
S32=36a2=h2+(v.T1+v.T2-x)2 (3)
Từ phương trình (1) và (2): 15a2= v.T1(2x-v.T1)
Từ phương trình (1) và (3): 20a2= (v.T1+v.T2)(v.T1+v.T2-2x)
Ta được 2x-v.T1=15a2v.T1=v.T2-20a2v.T1+v.T2
Hay v =15a2T1.T2+20a2(T1+T2).T2=38,54m/s
Thay vào trên ta được: x=6412m và h=1564m
Học sinh có thể nhận xét: tốc độ ánh sáng rất lớn nên thời gian ánh sáng truyền từ tia chớp đến người quan sát là tức thời do đó: S≈u.t vẫn cho điểm tối đa
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.5 đ
0.5 đ
Câu 2
5.0đ
1. 
RAB=R1+R2R3R1+R2+R3=16R1+R2R1+R2+16=8
→ R1 + R2 = 16Ω (*)
Khi đổi chỗ R3 với R2
RAB=R1+R3R2R1+R2+R3=R1+16R216+16=7,5
→R2R1+16=7,516+16=240 (1)
Từ (*) → R2 + (R1 + 16) =32 (2)
Từ (1) và (2) ta thấy R2 và R1 + 16 là 2 nghiệm của phương trình bậc 2: 
x2 - 32x + 240 = 0, phương trình có 2 nghiệm x1 = 20Ω và x2 =12Ω
Vậy R2 = x2 = 12Ω 
R1 + 16 = 20 => R1 = 4Ω
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
2.
R1 và R2 mắc nối tiếp nên I1 = I2 
=> U1/U2 = R1/R2 = 2/6
Vậy nếu U2max =6V 
thì lúc đó U1 = 2V và U3 = UAB = U1 + U2 = 8V (U3max)
Vậy hiệu điện thế UABmax =8V
Công suất lớn nhất bộ điện trở đạt được là Pmax = U2Abmax/RAB = 8W
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
B
U = 16V
C
A
Rbộ đèn 
RAB
3.
Mỗi bóng có Rđ =U2đ/P = 16Ω và cường độ định mức Iđ = 0,25A
Theo câu 2 ta tính được cường độ dòng lớn nhất mà bộ điện trở chịu được là 1A và đoạn AB có điện trở RAB = 8Ω mắc nối tiếp với bộ bóng đèn như hình vẽ.
Ta có phương trình công suất: PBC = PAC – PAB = 16.I – 8.I2 (*) và điều kiện I≤ 1A
Từ (*) PBCmax=8W, lúc đó I = 1A
Vậy số bóng nhiều nhất có thể mắc là 8 bóng
Hiệu điện thế UBC = UAC - UAB = 8V
Mà Uđ = 4V vậy có 2 cách mắc các bóng:
Cách 1: các bóng mắc thành 4 dãy song song nhau, mỗi dãy có 2 bóng mắc nối tiếp.
Cách 2: các bóng mắc thành 2 dãy nối tiếp nhau, mỗi dãy có 4 bóng mắc song song.
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
Câu 3 
3.0đ
Lúc đầu cốc không chứa gì và nổi trong dầu thì trọng lượng của cốc cân bằng với lực đẩy Acsimet của dầu:
10.mcốc = FA1 = 10(d - a)S.ρ1 (1)
Sau khi rót dầu tới miệng cốc rồi thả vào bình thì trọng lượng của cốc dầu cân bằng lực đẩy Acsimet của nước và dầu:
10.mcốc + 10(d + a)S.ρ1 = FA2 = 10.d.S.ρ1 + 10.a.S.ρ0 (2)
Thay (1) vào (2) rồi rút gọn ta được:
 d.ρ1 = a.ρ0 
→a=dρ1ρ0 3
Thay (3) vào (1) ta được:
dSρ0ρ12-dSρ1+mcốc=0
Thay số ta được: 
25ρ12-25.103ρ1+4.106=0
Giải phương trình bậc 2 trên, ta được hai nghiệm là: ρ1 = 800kg/m3 và ρ2 = 200kg/m3 (loại) vì thay vào (3) ta được a = 0,2cm hay đáy cốc nằm thấp hơn điểm chính giữa của lớp dầu. 
Vậy ρ1 = 800kg/m3.
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.25 đ
0.5 đ
0.5 đ
Câu 4
5.0đ
1) Để thu ảnh thật ở C, thấu kính là thấu kính hội tụ 
và hai điểm A và C nàm ở hai bên thấu kính.
Đặt điểm sáng ở B thu được ảnh ảo ở C, chứng tỏ hai điểm B và C nằm một bên thấu kính và điểm B phải gần thấu kính hơn. 
Vậy thấu kính phải đặt trong khoảng AB.
Gọi d là khoảng cách từ A đến thấu kính, khi đặt vật ở A vị trí của vật và ảnh tương ứng là d1 = d và d1'=30-d (1)
Còn khi đặt vật ở B thì d2 = 24 – d và d2'= -30-d=d-30 (2)
f=d1d1'd1+d1'= d2d2'd2+d2'
Thay (1) và (2) vào ta có: d=20cm
Vậy thấu kính cách A là 20cm và cách B là 4cm
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.5đ
0.25đ
0.5đ
2) Ta dựng ảnh của S qua thấu kính bằng cách vẽ thêm trục phụ OI song song với tia tới SK. Vị trí ban đầu của thấu kính O.
S2
S1
O1
O
F’
H
I
K
S
Sau thời gian t(s) thấu kính dịch chuyển được một quãng đường OO1, nên ảnh của nguồn sáng dịch chuyển quãng đường S1S2
Vì OI//SK 
→S1OS1S=OISK (1)
O1H//SK
→S2O1S2S=O1HSK (2)
Xét tứ giác OO1HI có OI//O1H và OO1//IH → OO1HI là hình bình hành → OI=O1H (3)
Từ (1), (2), (3)
→S1OS1S=S2O1S2S (4)
Mặt khác: OI//SK
→S1IIK=S1OSO=S1O12 *
IF’//OK
→S1IIK=S1F'OF'=S1O-88 (**)
Từ (*) và (**) 
→S1O12=S1O-88→S1O=24cm (5)
Từ (4) và (5)
→OO1S1S2=13
Vận tốc của thấu kính là v, vận tốc của ảnh là v1 thì: 
OO1S1S2=vtv1t=13→v1=3v=15cm/s
0.5đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.25đ
0.5đ
Câu 5
3.0 đ
Gọi nhiệt độ của phòng là t0; nhiệt dung của bình dầu là q1 và của khối kim loại là q2, x là độ tăng nhiệt độ của bình 3. 
Sau khi thả khối kim loại vào bình 1 thì nhiệt độ của bình dầu khi cân bằng nhiệt là (t0 + 20).
Sau khi thả khối kim loại vào bình hai thì nhiệt độ của bình dầu khi cân bằng là (t0 + 5).
Phương trình cân bằng nhiệt khi thả khối kim loại vào bình 2 là:
q1.5 = q2[(t0 + 20) – (t0 + 5)] = q2.15 (1)
Phương trình cân bằng nhiệt khi thả khối kim loại vào bình 3 là:
 q1.x = q2[(t0 + 5) – (t0 + x)] = q2(5 – x) (2)
Chia vế với vế của (1) và (2) ta được:
5x=155-x
→x=1,250C
0.5đ
0.5đ
0.5đ
0.5đ
0.5đ
0.5đ
Chú ý:
+ Học sinh có cách giải khác nếu đúng vẫn cho điểm tối đa.
+ Nếu thiếu 1 đơn vị trừ 0.25 điểm nhưng không trừ quá 1 điểm cho toàn bài thi.