Đề thi môn: Vật lý khối 10 năm 2015 thời gian làm bài: 180 phút trường THPT chuyên Vĩnh Phúc

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYấN VÙNG DUYấN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
TRƯỜNG THPT CHUYấN VĨNH PHÚC 
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT 
ĐỀ THI MễN: VẬT Lí KHỐI 10 
NĂM 2015
Thời gian làm bài: 180 phỳt, khụng kể thời gian phỏt đề
(Đề thi gồm 02 trang, gồm 05 cõu)
Cõu 1 (4 điểm): Một bỏnh xe cú bỏn kớnh R, đặt cỏch mặt đất một đoạn h, quay đều với vận tốc gúc . Từ điểm A trờn bỏnh xe bắn ra một giọt nước và nú rơi chạm đất tại điểm B, ngay dưới tõm của bỏnh xe. Xỏc định vị trớ điểm A và thời gian rơi của giọt nước.
Cõu 2(4 điểm): Trờn mặt phẳng ngang cú một bỏn cầu khối lượng m. Từ điểm cao nhất của bỏn cầu cú một vật nhỏ khối lượng m trượt khụng vận tốc đầu xuống. Ma sỏt giữa vật nhỏ và bỏn cầu cú thể bỏ qua. Gọi a là gúc giữa phương thẳng đứng và bỏn kớnh nối từ tõm bỏn cầu tới vật (Hỡnh 2). 
1. Giả sử bỏn cầu được giữ đứng yờn. 
a) Xỏc định vận tốc của vật, ỏp lực của vật lờn mặt bỏn cầu khi vật chưa rời bỏn cầu, từ đú tỡm gúc am khi vật bắt đầu rời bỏn cầu.
b) Xột vị trớ cú a < am. Viết cỏc biểu thức thành phần gia tốc tiếp tuyến và gia tốc phỏp tuyến của vật theo g và a. Viết biểu thức tớnh ỏp lực của bỏn cầu lờn mặt phẳng ngang theo m, g và a khi đú.
2. Giả sử giữa bỏn cầu và mặt phẳng ngang cú hệ số ma sỏt là m. Tỡm m biết rằng khi a = 300 thỡ bỏn cầu bắt đầu bị trượt trờn mặt phẳng ngang.
3. Giả sử khụng cú ma sỏt giữa bỏn cầu và mặt phẳng ngang. Tỡm gúc a khi vật bắt đầu rời bỏn cầu.
Cõu 3 (4 điểm): Xi lanh cú tiết diện trong S =100 cm2 cựng với pittụng p và vỏch ngăn V làm bằng chất cỏch nhiệt (Hỡnh 2). Nắp K của vỏch mở khi ỏp suất bờn phải lớn hơn ỏp suất bờn trỏi. Ban đầu phần bờn trỏi của xi lanh cú chiều dài l=1,12 m chứa m1=12 g khớ Hờli, phần bờn phải cũng cú chiều dài l=1,12 m chứa m2=2 g khớ Hờli và nhiệt độ cả hai bờn đều bằng T0 =273 K. Ấn từ từ pittụng sang trỏi, ngừng một chỳt khi nắp mở và đẩy pittụng tới sỏt vỏch V. Tỡm cụng đó thực hiện biết ỏp suất khụng khớ bờn ngoài P0 =105 N/m2 nhiệt dung riờng đẳng tớch và đẳng ỏp của Hờli bằng: Cv = 3,15.103 J/kg.độ; Cp=5,25.103J/kg.độ. Bỏ qua mọi ma sỏt.
Cõu 4 (5 điểm): Cho một vành hỡnh trụ mỏng đều, đồng chất, bỏn kớnh R và cú khối lượng M. Trong lũng vành trụ cú gắn cố định ở A một quả cầu nhỏ (bỏn kớnh rất nhỏ so với R), khối lượng m. Biết A nằm trong mặt phẳng mà mặt phẳng này vuụng gúc với trục của hỡnh trụ và đi qua khối tõm C của vành hỡnh trụ. Người ta đặt vành trụ trờn mặt phẳng nằm ngang. Biết gia tốc rơi tự do là g. Giả thiết khụng cú ma sỏt giữa vành trụ và mặt phẳng. Đẩy vành trụ sao cho AC nghiờng một gúc αo so với phương thẳng đứng rồi buụng ra cho hệ chuyển động với vận tốc ban đầu bằng khụng (Hỡnh 4).
 a) Tớnh động năng cực đại của hệ.
 b) Viết phương trỡnh quỹ đạo của A trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất.
 c) Xỏc định tốc độ gúc của bỏn kớnh AC khi AC lệch một gúc α (α< αo) so với phương thẳng đứng.
Cõu 5 (3 điểm): Cho cỏc vật dụng sau:
- Một số tờ giấy ụ ly giống nhau (loại giấy thường dựng vẽ đồ thị trong cỏc thớ nghiệm hoặc giấy viết của học sinh);
- Một kim khõu đó biết khối lượng
- Một số kim khõu kớch thước khoảng từ 5cm đến 10cm bị nhiễm từ;
- Một cuộn chỉ mảnh;
- Một cỏi kộo cắt; 
- Một giỏ treo thường dựng trong phũng thớ nghiệm.
Hóy nờu phương ỏn thực hành để xỏc định:
1) Khối lượng của cỏc kim khõu; khối lượng của một ụ giấy kớch thước 1cm2.
2) Lực từ tương tỏc giữa hai kim khõu đặt dọc trờn một đường thắng, hai đầu kim rất gần nhau.
Chỳ ý: Chỉ yờu cầu thớ sinh nờu cơ sở lý thuyết, phương ỏn đo và cỏc bước đo; khụng cần tớnh giỏ trị trung bỡnh và sai số.
-------------Hết-----------
Người ra đề: Nguyễn Văn Quyền ĐT: 0988.615.618
ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM MễN: VẬT Lí 10
Ghi chỳ: 
1. Nếu thớ sinh sai hoặc thiếu đơn vị của đỏp số trung gian hoặc đỏp số cuối cựng thỡ mỗi lần sai hoặc thiếu trừ 0,25đ, tổng số điểm trừ của mỗi phần khụng quỏ một nửa số điểm của phần kiến thức đú.
2. Nếu thớ sinh làm cỏch khỏc đỳng vẫn cho đủ điểm.
CÂU
í
Nội dung
Điểm
Cõu 1
(4 đ)
Để giọt nước rơi chạm đất tại B thỡ nú phải bắn ra từ điểm A thuộc nửa dưới và bờn trỏi của bỏnh xe ..
Gọi , chọn hệ trục toạ độ Oxy như hỡnh vẽ, ta cú phương trỡnh toạ độ của giọt nước:
Khi giọt nước chạm đất tại B ta cú:
Thời gian rơi:
0, 5
0,5
0,5
0,5
1,0
1,0
Cõu 2
(4 đ)
1
(0,5)
a
Hỡnh 2
 P
 Q
Khi vật trượt trờn mặt cầu vật chịu tỏc dụng của trọng lực P và phản lực Q của mặt cầu cú tổng hợp tạo ra gia tốc với hai thành phần tiếp tuyến và hướng tõm. Quỏ trỡnh chuyển động tuõn theo sự bảo toàn cơ năng: 
 ..
.
0,25
0,25
1.a
(0,75)
Suy ra: 
 .. .. ..	
 Vật rời bỏn cầu khi bắt đầu xảy ra Q = 0. Lỳc đú: 	
;	suy ra :	. 
0,25
0,25
0,25
1.b
(0,75)
Xột vị trớ cú a < am:
Cỏc thành phần gia tốc: .	
 .. .. .
Lực mà bỏn cầu tỏc dụng lờn sàn bao gồm hai thành phần: ỏp lực N và lực đẩy ngang Fngang:
 .. .. 
0,25
0,25
0,25
2
(1đ)
Bỏn cầu bắt đầu trượt trờn sàn khi a = 300, lỳc đú vật chưa rời khỏi mặt cầu. Thành phần nằm ngang của lực do vật đẩy bỏn cầu là:
.	.. 
Ta cú:    .. .
đ 
Thay số:	m ằ 0,197 ằ 0,2.  . .. 
0,25
0,25
0,25
0,25
3
(1đ)
Giả sử bỏ qua được mọi ma sỏt.
a
V
 P
vr
V
Khi vật đến vị trớ cú gúc a vật cú tốc độ vr so với bỏn cầu, cũn bỏn cầu cú tốc độ V theo phương ngang.
Vận tốc của vật so với mặt đất là:
Tốc độ theo phương ngang của vật:
Hệ bảo toàn động lượng theo phương ngang:
ị vx = V	ị 2V = vr cosa. 
Bảo toàn cơ năng:
ị 
 Tỡm ỏp lực của vật lờn mặt bỏn cầu. Để làm điều này ta xột trong HQC phi quỏn tớnh gắn với bỏn cầu.
Gia tốc của bỏn cầu: 
Trong HQC gắn với bỏn cầu, vật sẽ chuyển động trũn và chịu tỏc dụng của 3 lực (hỡnh vẽ). Theo định luật II Niutơn ta cú:
 Vật rời bỏn cầu khi Q = 0 Û 	
Û hay a = 42,90.  .
1,0
Cõu 3
(4 đ)
Lỳc đầu ỏp suất khớ bờn trỏi P1 = lớn hơn ỏp suất bờn phải vỏch
 P2= ................ ........................................... ...............
Khối khớ bờn phải bị nộn đoạn nhiệt từ thể tớch V0 = lS xuống V1, ỏp suất của nú tăng lờn đến P1: 
P2V0g = P1 V1g đ V1 = V0 = V0	(1)... .........................
Khi đú nhiệt độ ở bờn phải: T1 = = T0 	=559K (2).......
Sau khi nắp K mở hai khớ hoà trộn vào nhau và cú cựng nhiệt độ T2: Cvm1(T2- T0) = Cvm2(T1 - T0) 
đ T2 = = =314K (3) ..................
Sau đú lượng khớ m = m1 + m2 bị nộn đoạn nhiệt từ thể tớch V = V0 + V1 đến V0 , nhiệt độ tăng từ T2 đến T, ta cú : T. V0g -1 = T2(V0 + V1)g -1 (4) 
Thay (1) và (3) vào (4) ta được: 
T = T2	 =382K (5) ........................
Cụng do lực tỏc dụng lờn pittụng và ỏp suất khớ quyển P0 thực hiện làm tăng nội năng của chất khớ bị nộn đoạn nhiệt: 
A= A1 + A2 = DU = Cv(m1 + m2) (T- T0) (6),
với A1 = P0S.l ........................ ........................
Thay (5) vào (6), rồi thay số vào ta được A2 = 3687 (J). ..
(Học sinh cú thể tớnh sai số ±20 J)
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Cõu 4
(5 đ)
a 
(1đ)
Vỡ khụng cú ma sỏt, cỏc ngoại lực tỏc dụng lờn hệ chỉ theo phương thẳng đứng, nờn vị trớ theo phương ngang của khối tõm G khụng đổi.
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, động năng cực đại của hệ bằng độ giảm cực đại của thế năng của vật m
..
1,0
b
(2đ)
Chọn hệ tọa độ xOy đứng yờn với mặt đất cú Oy đi qua khối tõm G, Ox đi qua tõm C của vành. Gọi tọa độ của m là (x, y) và của tõm C vành M là (X, Y). Khi CA lệch phương thẳng đứng (Oy) gúc 
 và nờn suy ra . (1)
Và (2)
Từ (1) và (2) thay vào hệ thức ta thu được phương trỡnh quỹ đạo của m trong hệ qui chiếu gắn với mặt đất
 (3)..
Phương trỡnh (3) mụ tả quỹ đạo chuyển động của m là một elip bỏn trục lớn R dọc theo Oy và bỏn trục nhỏ dọc theo Ox. ..
0,5
0,5
0.5
0,5
c
(2đ)
Vỡ khụng cú ma sỏt, khối tõm G chỉ chuyển động theo phương thẳng đứng nờn vận tốc của điểm G theo phương thẳng đứng. Điểm tiếp xỳc B cú vận tốc theo phương ngang, từ đú tõm quay tức thời K tại thời điểm gúc lệch AC và phương thẳng đứng được xỏc định như hỡnh vẽ. Động năng của hệ :
(1)..
Trong đú: 
	(2)
 (3)
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta cú
 (4).
Thay (1), (2), (3) vào (4) thu được biểu thức tốc độ gúc của bỏn kớnh CA
. .
0,5
0,5
1,0
Cõu 5
(3 đ)
1
(1,5đ)
1) Xỏc định khối lượng của kim khõu; một ụ giấy:
- Cắt lấy một tờ giấy kớch thước khoảng 10cmx20cm, gấp hỡnh chữ U, xuyờn một ( hoặc vài cỏi) kim khõu vào tờ giấy gấp như hỡnh vẽ.
- Đặt tờ giấy thăng bằng trờn thanh ngang của giỏ đỡ, giỏ đỡ chia đụi tờ giấy thành hai phần bằng nhau, đếm số ụ milimet từ vị trớ hai kim khõu đế giỏ đỡ lần lượt là t và z ụ, 
- Làm nhiều lần và lần lượt với cỏc kim để xỏc định được khối lượng cỏc kim là m1, m2.
- Giả sử mỗi ụ milimet dọc theo chiều dài giấy cú khối lượng q. Vỡ hệ cõn bằng nờn (cõn bằng mụmen):
- Từ (2) tớnh được q và khối lượng 1 ụ diện tớch 1cm2 là: 10q
1,0
0,5
 2
(1,5 đ)
2) Xỏc định lực từ.
- Cắt lấy đoạn chỉ ngắn, xõu vào kim CD treo lờn giỏ, một đoạn dài xõu vào một kim khỏc treo vào giỏ đỡ để làm phương thẳng đứng, lấy kim khỏc DE đặt gần CD rồi dịch từ từ để K1 lệch gúc α so với phương thẳng đứng (hỡnh vẽ).
- Dựng giấy ụ-li đo AB,BC xỏc định được gúc α (), tương tự xỏc định được cỏc gúc b, q
- CD cõn bằng: 
Chiếu lờn phương ngang và phương thẳng đứng ta được:
Từ (1)+(2): 
- Gần đỳng: Lực từ tương tỏc giữa hai kim khõu đặt dọc trờn một đường thắng, hai đầu kim rất gần nhau là:
1,0
0,5
............................................
Nguyễn Văn Quyền 0988.615.618