Đề giao lưu đội tuyển học sinh giỏi môn Vật lí Lớp 9 - Năm học 2022-2023 (Có đáp án)

PHÒNG GD&ĐT ĐỀ GIAO LƯU ĐỘI TUYỂN HỌC SINH GIỎI LỚP 9
QUẢNG XƯƠNG
 Năm học 2022-2023
 Môn thi: Vật lí 
 Ngày thi: 
A
H
B
v1
 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề)
Câu 1:(3 điểm) 
Lúc 6h một xe oto chuyển động thẳng đều qua điểm A theo
 hướng AH với vận tốc v1=18km/h và một học sinh chuyển động
 thẳng đều từ B với vận tốc v2 để đón xe.biết BH= 40m, AB=80m (hình vẽ)
a. Học sinh phải chạy theo hướng nào với vận tốc nhỏ nhất bằng bao 
nhiêu để đón được xe.
b.Nêu chạy với vận tốc nhỏ nhất thì lúc mấy giờ thì học sinh đó gặp được xe.
Câu 2:(4điểm)R
M
2
N
1
 - 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. 
 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 điểm) Trên bàn có rất nhiều bình giống nhau đựng các lượng nước như nhau ở cùng nhiệt độ. Đổ M gam nước nóng vào bình thứ nhất, khi có cân bằng nhiệt thì múc M gam nước từ bình thứ nhất đổ vào bình thứ hai. Sau đó múc M gam nước từ bình 2 đã cân bằng nhiệt đổ vào bình thứ ba. Tiếp tục quá trình trên cho các bình tiếp theo. Độ tăng nhiệt độ của nước ở bình thứ nhất và thứ hai lần lượt là Dt1= 200C và Dt2 = 160C. Coi rằng chỉ có sự trao đổi nhiệt giữa các lượng nước.
a) Tìm độ tăng nhiệt độ Dt3 của nước ở bình thứ ba.
b) Kể từ bình thứ bao nhiêu thì nhiệt độ nước trong bình tăng không quá 50C?
Câu 4.(3điểm) Một mặt bàn hình tròn, đồng chất, bề dầy không đáng kể, có khối lượng m0 = 3kg, nằm ngang, đặt trên ba chân thẳng đứng giống hệt nhau lắp ở mép bàn tại các điểm A, B, C sao cho ABC là tam giác đều có cạnh l = 0,6m. Trọng tâm của mặt bàn tại tâm O của nó. 
a) Tính áp lực của mặt bàn lên chân bàn tại các điểm A, B, C. 
b) Đặt một vật nhỏ m1 lên điểm M trên mặt bàn, áp lực đè lên các chân bàn tại các điểm A, B, C lần lượt là 10N, 20N, 30N. Tìm khối lượng m1 và vị trí của M trên mặt bàn.
c) Lấy m1 ra khỏi bàn và đặt một vật nhỏ m2 lên mặt bàn trên đường thẳng chứa trung tuyến thuộc cạnh BC của tam giác đều ABC. Khi đó m2 có khối lượng tối thiểu bằng bao nhiêu và đặt ở vị trí nào thì bàn bắt đầu bị đổ? 
Câu 5.(4điểm)
Cho hai gương phẳng AB và AC được hợp với nhau một góc 600 mặt phản xạ hướng vào nhau( ABC tạo thành tam giác đều) một nguồn sáng S di chuyển trên đoạn BC. Ta chỉ xét trong mặt phẳng hình vẽ. Gọi S1 là ảnh của S, S2 là ảnh của S1 qua AC.
a) Hãy nêu cách vẽ đường đi của tia sáng phát ra từ S phản xạ lần lượt trên AB và AC rồi quay về S, chứng tỏ độ dài đường đi đó bằng S S2 
b)Gọi M,N là hai điểm bất kỳ tương ứng trên AB, AC hãy chứng minh đường đi của tia sáng ở câu a không lớn hơn chu vi tam giác SMN
c) Với vị trí nào của S trên BC để tổng đường đi của tia sáng trong câu a là bé nhất
Câu 6. (2điểm)
-Cho các dụng cụ gồm: một nguồn điện có hiệu điện thế không đổi, một am pe kế cần xác định điện trở, một điện trở đã biết giá trị, một biến trở con chạy có điện trở toàn phần lớn hơn , hai công tắc điện và , một số dây dẫn đủ dùng. Các công tắc điện và các dây dẫn có điện trở không đáng kể. Hãy trình bày một phương án thực nghiệm xác định điện trở của am pe kế.
Hết
ĐÁP ÁN
Câu

Nội dung
Điểm
Câu: 1
(3điểm)
A
H
B
v1
C
α
β
v2
a)
Giả sử học sinh này gặp ôt tại C sau thời gian t
 ta có 
Áp dụng định lí hàm sin cho ΔABC. 
=> =>
Trong ΔAHB ta có 
Để v2 nhỏ nhất khi 
 => học sinh này phải chạy theo hướng vuông góc với BA
Vận tốc của học sinh phải chạy là
b. vì ΔABC vuông tại B
nên 
Khoảng thời gian
Vậy học sinh đó đón được oto lúc 6 giờ 0 phút 18,475 giây
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5

Câu: 2
(4điểm)

a(1đ) Khi nối chốt 1, 2 bằng dây dẫn có điện trở không đáng kể, ta có mạch điện như Hình vẽ 
R
MM
2
N
1
Khi đó, công suất toả nhiệt trên điện trở R là:
 = 231,2 W
b)(1,5đ) Khi thay dây nối chốt 1, 2 bằng hộp X, ta có sơ đồ mạch điện như Hình vẽ.
R
M
2
N
1
Hình vẽ 
XX
+ Ta có :
 (1)
 (2)
+ Giải hệ phương trình, ta có : 
+ Công suất hộp X : PX = 8160 – I2R = 5280 W.
Do đó, số bóng đèn trong hộp X là : n = 88 bóng đèn.
R
M
2
N
1
Y
c)(1,5đ) 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)
 => (4)
Từ (3): 40x + 40y + 40z = 4480 (5) 
Từ (4), (5) : (6)
Từ (6):Þ z £ 7,3
Vì y, z nguyên dương nên z chia hết cho 2. Do đó : z = 2, 4, 6. (7)
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
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Câu: 3
(4điểm)
a)2đ Gọi nhiệt độ ban đầu của nước nóng là t và của nước trong các bình là t0; khối lượng nước trong mỗi bình là m và lượng nước nóng là M.
Từ phương trình cân bằng nhiệt: Qthu = Q toả, ta có:
Mc(t – t1) = mc(t1 – t0) Þ 
Hoàn toàn tương tự, ta cũng thu được: 
 Ở bình thứ ba, nhiệt độ của nước sẽ tăng thêm: .
b)2đ Theo công thức ở trên, ta có: 
Þ Từ cốc thứ 8 trở đi, độ tăng nhiệt độ của nước không vượt quá 50C.
(Học sinh có thể tính lần lượt độ tăng nhiệt độ của các bình:
 )
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Câu: 4
(3điểm)
A
H
O
B
C
M
N0
N2
N
a)1đ Do có tính đối xứng nên áp lức đè lên các chân bàn được chia đều cho cả ba chân: 
 	 (N) 
b)1đ Khi đặt vật m1:
Do m1 không gây áp lực lên A nên điểm đặt vật M thuộc cạnh BC thỏa mãn:
c)1đ Khi đặt vật m2 tại điểm N nằm trên trung tuyến thuộc cạnh BC của tam giác đều, bàn sẽ bị nghiêng khi:
Với x là khoảng cách từ N đến BC, OH là khoảng cách từ trọng tâm O của đường tròn( cũng là của tam giác đều ABC), mà OH = R/2( R là bán kính của mặt bàn).
 nhỏ nhất khi lớn nhất = .
Vậy N nằm ở mép bàn chính giữa cung BC và m2 nhỏ nhất là bằng 
S
I
A
B
C
600
S1
S2
M
J
I
S’
N
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Câu: 5
(4điểm)

a)1đ Cách vẽ đường truyền của tia sáng như sau
-Chọn S1 đối xứng với S qua gương AB
S2 đối xứng S1 qua gương AC
-Nối S2 với S cắt AC tại J
 - Nối S1 với J cắt AB tại I
-Đường SIJS là tia cần vẽ
Ta có. IS=IS1 nên IS+IJ = S1J (1)
Tương tự. S1J = S2J
Từ đó: SS2 = S2J + JS = S1J + JS (2)
Từ (1) và (2) ta suy ra: SS2 = SI + IJ + JS
b)1,5đ 
Xét hai điểm M,N bất kì trên AB và AC như hình vẽ
Chọn S’ đối xứng S qua AC, S’ nằm trên đường thẳng S1J
Ta có: S1S’ = S1I + IJ + JS’ = SI + IJ + JS
Mặt khác độ dài đường gấp khúc S1MNS’ là
S1MNS’= S1M + MN + NS’ = SM + MN + NS = chu vi tam giác SMN
- Vậy độ dài đoạn thẳng S1S’( đường đi của tia sáng) không thể lớn hơn đường gấp khúc S1MNS’
S
I
A
B
C
600
S1
S’
D
c)1,5đ Ta thấy 
-các điểm SS1S’ luôn nằm trên đường tròn bán 
kính AS và góc S1AS’ = 1200
-xét tam giác S1DS’ có
Vậy để S1S’min khi ASmin 
ASmin thì AS vuông góc với BC 
hay S năm tại trung điểm BC
•
•
U
+ -
A
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Câu: 6
(2điểm)

- Mắc mạch điện như hình vẽ.
- Bước 1: Chỉ đóng số chỉ am pe kế là.
 U = 
-Bước 2: Chỉ đóng và di chuyển con chạy để số chỉ am pe kế vẫn là khi đó phần biến trở tham gia vào mạch điện có giá trị bằng .
- Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy của biến trở ở bước 2 rồi đóng cả , số chỉ am pe kế là .
U= 
Giải hệ phương trình (1) và (2) ta tìm được: 

0.5
0.5
0.5
0.5