SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC
ĐỀ CHÍNH THỨC
KỲ THI CHỌN HSG LỚP 10 THPT NĂM HỌC 2012-2013
ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ
(Dành cho học sinh THPT Chuyên)
Thời gian làm bài: 180 phút, không kể thời gian phát đề
Câu 1. Tại đầu một tấm ván người ta đặt một vật nhỏ có khối lượng bằng
hai lần khối lượng tấm ván. Đẩy cho cả hai chuyển động với cùng vận tốc
v
0
theo phương ngang hướng về phía bức tường thẳng đứng (Hình 1).
Vectơ vận tốc hướng dọc theo tấm ván và vuông góc với tường. Coi va
chạm giữa tấm ván và tường là tuyệt đối đàn hồi và tức thời, còn hệ số ma
sát giữa vật và ván bằng µ, bỏ qua ma sát giữa tấm ván và sàn. Hãy tìm độ
dài cực tiểu của tấm ván để vật không bao giờ chạm vào tường.
Câu 2. Một sợi dây nhẹ không dãn dài l, một đầu cố định, đầu kia treo vật nhỏ khối lượng m. Kéo vật sao
cho dây hợp với phương thẳng đứng góc α (0
o
<α< 90
o
, vật ở phía dưới điểm treo) rồi thả vật không vận tốc
đầu. Bỏ qua mọi ma sát.
1. Nếu gia tốc của vật ở vị trí thấp nhất và cao nhất có độ lớn bằng nhau thì góc α bằng bao nhiêu?
2. Tại vị trí dây treo lệch góc β (β<α), vận tốc dài có thành phần thẳng đứng v
y
cực đại, tính góc β.
3. Khi đến vị trí thấp nhất, vật va chạm đàn hồi xuyên tâm với vật thứ hai giống hệt nó, đang đứng yên ở
đỉnh một bán cầu bán kính R. Ngay sau va chạm, vật hai rời khỏi bán cầu. Tính bán kính R theo l.
Câu 3. Xi lanh có tiết diện trong S =100 cm
2
cùng với pittông p và vách

trượt trên mặt phẳng ngang tiến về phía vòng tròn (C) (Hình 3). Vận tốc của
tâm O
1
của vòng M là v. Mặt phẳng của M nằm sát mặt phẳng (P). Gọi A là
một giao điểm của hai vòng tròn khi khoảng cách giữa tâm của chúng là
d<2R. Tìm:
1. Vận tốc và gia tốc của A.
2. Bán kính quỹ đạo và vận tốc của điểm nằm trên vòng M tại A.
Câu 5. Trên mặt phẳng ngang có một bán cầu khối lượng m. Từ điểm cao
nhất của bán cầu có một vật nhỏ khối lượng m trượt không vận tốc đầu
xuống. Ma sát giữa vật nhỏ và bán cầu có thể bỏ qua. Gọi α là góc giữa
phương thẳng đứng và bán kính nối từ tâm bán cầu tới vật (Hình 4).
1. Giả sử bán cầu được giữ đứng yên. Xác định vận tốc của vật, áp lực của
vật lên mặt bán cầu khi vật chưa rời bán cầu, từ đó tìm góc α
m
khi vật bắt
đầu rời bán cầu.
2. Giả sử giữa bán cầu và mặt phẳng ngang có hệ số ma sát là µ. Tìm µ biết rằng khi
α
= 30
o
thì bán cầu bắt
đầu bị trượt trên mặt phẳng ngang.
3. Giả sử không có ma sát giữa bán cầu và mặt phẳng ngang. Tìm α khi vật rời khỏi bán cầu.
Hết
Thí sinh không được sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm.
Họ và tên thí sinh:……….……… …….…….….….; Số báo danh……………….
P
0
K

Trong đó
1
v
là vận tốc khi vật và ván chuyển động như một vật trở lại tường,
1
x
là quãng đường vật đi được trên ván. Suy ra:
g
v
xv
µ
3
2
;
3
v
2
0
1
0
1
==
, khi vật và
ván chuyển động như một vật lao vào tường, quá trình diễn ra giống hệt như
trên, vật đi thêm quãng đường
2
x
trên ván:
gg
V



++++=+++=
n
n
g
v
ssss
9
1

9
1
9
1
1
3
2

2
2
0
21
µ







nhiều lần va chạm
( )
∞→n
:
.
4
3
lim
2
0
µg
v
sl
n
=≥
∞→
Vậy để vật không va vào tường
độ dài tối thiểu của ván là
µg
v
l
4
3
2
0
=

0,5
0,5
0,5

= 0 nên theo giả thiết a
A
= a
B
thì a
tA
= a
nB
sinαgv
v
gsinα
2
B
2
B


=⇒=⇒

(1)
Chọn mốc tính thế năng qua B, Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho vật tại
A và B W
A
= W
B

( ) ( )
cosα12gvmv
2
1





=→=
=
⇒−=⇒
0
53,13α
5
4
sinα
0(loai)sinα
cosα12gsinαg 

0,25
2
0,75đ
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho vật tại A và C
( ) ( ) ( )
cosαcosβ2gvcosβ1mgmv
2
1
cosα1mg
2
C
2
C
−=⇒−+=− 
(3) ….

đạt cực đại nên a
Cy
=0,
cosβ
mg
T
C
=
(6)…………… … …
Từ 4,5 và 6 ta có

2
0
0
mg
mg(3cos 2cos )
cosβ
3cosβ 2cosαcosβ 1 0
cosβ 0,81 β 36
cosβ 0,41 β 114 (loai)
β α
⇒ − =
⇒ − − =

≈ → =

≈ − → =




a
2
222
2
=
−
=
(8)
2 2
P N 2g (1 cos )
m R
α
− −
⇒ =
l

2
2
N mg(1 (cosα 1))
R
→ = + −
l

Sau va chạm vật 2 rời khỏi bán cầu nên:
01))(cosα
R
2
mg(10N
2
=−+→=

m
01
lớn hơn áp suất bên phải vách
P
2
=
lS
R.T
.
μ
m
02

Khối khí bên phải bị nén đoạn nhiệt từ thể tích V
0
= lS xuống V
1
, áp suất của
nó tăng lên đến P
1
:
P
2
V
0
g

= P
1
V





m
m
(1)
Khi đó nhiệt độ ở bên phải: T
1
=
0
02
11
T
VP
VP
= T
0
γ
γ−








1
1

TmTm
+
+
=


















+
+
γ
1
1
2
21
1

)
g -1
(4)……… ……
Thay (1) và (3) vào (4) ta được:
T = T
2
γ
γ
1
1
2
21
01
1γ
0
10
m
m
1
mm
.Tm
V
VV








1
+ A
2
= ∆U = C
v
(m
1
+ m
2
) (T- T
0
) (6),
với A
1
= P
0
S.l
Thay (5) vào (6), rồi thay số vào ta được A
2
= 3687 (J). . . . .
(Học sinh có thể tính sai số ±20 J)
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
4 1

A
v
r
theo phương ngang không đổi nên gia tốc của A
hướng thẳng đứng và thành phần của gia tốc này lên phương bán kính O
2
A là
gia tốc hướng tâm:
2
A
ht
v
a a.cos
R
= α =
→ a=
2 2 2
A
3 2 2 3/ 2
v v v
Rcos
4.R.cos 4R(1 d / 4R )
= =
α
α −
… …
0,5
2
1đ
Trong khoảng thời gian rất ngắn quỹ

2
d
2 1 1
4R
 
+ − ÷
 ÷
 

Gia tốc của A
1
hướng về tâm O
1
và có độ lớn là a
1
= v
2
/R. Gia tốc hướng tâm
của A
1
lại là:
a
ht1
= a
1
.cosβ =
2
1
1
v

x
v
A
α
α
a
a
ht
A
1
O
1
I
M
v
1
a
1
β
β
Khi vật trượt trên mặt cầu vật chịu tác dụng
của trọng lực P và phản lực Q của mặt
cầu có tổng hợp tạo ra gia tốc với hai thành
phần tiếp tuyến và hướng tâm. Quá trình
chuyển động tuân theo sự bảo toàn cơ
năng:
( )
α
α
cos1

0
2,48≈=
m
αα
. ………
0,25
2
0,5đ
Bán cầu bắt đầu trượt trên sàn khi α = 30
0
, lúc đó vật chưa rời khỏi mặt cầu.
Thành phần nằm ngang của lực do vật đẩy bán cầu là:
( )
ααα
sin.2cos3sin mgQF
−==
ngang
Ta có:
NFF
ms
.
µ
==
ngang
→
( )
( )
( )
αα
αα

Vận tốc của vật so với mặt đất là:
Vvv
r


+=
Tốc độ theo phương ngang của vật:
Vvv
rx
−=
α
cos
Hệ bảo toàn động lượng theo phương ngang:
x
vmVm =
⇒ v
x
= V ⇒ 2V = v
r
cosα.
Bảo toàn cơ năng:
( )
α
cos1.
2
1
2
1
22
−=+ mgRVmmv

sin
=
Vật trong HQC gắn với bán cầu sẽ chuyển động tròn và chịu tác dụng của 3 lực
(hình vẽ). Theo định luật II Niutơn ta có:
0,25
α
V
P
v
r
V
α
P
Q
R
v
mFQP
r
q
2
sincos =−−
αα
R
v
mQQmg
r
2
2
sincos =−−
αα

α
α
+
−−
=
+
+
−
−
=
+
−
=
.…………………………… …………………………. …………………….
Vật rời bán cầu khi Q = 0 ⇔
04coscos6
3
=−−
αα
⇔
13cos −=
α
hay α = 42,9
0
. ………. ………… ………………
0,25
0,25
0,25
HẾT