Kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp trường Vật lí Lớp 10 - Năm học 2022-2023 - Trường THPT Phùng Khắc Khoan (Có đáp án)

Nội dung text: Kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp trường Vật lí Lớp 10 - Năm học 2022-2023 - Trường THPT Phùng Khắc Khoan (Có đáp án)

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG TRƯỜNG THPT PHÙNG KHẮC KHOAN CÁC MÔN VĂN HÓA KHỐI 10, 11 - THẠCH THẤT NĂM HỌC 2022-2023 ĐỀ THI MÔN:VẬT LÍ - LỚP 10 ĐỀ CHÍNH THỨC Thời gian làm bài 150 phút, không kể thời gian giao đề (Đề thi gồm 02 trang) Số báo danh: Họ và tên Câu 1(3 điểm): Đồ thị vận tốc – thời gian của một thang máy khi đi từ tầng 1 lên tầng 4 của một tòa nhà có dạng như hình vẽ. a. Tính gia tốc của thang máy trong từng giai đoạn . b. Tính chiều cao của sàn tầng 3 so với sàn tầng 1.Coi độ cao các tầng là như nhau Câu 2(4 điểm): Trong loạt sút luân lưu 11 mét (từ chấm phạt đền cách khung thành 11 mét). Giả sử bóng chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với xà ngang, bóng được coi như một chất điểm và bỏ qua sức cản không khí. Xà ngang của khung thành cao 2,44m. Lấy g = 10m/s2 1. Cầu thủ thứ nhất thực hiện cú đá, bóng dời chân cầu thủ với vận tốc là 30m/s hợp với mặt đất một góc 450. a. Viết phương trình quỹ đạo của bóng, xác định độ cao cực đại, tầm xa mà bóng có thể đạt được. b. Hỏi bóng có khả năng bay vào khung thành không? 2. Cầu thủ thứ hai ghi bàn, bóng bay sát dưới xà ngang Biết cầu thủ đá với vận tốc tối thiểu v0min Hãy xác định véc tơ vận tốc của quả bóng tại thời điểm quả bóng rà sát xà ngang? Câu 3(5 điểm): Trên mặt phẳng nằm ngang đặt một nêm M có dạng hình tam giác ABC, mặt nghiêng của nêm AB = 1m, góc nghiêng BAC == 300 . Trên nêm đặt vật nhỏ có khối lượng m=1kg. Coi hệ số ma sát nghỉ giữa m và M bằng hệ số ma sát trượt giữa chúng là  = 0,1. Lấy g = 10m/s2 1. Cố định nêm trên mặt phẳng ngang. a. Vật m trượt không vận tốc ban đầu từ đỉnh B. Tính gia tốc chuyển động của vật trên AB. Đề thi môn Vật lí - Lớp 10 Trang 1/ 2 trang
2. b. Vật đặt trong khoảng AB. Tác dụng lên vật một lực F theo phương song song với AB và có chiều từ A đến B. Hỏi có độ lớn như thế nào thì vật sẽ không bị trượt trên nêm? 2. Vật m đặt nằm yên tại chân mặt phẳng nghiêng của nêm. Cần truyền cho nêm M một gia tốc không đổi theo phương nằm ngang như thế nào để vật leo lên được trên mặt nêm AB? Câu 4(5 điểm): Một thanh mảnh AB, nằm ngang dài 2 m có khối lượng không đáng kể, được đỡ ở đầu B bằng sợi dây nhẹ, dây làm với thanh ngang một góc 30o, còn đầu A tì vào tường thẳng đứng, ở đó có ma sát giữ cho không bị trượt, A B hệ số ma sát nghỉ 0 = 0,5. a. Hãy xác định khoảng cách nhỏ nhất x từ điểm treo một vật có trọng lượng 14N đến đầu A để đầu A không bị trượt. b. Tính độ lớn lực ma sát khi đó. Câu 5(3 điểm): Từ độ cao 25 m so với mặt đất người ta ném thẳng đứng một vật nặng có khối lượng 300g lên cao với vận tốc ban đầu bằng 20 m/s. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g10 m/ s2 . Tính: a. Độ cao cực đại mà vật đạt được b. Vận tốc của vật khi chạm đất. c. Công của trọng lực trong quá trình từ lúc vật được ném đến khi chạm đất. HẾT (Thí sinh không dùng tài liệu, cán bộ coi thi không giải thích gì thêm) Đề thi môn Vật lí - Lớp 10 Trang 2/ 2 trang
3. ĐÁP ÁN ĐỀ HSG CẤP TRƯỜNG 2022-2023 MÔN: VẬT LÍ 10 Câu 1 (3điểm) Trong khoảng thời gian từ 0 đến 1s thang máy chuyển động nhanh 2,5 − 0 2 dần đều (tốc độ tăng) với gia tốc: a1= = 2,5 (m/s ) 0,5 1− 0 Trong khoảng thời gian từ 1s đến 3,5s thang máy chuyển động a. 0,5 đều (tốc độ không đổi) với gia tốc: a =0 (1,5 điểm) 2 Trong khoảng thời gian từ 3,5s đến 4s thang máy chuyển động 0 − 2,5 2 0,5 chậm dần đều (tốc độ giảm) với gia tốc a3= = −5 (m/s ) 4 − 3,5 b. Quãng đường đi trong thời gian chuyển động nhanh dần đều s1= (1,5 điểm) 1 1 a t 2 = .2,5.12 =1,25 (m) 0,25 2 1 1 2 Quãng đường đi trong thời gian chuyển động đều 0,25 s2=v2(t2-t1)=v1(t2-t1)= 2,5 (3,5-1) = 6,25 (m) Quãng đường đi trong thời gian chuyển động chậm dần đều 1 1 s = v (t − t ) + a (t −t )2 = 2,5(4 − 3,5) + (−5)(4 − 3,5)2 0,25 3 2 3 2 2 3 3 2 2 = 0,625 (m) Chiều cao của sàn tầng 4 so với sàn tầng 1: 0,25 h = s1+s2+s3 = 1,25 + 6,25 + 0,625 = 8,125 (m) Chiều cao của sàn tầng 3 so với sàn tầng 1: 0,5 h= 5,41 (m) Câu 2 (4điểm) ❖ Chọn hệ trục tọa độ Oxy như 0,25 y hình vẽ 1 1a v0min ❖ Phương trình chuyển động (2điểm) x của quả bóng: O Hình1 x==( v0 cos ) . t 15 2. t (1) 1 22 y=−=−( vtgttt0 sin ) .15 2. 5.(2) 0,25 2 0,25 Từ (1) và (2) suy ra phương trình quỹ đạo: 2 g (1+ tan ) x2 y=(tan ) . x − . x2 = x − (3) 2 0,25 2v0 90 2 v0 y ❖ Độ cao cực đại: ymax= h max = = 22,5( m ) 2g
4. v2 0,5 ❖ Tầm bay xa: Lm==0 sin 290() g 0,5 1b xmym=→=11()9,66() > 2,44m → bóng không bay vào khung 1 (1điểm) thành Tại thời điểm bóng gặp xà ngang: x= =11 m , y = h = 2,44 m g 1+ tan2 2 ( ) 2 Do đó ta có: h =−(tan ) .2 . (1 điểm) 2v0 22 11gg2 −++= tantan0 h 22vv22 00 22 11gg2 Đặt X=tan .22 . X − X + h + . = 0 (3) 22vv00 Phương trình bậc 2 theo X có nghiệm khi: 2222 2 ggghg 2 =−+ + 401 h 22vvvv2224 0000 2ghg 22 Khi vv= thì += = 111,71/vms 0 0 m in 24 0 min vv0 min0 min 0,25 Thế vms =11,4876(/) vào (3), giải phương trình ta được : 0min = 51,250 0,25 Khi bóng rà sát xà ngang: 2 22 2 g vvvvvm=+=+− xy s ( 0 min0cos min ) sin9,39( / ) v0 mincos v hợp với trục Ox (phương ngang) một góc  xác định bởi: v 0,25 tan38,72= =y 0 v x 0,25 Câu 3 (5điểm) ❖ Các lực tác dụng vào vật m: Fms ,P, N 0,25 ĐL II Niuton: F ++=PNma 1a ms (1điểm) ❖ Chọn hệ trục tọa độ Oxy (hình vẽ) Chiếu pt định luật II Niuton lên các trục tọa độ: 0,25 0y: N= Pcosα 0x: Psinα - µP.cosα = ma 0,25 2 Suy ra: a = gsinα - µg.cosα = 4,134 m/s 0,25
5. 1b + Chọn hệ trục Oxy như hình vẽ. 0,25 (2điểm) + Vật nằm trên mặt phẳng nghiêng chịu tác dụng của 4 lực: F N; ; ;P F ms được vẽ như hình: +Vật có xu hướng trượt xuống hoặc trượt lên. Để vật nằm yên trên nêm M 0,25 thì : FNPF+++= ms 0 + Để vật không bị trượt xuống thì 0,5 FPFms =−sin NPcos= Với: FNmgcosms = Fmgc −(sinos)  = 4,14 N 0,25 điều kiện:  t a n + Để vật không bị trượt lên thì 0,5 FPFms = −+ sin NPcos= Với: F + mg(sin  c os ) = 0,59N 0,25 Vậy để vật m không bị trượt trên nêm thì: mg(sin −  c os ) F mg (sin +  c os ) điều kiện: 4,14 F 0,59 2 + Để vật trượt lên trên nêm M thì M phải chuyển động trên mặt phẳng (2điểm) ngang có gia tốc a0 hướng sang phải. 0.5 y x N a0 F ms F qt P O
6. +Xét vật trong hệ quy chiếu gắn với nêm M ta có phương trình động lực học: PNFFma+++= ms qt 0,5 Chiếu pt lên các trục Ox và Oy ta được: −+−=mgmacosNmasin  0 0,5 −−+=mgcosmaN 0 sin0 =−−+aacosgcos0 (sin)(sin)(6)   + Để vật trượt lên trên nêm thì: a > 0 , từ (6) ta được: 0,5 gcos(sin)  + 2 Độ lớn a0 > =7,19m/s cos  − sin Câu 4 (5điểm) a (3điểm) + Các lực tác dụng lên thanh AB gồm: ▪ Trọng lực P của vật nặng đặt tại I, cách đầu A đoạn x ▪ Lực căng dây T của dây BC đặt tại B ▪ Lực ma sát nghỉ Fms và phản lực vuông góc N của sàn đặt tại A + Các lực được biểu diễn như hình y H 1,0 I A B x O x + Áp dụng điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn (về lực và momen) ta có: 0,5 PNFT0+++= ms (1) MM= (2) (TP) ( ) Ox : N− Tcos = 0 + Chiếu (1) lên các trục Ox, Oy ta có: (3) 0,5 Oy : Fms + Tsin − P = 0 P.x + Từ (2) ta có: T.AH= P.AI T.ABsin = P.x T = (4) 0,5 ABsin + Thay (4) vào (3) ta có: P.x P.x Ox : N− cos = 0 N= cot ABsin AB P.x P.x Oy : F+ sin − P = 0 F = P − 0,5 msABsin ms AB + Để thanh AB không trượt ở đầu A thì: P.x P.x 0,5 F  N P −  cot ms AB AB
7. ABx.x.cot−  AB2 x1,07mx1,07m == = ( ) ( ) 1cot10,5.cot30+  + o min 0,5 P.x1,07 b (1điểm) Độ lớn lực ma sát khi đó: FP1416,5Nms =−=− ( ) 1,0 AB2 Câu 5 (3điểm) a Chọn mốc thế năng tại mặt đất 0,25 (1điểm) a) Gọi A là vị trí có độ cao cực đại mà vật lên được - Bảo toàn cơ năng, ta có: 2 1 2 0,5vO + hO 0,75 WW22,5= = =mghm mvh + mgh = AOAOA 2 O g b Gọi C là vị trí vật chạm đất 1,0 (1điểm) Bảo toàn cơ năng, ta có: WA = Wc = Wđc 1 mghmvvms=→= 2 21,2(/) Acc 2 c Ap = mgho = 0,3.10.25 = 75J 1,0 (1điểm)