Đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lý Lớp 9 - Năm học 2016-2017 - Sở GD&ĐT tỉnh Bắc Ninh (Có đáp án)

UBND TỈNH BẮC NINH
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐỀ CHÍNH THỨC
(Đề thi có 02 trang)
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH
NĂM HỌC 2016 – 2017
Môn thi: Vật lý – Lớp 9
Thời gian làm bài: 150 phút (không kể thời gian giao đề)
Câu 1. (4,5 điểm)
Để kiểm tra một khối nhôm hình lập phương cạnh 5 cm là đặc hoàn toàn hay có phần bị rỗng, bạn An làm như sau: Chuẩn bị một bình hình trụ đứng, đáy phẳng, đường kính trong của đáy là 8cm, chứa nước với mực nước trong bình cao 20 cm. Thả chìm khối nhôm vào bình nước kể trên. Mặt trên của khối nhôm được móc bởi một sợi dây mảnh, nhẹ, không dãn. Nếu giữ vật lơ lửng trong bình nước thì phải kéo sợi dây một lực 2 N. Biết trọng lượng riêng của nước, nhôm lần lượt là d1 = 10000 N/m3, d2 = 27000 N/m3. Giả thiết nước không bị tràn trong quá trình làm thí nghiệm và bỏ qua hiện tượng căng bề mặt.
a) Khối nhôm đó rỗng hay đặc? Vì sao?
b) Tính công để An kéo đều khối nhôm đó từ đáy bình lên theo phương thẳng đứng rời khỏi mặt nước? 
c) Em hãy nêu một phương án khác để xác định khối nhôm là rỗng hay đặc?
Câu 2. (4,0 điểm)
Người ta thả một miếng đồng có khối lượng m1 = 0,2 kg đã được nung nóng đến nhiệt độ t1 vào một nhiệt lượng kế chứa m2 = 1,0 kg nước ở nhiệt độ t2 = 750C. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là t3 = 900C. Biết nhiệt dung riêng, khối lượng riêng của đồng và nước lần lượt là c1 = 400 J/(kg.K), D1 = 8900 kg/m3, c2 = 4200 J/(kg.K), D2 = 1000 kg/m3; nhiệt hoá hơi của nước (nhiệt lượng cần cung cấp cho một kilôgam nước hoá hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi) là L = 2,3.106 J/kg. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với nhiệt lượng kế và môi trường.
a) Xác định nhiệt độ ban đầu t1 của đồng, bỏ qua sự bốc hơi của nước xung quanh miếng đồng nóng khi thả vào nhiệt lượng kế.
b) Sau đó, người ta thả thêm một miếng đồng khối lượng m3 cũng ở nhiệt độ t1 vào nhiệt lượng kế trên thì khi lập lại cân bằng nhiệt, mực nước trong nhiệt lượng kế vẫn bằng mực nước trước khi thả miếng đồng m3. Xác định khối lượng miếng đồng m3.
Câu 3. (4,0 điểm)
Cho mạch điện như hình vẽ. Điện trở R = 5W, hiệu điện thế UMN có thể thay đổi được. Chốt 1 và 2 để hở. Bỏ qua điện trở các dây nối. 
R
M
2
N
1
a) Khi UMN = U1 = 34V: Nối một dây dẫn có điện trở không đáng kể vào giữa chốt 1 và 2. Tìm công suất tỏa nhiệt trên điện trở R.
b) Khi UMN = U2: Thay dây dẫn nối giữa chốt 1 và 2 ở phần a) bằng một hộp X chứa n bóng đèn giống hệt nhau mắc song song. Biết mỗi bóng đèn có ghi 220V– 60W, các đèn sáng bình thường, công suất tiêu thụ của toàn mạch là 8160W. Tìm giá trị của U2 và n.
c) Vẫn giữ UMN = U2: Thay hộp X bởi hộp Y chứa 112 bóng đèn gồm các loại 40W, 60W, 150W có cùng hiệu điện thế định mức là 220V. Khi đó các đèn sáng bình thường. Tìm số bóng đèn của mỗi loại trong hộp Y.
Câu 4. (4,5 điểm)
a) Một vật sáng dạng đoạn thẳng nhỏ AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có tiêu cự bằng 40 cm, A ở trên trục chính. Dịch chuyển AB dọc theo trục chính sao cho AB luôn vuông góc với trục chính. Khi khoảng cách giữa AB và ảnh thật A’B’ của nó qua thấu kính là nhỏ nhất thì vật cách thấu kính một khoảng bao nhiêu? Ảnh lúc đó cao gấp bao nhiêu lần vật?
b) Cho hai thấu kính L1, L2 có trục chính trùng nhau, cách nhau 40 cm. Vật AB được đặt vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính, trước L1 (theo thứ tự ). Khi AB dịch chuyển dọc theo trục chính sao cho AB luôn vuông góc với trục chính thì ảnh A’B’ của nó tạo bởi hệ hai thấu kính có độ cao không đổi và gấp 3 lần độ cao của vật AB. Tìm tiêu cự của hai thấu kính.
Câu 5. (3,0 điểm)
Điện năng được truyền tải từ một trạm điện có hiệu điện thế ổn định 220V được truyền tải vào nhà một hộ dân bằng đường dây tải điện chất lượng kém có điện trở tổng cộng R. Trong nhà của hộ dân này, dùng một máy biến thế lí tưởng để duy trì hiệu điện thế đầu ra luôn là 220 V (gọi là máy ổn áp). Máy ổn áp này chỉ hoạt động khi hiệu điện thế ở đầu vào lớn hơn 110 V. Tính toán cho thấy, nếu công suất sử dụng điện trong nhà là 1,1 kW thì tỉ số giữa hiệu điện thế ở đầu ra và hiệu điện thế ở đầu vào (tỉ số tăng áp) của máy ổn áp là 1,1. 
Biết máy biến thế lí tưởng luôn có công suất ở đầu ra bằng công suất ở đầu vào hay ,với U1, I1 là hiệu điện thế và cường độ dòng điện ở cuộn sơ cấp; U2, I2 là hiệu điện thế và cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp.
a) Tính độ sụt thế trên đường dây tải và điện trở R.
b) Nếu công suất sử dụng điện trong nhà là 2,2 kW thì tỉ số tăng áp của máy ổn áp bằng bao nhiêu?
------------ HẾT ------------
UBND TỈNH BẮC NINH
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO	
HƯỚNG DẪN CHẤM THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH NĂM HỌC 2016 – 2017
Môn thi: Vật lý – Lớp 9

Câu 1 (4,5 điểm)
Để kiểm tra một khối nhôm hình lập phương cạnh 5 cm là đặc hoàn toàn hay có phần bị rỗng, bạn An làm như sau: Chuẩn bị một bình hình trụ đứng, đáy phẳng, đường kính đáy 8cm, chứa nước với mực nước trong bình là 20 cm. Thả chìm khối nhôm vào bình nước kể trên. Mặt trên của khối nhôm được móc bởi một sợi dây mảnh, nhẹ, không dãn. Nếu giữ vật lơ lửng trong bình nước thì phải kéo sợi dây một lực 2N. Biết trọng lượng riêng của nước, nhôm lần lượt là d2 = 27000 N/m3. Giả thiết nước không bị tràn trong quá trình làm thí nghiệm và bỏ qua hiện tượng căng bề mặt.
a) Khối nhôm đó rỗng hay đặc? Vì sao?
b) Tính công để An kéo đều khối nhôm đó từ đáy bình lên theo phương thẳng đứng rời khỏi mặt nước? 
c) Em hãy nêu một phương án khác để xác định khối nhôm là rỗng hay đặc?



Câu 1
(4,5 đ)
a) +Thể tích vật V = 0,053 = 1,25.10-4 m3.
Giả sử vật đặc thì trọng lượng của vật P0 = V. d2 = 3,375 N
 +Lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật : FA = V.d1 = 1,25N.
 +Tổng độ lớn lực nâng vật F = 2 + 1,25 = 3,25 N

0,25
 0.25
0,25
do F < P0 nên vật này bị rỗng (Trọng lượng thực của vật P = 3,25N) 
0,5
2,5cm
20cm
5cm
b) Khi nhúng vật ngập trong nước nên mực nước dâng thêm trong thùng là: 2,5 cm.
 Mực nước trong thùng là: 20 + 2,5 = 22,5 (cm).
0,5
* Công của lực kéo vật từ đáy thùng đến khi mặt trên tới mặt nước: 
 - Quãng đường kéo vật: l = 22,5 – 5 = 17,5(cm) = 0,175(m).
 - Lực kéo vật: F = 2N
 - Công kéo vật : A1 = F.l = 2.0,175 = 0,35(J)

0,5
* Công của lực kéo tiếp vật đến khi mặt dưới vật vừa lên khỏi mặt nước:
 - Lực kéo vật tăng dần từ 2 N đến 3,25N 

0,5
Vìnên khi kéo vật lên độ cao bao nhiêu thì mực nước trong thùng hạ xuống bấy nhiêu nên quãng đường kéo vật: l/ = 2,5 cm = 0,025m.

0,5

- Công của lực kéo : A2 = 
 - Tổng công của lực kéo : A = A1 + A2 = 2.691J
 0,25
0,25
c, Một phương án gợi ý:
- Treo khối nhôm vào lực kế để xác định trọng lượng của vật là P
+ Nếu P < P0 thì khối nhôm rỗng
+ Nếu P = P0 thì khối nhôm đặc

0,75
Câu 2 (4,0 điểm)
	 Người ta thả một miếng đồng có khối lượng m1 = 0,2 kg đã được nung nóng đến nhiệt độ t1 vào một nhiệt lượng kế chứa m2 = 1,0 kg nước ở nhiệt độ t2 = 750C. Nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt là . Biết nhiệt dung riêng, khối lượng riêng của đồng và nước lần lượt là c1 = 400 J/(kg.K), D1 = 8900 kg/m3, c2 = 4200 J/(kg.K), D2 = 1000 kg/m3; nhiệt hoá hơi của nước (nhiệt lượng cần cung cấp cho một kilôgam nước hoá hơi hoàn toàn ở nhiệt độ sôi) là L = 2,3.106 J/kg. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với nhiệt lượng kế, với môi trường.
	a) Xác định nhiệt độ ban đầu t1 của đồng, bỏ qua sự bốc hơi của nước xung quanh miếng đồng nóng khi thả vào nhiệt lượng kế.
	b) Sau đó, người ta thả thêm một miếng đồng khối lượng m3 cũng ở nhiệt độ t1 vào nhiệt lượng kế trên thì khi lập lại cân bằng nhiệt, mực nước trong nhiệt lượng kế vẫn bằng mực nước trước khi thả miếng đồng m3. Xác định khối lượng đồng m3.
Câu 2
(4,0 đ)
a)
- Nhiệt lượng của m1 kg đồng toả ra để hạ nhiệt độ từ t1 xuống 90 0C là : 
 Q1 = c1.m1(t1 – 90)

0,25

- Nhiệt lượng của m2 kg nước thu vào để tăng nhiệt độ từ 75 0C đến 90 0C là :
 Q2 = 15c2.m2;
0,25

- Phương trình cân bằng nhiệt : Q1 = Q2 t1 = = 877,5 ( 0C).

0,5

b)
- Khi thả thêm m3 kg đồng ở nhiệt độ t1 vào NLK, sau khi có cân bằng nhiệt mà mực nước vẫn không thay đổi. Điều này chứng tỏ :
	+ Nhiệt độ cân bằng nhiệt là 1000C.
	+ Có một lượng nước bị hóa hơi. Thể tích nước hóa hơi bằng thể tích miếng đồng m3 chiếm chỗ: .

0,5
0,25
- Khối lượng nước hóa hơi ở 1000C là : .
0,25
- Nhiệt lượng thu vào của m1 kg đồng, m2 kg nước để tăng nhiệt độ từ 
90 0C đến 100 0C và của m’2 kg nước hoá hơi hoàn toàn ở 100 0C là : .
0,5
- Nhiệt lượng toả ra của m3 kg đồng để hạ nhiệt độ từ t1 = 877,5 0C xuống 
 100 0C là: .
0,5
- Phương trình cân bằng nhiệt mới : 
 = 
 = 0,814 (kg).
0,25
0,25
0,5

Câu 3 (4,0 điểm)
 Cho mạch điện như Hình vẽ 1: Điện trở R = 5W, hiệu điện thế UMN có thể thay đổi được. Chốt 1 và 2 để hở. Bỏ qua điện trở các dây nối. 
 a) Khi UMN = U1 = 34V: Nối một dây dẫn có điện trở không đáng kể vào giữa chốt 1và 2. Tìm công suất toả nhiệt trên điện trở R.
 b) Khi UMN = U2: Thay dây dẫn nối giữa chốt 1và 2 ở phần a) bằng một hộp X chứa n bóng đèn giống hệt nhau mắc song song. Biết mỗi bóng đèn có ghi 220V–60W. Các đèn sáng bình thường. Công suất tiêu thụ của toàn mạch là 8160W. Tìm giá trị của U2 và n. 
R
M
2
N
1
 c) Vẫn giữ UMN = U2: Thay hộp X bởi hộp Y chứa 112 bóng đèn gồm các loại 40W, 60W, 150W có cùng hiệu điện thế định mức là 220V. Khi đó các đèn sáng bình thường. Tìm số bóng đèn của mỗi loại trong hộp Y.

Câu 3
(4,0 đ)
R
MM
2
N
1
a) Khi nối chốt 1, 2 bằng dây dẫn có điện trở không đáng kể, ta có mạch điện như Hình vẽ 
Khi đó, công suất toả nhiệt trên điện trở R là:
PR=U12R = 231,2 W
0,5
R
M
2
N
1
Hình vẽ 
XX
b) Khi thay dây nối chốt 1, 2 bằng hộp X, ta có sơ đồ mạch điện như Hình vẽ.
+ Ta có :
U2=5I+220 (1)
0,25
U2I=8160 (2)
0,25
+ Giải hệ phương trình, ta có : U2=340 V; I=24 A
0,25
+ Công suất hộp X : PX = 8160 – I2R = 5280 W.
0,25
Do đó, số bóng đèn trong hộp X là : n =PxP0 = 88 bóng đèn.
0,25
R
M
2
N
1
Y
c) Khi thay hộp X bằng hộp Y, ta có sơ đồ mạch điện như Hình vẽ.
+ Các đèn trong hộp Y có cùng hiệu điện thế định mức 
Uđ = 220 V. Mà UMN = U2= 340 V nên các đèn phải mắc 
song song vào hai điểm 1, 2 Þ UY= 220 V.
+ Vì các đèn sáng bình thường : UR = 340-220 =120 V => I = UR /R = 24 A
Gọi số bóng đèn mỗi loại 40 W, 60 W, 150 W trong hộp Y lần lượt x, y, z
+ Ta có: x + y + z = 112 (3)

0,25
0,25
0,25

I=x40220+y60220+z150220=24 => 40x+60y+150z= 5280 (4)
0,25

Từ (3): 40x + 40y + 40z = 4480 (5) 
Từ (4), (5) : 20y+110z=800(6)

0,25

Từ (6): y=40-11z2≥0Þ z £ 7,3
Vì y, z nguyên dương nên z chia hết cho 2. Do đó : z = 2, 4, 6. (7)

0,5

Với z = 2 Þ y = 29, x = 81
Với z = 4 Þ y = 18, x = 90
Với z = 6 Þ y = 7, x = 99

0,5

Câu 4(4,0 điểm)
a) Một vật sáng dạng đoạn thẳng nhỏ AB đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có tiêu cự bằng 40 cm, A ở trên trục chính. Dịch chuyển AB dọc theo trục chính sao cho AB luôn vuông góc với trục chính. Khi khoảng cách giữa AB và ảnh thật A’B’ của nó qua thấu kính là nhỏ nhất thì vật cách thấu kính một khoảng bao nhiêu? Ảnh lúc đó cao gấp bao nhiêu lần vật?
b) Cho hai thấu kính L1, L2 có trục chính trùng nhau, cách nhau 40 cm. Vật AB được đặt vuông góc với trục chính, A nằm trên trục chính, trước L1 (theo thứ tự ). Khi AB dịch chuyển dọc theo trục chính (AB luôn vuông góc với trục chính) thì ảnh A’B’ của nó tạo bởi hệ hai thấu kính có độ cao không đổi và gấp 3 lần độ cao của vật AB. Tìm tiêu cự của hai thấu kính.
Câu 4
(4,5 đ)
A
B
A’
B’
O
F
F’
I
0,25
Tacó: 
DOAB ~ DOA’B’ Þ (1)
DF’OI ~ DF’A’B’ Þ (2)
Từ (1) và (2) (3)
(cho 0,5 điểm khi học sinh chứng minh được công thức thấu kính)

0,5
Đặt AA’ = L, suy ra (4)
 (5)

0,25
Để có vị trí đặt vật, tức là phương trình (5) phải có nghiệm, suy ra:
Vậy khoảng cách nhỏ nhất giữa vật và ảnh thật của nó:
Lmin = 4.OF’ = 4f

0.25
0,25
Khi Lmin thì phương trình (5) có nghiệm kép:
Thay OA và OA’ vào (1) ta có: . Vậy ảnh cao bằng vật.

0,25
0,25
b) Khi tịnh tiến vật trước L1 thì tia tới từ B song song với trục chính không thay đổi nên tia ló ra khỏi hệ của tia này cũng không đổi, ảnh B’ của B nằm trên tia ló này. Để ảnh A’B’ có chiều cao không đổi với mọi vị trí của vật AB thì tia ló khỏi hệ của tia trên phải là tia song song với trục chính. Điều này xảy ra khi hai tiêu điểm chính của hai thấu kính trùng nhau()
0,5
Vì ảnh lớn gấp 3 lần vật nên một trong hai kính phải là kính hội tụ.
Ta có hai trường hợp:
* TH 1: cả 2 thấu kính là hội tụ
A
B
A’
B’
O1
F’1
I
F2
O2
J
Khi đó: O1F1’ + O2F2= O1O2 = 40 cm (1)
Mặt khác: (2)
Từ (1) và (2) suy ra: f1 = O1F1’ = 10 cm, f2 = O2F2 = 30 cm.

0,5
0,25
* TH 2: 1 thấu kính là hội tụ, 1 thấu kính phân kỳ
A
B
A’
B’
O1
F’1
I
F2
O2
J
Khi đó: O2F2- O1F1’ = O1O2 = 40 cm (3)
Mặt khác: (4)
Từ (3) và (4) suy ra: f1 = O1F1’ = 20 cm, f2 = O2F2 = 60 cm.

0,5
0,25

Câu 5. Điện năng được truyền tải từ một trạm điện có hiệu điện thế ổn định 220V được truyền tải vào nhà một hộ dân bằng đường dây tải điện chất lượng kém có điện trở tổng cộng R. Trong nhà của hộ dân này, dùng một máy biến thế lí tưởng để duy trì hiệu điện thế đầu ra luôn là 220 V (gọi là máy ổn áp). Máy ổn áp này chỉ hoạt động khi hiệu điện thế ở đầu vào lớn hơn 110 V. Tính toán cho thấy, nếu công suất sử dụng điện trong nhà là 1,1 kW thì tỉ số giữa hiệu điện thế ở đầu ra và hiệu điện thế ở đầu vào (tỉ số tăng áp) của máy ổn áp là 1,1.
Biết máy biến thế lí tưởng luôn có công suất ở đầu ra bằng công suất ở đầu vào hay ,với U1, I1 là hiệu điện thế và cường độ dòng điện ở cuộn sơ cấp; U2, I2 là hiệu điện thế và cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp.
a) Tính độ sụt thế trên đường dây tải và R.
b) Nếu công suất sử dụng điện trong nhà là 2,2 kW thì tỉ số tăng áp của máy ổn áp bằng bao nhiêu?
Câu 5
(3,0 đ)
R
U
U1, I1
U2, I2
a) 
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5
b) 
0,5
+ Với:
+ Máy ổn áp này chỉ hoạt động khi hiệu điện thế ở đầu vào lớn hơn 110 V nên .

0,5
0,5

Chú ý: 
1. Thiếu một đơn vị trừ 0,25 điểm, nhưng không trừ quá 1 điểm tính trên toàn bài thi.
2. HS trình bày theo cách khác mà đúng thì giám khảo cho điểm tương ứng với thang điểm. Trong trường hợp mà hướng làm của HS ra kết quả nhưng đến cuối còn sai sót thi giám khảo trao đổi với tổ chấm để giải quyết.
-----------Hết-----------