Đề thi môn vật lý khối 10 năm 2015 thời gian làm bài 180 phút trường THPT chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm tỉnh Quảng Nam

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN
VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
TRƯỜNG THPT CHUYÊN NGUYỄN BỈNH KHIÊM
TỈNH QUẢNG NAM
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
ĐỀ THI MÔN VẬT LÝ KHỐI 10
 NĂM 2015
Thời gian làm bài 180 phút
(Đề này có 03 trang, gồm 04 câu)
Câu 1 ( 4 điểm) : Các định luật bảo toàn. 
	Trong một mặt phẳng thẳng đứng, một máng nghiêng được nối với một máng tròn ở điểm tiếp xúc A của máng tròn với mặt phẳng nằm ngang như hình vẽ. Ở độ cao h trên máng nghiêng có vật 1 (khối lượng m1 = 2m); ở điểm A có vật 2 ( khối lượng m2 = m). Các vật có thể trượt không ma sát trên máng. Thả nhẹ nhàng cho vật 1 trượt đến va chạm vào vật 2. Va chạm là hoàn toàn đàn hồi.
	a. Với h < (R là bán kính của máng tròn), hai vật chuyển động như thế nào sau va chạm ? Tính các độ cao cực đại h1 và h2 mà chúng đạt tới sau va chạm.
	b. Tính giá trị cực tiểu hmin của h để sau va chạm vật 2 có thể đi hết máng mà vẫn bám không tách rời máng.
1
h
B
O
2
A
Câu 2( 5 điểm): Tĩnh học. 
	Một hình cầu bán kính R chứa một hòn bi ở đáy. Khi hình cầu quay quanh trục thẳng đứng với tốc độ góc đủ lớn thì bi cùng quay với hình cầu ở vị trí xác định bởi góc .Tìm các vị trí cân bằng tương đối của bi và xét sự bền vững của chúng?
Câu 3 ( 4 điểm) : Cơ học vật rắn. 
	Một hình trụ khối lượng m1, bán kính R1 quay do quán tính quanh trục của nó với vận tốc góc . Người ta áp vào hình trụ trên một hình trụ thứ 2 có khối lượng m2, bán kính R2 sao cho chúng có chung đường sinh. Lúc đầu mặt trụ m1 trượt trên mặt trụ m2, sau đó hai trụ lăn không trượt lên nhau.
a.Tính các vận tốc góc và 2 của hai hình trụ lúc đã hết trượt.
b.Tính nhiệt lượng tỏa ra do sự trượt. 
Câu 4: ( 5 điểm) Nhiệt học và vật lý phân tử.
Một mol khí đơn nguyên tử lí tưởng thực hiện một chu trình như hình vẽ. Quá trình bản chất là sự giãn đoạn nhiệt. Pb = 10atm, Vb = 10-3 m3 và Vc = 8 Vb. Tính
Nhiệt lượng cung cấp cho khí
Nhiệt lượng chất khí thải ra
Công toàn phần mà khí thực hiện
Hiệu suất của chu trình
P (atm)
Pb
Pa
O
Va = Vb
Vc = 8Vb
V(m)3
c
a
b
 ------------------Hết----------------------
 Người ra đề: Nguyễn Thị Ngọc Én - ĐT liên hệ: 0982543038
 Ký tên:
 ĐÁP ÁN VÀ BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN VẬT LÝ KHỐI 10 	
Câu 1 ( 4 điểm) : Các định luật bảo toàn. 
	Trong một mặt phẳng thẳng đứng, một máng nghiêng được nối với một máng tròn ở điểm tiếp xúc A của máng tròn với mặt phẳng nằm ngang như hình vẽ. Ở độ cao h trên máng nghiêng có vật 1 (khối lượng m1 = 2m); ở điểm A có vật 2 ( khối lượng m2 = m). Các vật có thể trượt không ma sát trên máng. Thả nhẹ nhàng cho vật 1 trượt đến va chạm vào vật 2. Va chạm là hoàn toàn đàn hồi.
	a. Với h < (R là bán kính của máng tròn), hai vật chuyển động như thế nào sau va chạm ? Tính các độ cao cực đại h1 và h2 mà chúng đạt tới sau va chạm.
	b. Tính giá trị cực tiểu hmin của h để sau va chạm vật 2 có thể đi hết máng mà vẫn bám không tách rời máng.
1
h
B
O
2
A
	Lời giải	
	a.Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ; khi vừa tới A vật 1 có vận tốc 
	 2mv2 = 2mgh
	 v = , va chạm đàn hồi vào vật 2
- Gọi v1, v2 lần lượt là vận tốc của vật 1 và vật 2 ngay sau va chạm. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng và bảo toàn cơ năng ta có
	2mv = 2mv1 + mv2
	 2mv2 = 2mv12 + mv22 
	 v1 = và v2 = ..0.5đ.
Ta thấy v1, v2 cùng dấu v nên sau va chạm 2 vật tiếp tục chuyển động theo chiều ban đầu của vật 1.
- Định luật bảo toàn cơ năng cho các vật có
	 2m h1 = ..0.5đ.
	 mv22 = mgh2 h2 = h0.5đ.
B
O
A
Vì h < nên h1 < (<R) và h2 < (<R). Nghĩa là 2 vật vẫn còn bám máng0.5đ.
	b.Phương trình động lực học cho vật 2 tại vị trí góc (hình vẽ)
	mgcos + Q = 0.5đ.
+ Vật 2 còn bám máng nếu Q..0.25đ.
+ Vật 2 càng lên cao thì v càng giảm, đồng thời mgcos tăng (giảm) do đó Q giảm dần và có giá trị cực tiểu khi =0 (tại B)0.25đ.
	Khi đó Q = 
+ Nếu QB thì vật 2 còn bám ở B và nó sẽ bám máng ở các điểm khác của máng	..0.25đ.
+ Bảo toàn cơ năng : v = v
	Theo câu a có 	v=..0.25đ.
	 hmin = 0.5đ.
Câu 2( 5 điểm): Tĩnh học. 
	Một hình cầu bán kính R chứa một hòn bi ở đáy. Khi hình cầu quay quanh trục thẳng đứng với tốc độ góc đủ lớn thì bi cùng quay với hình cầu ở vị trí xác định bởi góc .Tìm các vị trí cân bằng tương đối của bi và xét sự bền vững của chúng?
	Lời giải	
	a.Vị trí cân bằng của bi: 
Trong hệ qui chiếu gắn với hình cầu, bi cân bằng ta có.
Hợp lực = = ..0.5đ. 
Chiếu lên phương trình tiếp tuyến, chiều dương như hình vẽ có:
Rt = mgsin - = 0 với r = IM = Rsin..0.25đ.
 mgsin - = 0
 mgsin - m.Rsincos = 0
 sin(g - .R.cos) = 0...0.25đ
	.0.5đ.	
Vậy:
- Với , bi cân bằng tại vị trí A (đáy hình cầu).0.25đ
- Với ( , với g < ) ta có vị trí cân bằng thứ 2 của bi0.25đ.
	b.Tính bền vững của các vị trí cân bằng:
	* Vị trí cân bằng thứ 1 (): Vị trí A
Nếu bi lệch khỏi A 1 góc có sin, cos1 
nên Rt = m(g - ) = m (g - R)..0.5đ.
	 + Nếu g - R>0 0 bi trở lại A nên A là vị trí cân bằng bền.0.5đ.
	+ Nếu	 g - R thì Rt < 0 bi rời xa A nên A là vị trí cân bằng không bền0.5đ
	*Vị trí cân bằng thứ 2 () 
- Khi bi lên cao một chút: > thì cos < cos1 = 
 .Rcos 0 tức Rt > 0 vật trở về vị trí cân bằng . ..0.5đ.
- Khi bi tụt xuống một chút < 1 g - Rcos < 0 
 Rt < 0 lực Rt kéo bi về lại vị trí cân bằng 1 .0.5đ.
 và là vị trí cân bằng bền của bi0.5đ.
Câu 3 ( 4 điểm) : Cơ học vật rắn. 
	Một hình trụ khối lượng m1, bán kính R1 quay do quán tính quanh trục của nó với vận tốc góc . Người ta áp vào hình trụ trên một hình trụ thứ 2 có khối lượng m2, bán kính R2 sao cho chúng có chung đường sinh. Lúc đầu mặt trụ m1 trượt trên mặt trụ m2, sau đó hai trụ lăn không trượt lên nhau.
a.Tính các vận tốc góc và 2 của hai hình trụ lúc đã hết trượt.
b.Tính nhiệt lượng tỏa ra do sự trượt. 
Lời giải	
	a.Tính các vận tốc và 2 của hai trụ.
Khi hai trụ lăn trên nhau thì v = R1 = 2 R2 .0.5đ.
Momen trụ m1 tác dụng lên trụ m2 : M = FR20.5đ.
Với M = là thời gian để vận tốc trụ m2 tăng từ 0 2 
Có ( I ) = I2 	;	I2 = m2R0.5đ.
 M. = FR2 = I22.0.25đ.
Cũng trong thời gian phản lực F/ = F của trụ m2 tác dụng lên trụ m1 làm vận tốc góc của trụ m1 giảm từ 0 1 .
Suy ra FR1 = I1 (0 - 1 )	;	I1 = m1R
	F. = = .0.25đ.
	 = ; 2 = ...0.5đ.	
	b.Nhiệt lượng tỏa ra do sự trượt:
Động năng ban đầu của trụ m1 :	W0 ..0.5đ.
Động năng các trụ lúc sau:
	W1 = .0.25đ.
	W2 .0.25đ.
Vậy nhiệt lượng tỏa ra Q = W0 - W1 - W2 .0.5đ.
Câu 4: ( 5 điểm) Nhiệt học và vật lý phân tử.
	 Một mol khí đơn nguyên tử lí tưởng thực hiện một chu trình như hình vẽ. Quá trình bc là sự giãn đoạn nhiệt. Pb = 10atm, Vb = 10-3 m3 và Vc = 8 Vb. Tính
Nhiệt lượng cung cấp cho khí.
Nhiệt lượng chất khí thải ra.
Công toàn phần mà khí thực hiện.
Hiệu suất của chu trình.
Lời giải	
a.Quá trình ab: đẳng tích, áp suất tăng nhiệt độ tăng khí nhận nhiệt -Qab = RT với R(Tb – Ta) = PbVb – PaVa ; i=3 0.5đ.
 Nên Qab = (PbPb – PaVa)..0.25đ.
Xét quá trình bc: đoạn nhiệt nên 
 Pb= Pc với = = 0.25đ.
 Pb = Pc mà Pc = Pa , Vc = 8Va = 8Vb ..0.25đ.
 Pb = Pa (8Va)5/3 = Pa (8Vb)5/3 = Pa.85/3Vb5/3 
 Pa = () = 0.25đ.
Vậy	Qab = = PbVb (1-8-5/3)
	= .10.105.10-3 (1-8-5/3) = J = 1453,125J..0.25đ.
b.Quá trình ca: đẳng áp, thể tích khí giảm nhiệt độ khí giảm khí tỏa nhiệt.
Qca = = 0.5đ.
	= = PbVb = - = - 546,875J.0.5đ.
c.Công toàn phần mà khí nhận được:
Toàn chu trình U = 0 Q + A = 00.25đ.
 A = - Q = - (Qab + Qca ) = - (1453,125 – 546,875) 0.5đ.
	= - J = -906,25J < 0
 khí sinh công A/ = 906,25J0.5đ.
d.Hiệu suất của chu trình:
H = = 64%............................................................1đ.
	Câu 5: ( 2 điểm) Phương án thực hành.
	Một cốc đong trong thí nghiệm có dạng hình trụ đáy tròn, khối lượng M, thể tích bên trong của cốc là V0. Trên thành cốc, theo phương thẳng đứng người ta khắc các vạch chia để đo thể tích và đo độ cao của chất lỏng trong cốc. Coi đáy cốc và thành cốc có độ dày như nhau, bỏ qua sự dính ướt. Được dùng một chậu to đựng nước, hãy lập phương án để xác định độ dày d, diện tích đáy ngoài S và khối lượng riêng của chất làm cốc. Yêu cầu:
a.Nêu các bước thí nghiệm. Lập bảng biểu cần thiết
b.Lập các biểu thức để xác định d, S theo các kết quả đo của thí nghiệm (cho khối lượng riêng của nước là )
c.Lập biểu thức tính khối lượng riêng của chất làm cốc qua các đại lượng S, d, M, V0.
Lời giải	
a.Các bước thí nghiệm:
- Cho nước vào cốc với thể tích V1, thả cốc vào chậu, xác định mực nước ngoài cốc hn1 (đọc trên vạch chia)
- Tăng dần thể tích nước trong cốc: V2, V3, và lại thả cốc vào chậu, xác định các mực nước hn2, hn3, ..0.25đ.
- Khi đo phải chờ cho nước phẳng lặng
	BẢNG SỐ LIỆU..0.25đ.
 hn1
 hn2
V1
V2
d
S
	b.Các biểu thức
Phương trính cân bằng cho cốc có nước sau khi thả vào chậu:
	g (d + hn).S	=	(M + mt)g0.25đ.
	(d + hn).S	=	M + Vt. 	
Từ ta thấy hn phụ thuộc tuyến tính vào Vt. Thay Vt bởi các giá trị V1, V2,  có (d + hn1).S	=	M + V1	 
	(d + hn2).S=	M + V2	 
Đọc hn1, hn2,  trên vạch chia thành cốc. Lấy - 
	S = .0.25đ.
Thay đổi các giá trị V2, V1, hn2, hn1 nhiều lần để tính S
Sau đó ta thay vào tính được
	d = 0.25đ.
	c. Biểu thức tính :
Goi h là độ cao của cốc, h0 là độ cao của thành cốc, r là bán kính trong, R là bán kính ngoài của cốc, V là thể tích của chất làm cốc, St là diện tích đáy trong của cốc. Ta có
	h = h0 + d;	h0 = ;	R = r + d = .0.25đ.
	r = - d.0.25đ.
	 = ............0.25đ.
 -----------------------------------------------------------------------------------------------------
 Người ra đề: Nguyễn Thị Ngọc Én - ĐT liên hệ: 0982543038
 Ký tên: