Đề thi Vật lý kỹ thuật 1 (Cơ – Nhiệt)

Vật lý kỹ thuật 1 (PHYS. 213) Bài thi cuối khóa, 15 tháng 5 năm 2009 Thời gian làm bài: 110 phút Điểm tối đa: 200 điểm Họ tên: _________________________________ Hướng dẫn: Hãy đọc! Đây là bài thi không được mở sách, không được mở tài liệu ghi chép. Bài thi này gồm có các câu hỏi trắc nghiệm và các bài toán. Với mỗi câu hỏi trắc nghiệm, khoanh tròn chữ cái đại diện cho câu trả lời chính xác nhất. Với các bài toán, sinh viên cần trình bày bài giải một cách khoa học và viết đáp án cuối cùng bằng số kèm theo đơn vị chính xác vào ô trống ở cuối mỗi câu hỏi. Đáp án bằng số được đưa ra mà không có các tính toán liên quan sẽ không được cho điểm. Điểm từng phần chỉ được cho khi bài làm được trình bày rõ ràng. 1. Phát biểu về tính trung thực trong học đường: Bài thi này sẽ KHÔNG được chấm điểm trừ khi sinh viên ký tên vào lời phát biểu về tính trung thực trong học đường dưới đây. Chữ ký của sinh viên là bằng chứng chứng tỏ sinh viên đã đọc, hiểu và tuân thủ ý nghĩa của lời phát biểu này. Bằng danh dự của một sinh viên, tôi đã không cho và không nhận bất cứ sự giúp đỡ trái quy định nào trong bài thi này. Ký tên: __________________________________ 2. (1 điểm) Khoanh tròn tên giảng viên chính và giờ học bài tập - thí nghiệm của bạn: Nguyen / Thứ ba, thứ năm 7:30 Chini / Thứ ba, thứ năm 9:30 Mody / Thứ ba, thứ năm 11:30 Nakamura / Thứ ba, thứ năm 1:30 Knabe / Thứ ba, thứ năm 3:30 Hua / Thứ tư, thứ sáu 7:30 Bansal / Thứ tư, thứ sáu 9:30 Ghi chú: Bài thi này bao trùm kiến thức từ chương 1 đến chương 19 của bộ sách Cơ sở vật lý của David Halliday, Robert Resnick và Jearl Walker. 3. a) (8 điểm) Một đứa bé đứng trên đỉnh của một tảng đá cao 4m. Tại t = 0 s, nó ném một quả bóng theo phương ngang với tốc độ v0 là 8.0 m/s. Tính tốc độ (độ lớn của vận tốc) của quả bóng khi nó chạm mặt đất. b) (4 điểm) Xét 4 quả bóng được ném từ đỉnh của cùng tảng đá đó: Quả bóng 1 được ném thẳng đứng lên trên, với tốc độ v0. Quả bóng 2 được ném ngang, với tốc độ v0. Quả bóng 1 được ném thẳng đứng xuống dưới, với tốc độ v0. Quả bóng 1 được thả nhẹ (tốc độ ban đầng bằng 0) Quả bóng nào sẽ chạm đất trước tiên (khoanh tròn câu trả lời đúng) 1 2 3 4 2 và 3 Quả bóng nào có tốc độ nhỏ nhất khi chạm mặt đất (khoanh tròn câu trả lời đúng) 1 2 3 4 2 và 3 không ma sát 4. (9 điểm) Một vật khối lượng 0.4 kg được gia tốc từ trạng thái nghỉ bởi một lò xo có độ cứng 800 N/m bị nén một đoạn 4 cm. Ngay sau khi rời khỏi lò xo, vật trượt trên mặt phẳng ngang với hệ số ma sát động mk = 0.25. Hỏi vật trượt được một khoảng cách D bằng bao nhiêu trước khi dừng lại? 5. (10 điểm) Một vật có khối lượng m2 = 4.0 kg nằm trên mặt phẳng nghiêng không ma sát với góc nghiêng q = 30o. Nó được nối với một vật khác có khối lượng m1 = 6.0 kg nằm trên mặt phẳng ngang không ma sát bằng một sợi dây có khối lượng không đáng kể. Ròng rọc không có khối lượng và không ma sát. Hai vật được thả từ trạng thái nghỉ. Tìm gia tốc của mỗi vật. 6. Tại bề mặt Trái đất, gia tốc trọng trường là 9.8 m/s2. Một người có trọng lượng 900N khi ở trên bề mặt Trái đất. Người này đi đến một hành tinh có khối lượng gấp đôi khối lượng Trái đất và bán kính gấp ba lần bán kính Trái đất. a) (6 điểm) Tính gia tốc trọng trường tại bề mặt của hành tinh đó. b) (3 điểm) Tính trọng lượng của người trên hành tinh đó. 7. (9 điểm) Một quyển sách vật lý nặng 3.0 kg nằm trên một mặt dốc nghiêng 30o có hệ số ma sát nghỉ là 0.50 và hệ số ma sát động là 0.35. Một lực Fa = 20N tác dụng vào quyển sách. Lực này vuông góc với mặt dốc như hình vẽ. Tính giá trị lớn nhất của lực ma sát nghỉ, fs, max. 8. (10 điểm) Một sợi dây được căng thẳng giữa hai điểm cố định cách nhau một khoảng L, được kích thích bởi một nguồn dao động có tần số f = 60 Hz. Dây dao động tạo thành hình ảnh sóng dừng với 3 bó sóng. Lực căng dây là 20N và tổng khối lượng dây là 0.015 kg. Tìm giá trị L? Gợi ý: Có thể tìm bước sóng theo L trước. 9. Một hệ gồm 2 vật, mỗi vật có khối lượng m = 2.0 kg, ở hai đầu của một thanh nhẹ (chiều dài 0.5m) có thể quay tự do quanh trục của nó như hình vẽ. Một sợi dây quấn xung quanh một ống nhẹ có bán kính R = 10 cm được buột vào thanh. Một vật nặng M = 11 kg được cột vào đầu kia của sợi dây. a) (4 điểm) Tính moment quán tính của hệ vật có thể quay tự do quanh trục của nó. Gợi ý: vì khối lượng của thanh và ống là không đáng kể, nên chỉ có hai vật nặng khối lượng m đóng góp vào moment quán tính. Hai vật này có thể coi như chất điểm. quả cầu nước dây treo b) (9 điểm) Khi M rơi, nó làm cho hệ vật (gồm thanh và các vật m ở hai đầu) quay. Nếu M được thả từ nghỉ, thì tốc độ của nó là bao nhiêu khi nó đã rơi được quãng đường 5.0 m? 10. (8 điểm) Một quả cầu bằng thép khối lượng 2.0 kg (khối lượng riêng 7870 kg/m3) được treo bằng một sợi dây và nhúng trong nước (khối lượng riêng 1000 kg/m3). Tính lực căng của dây treo. Giả thiết là quả cầu đứng yên. 11. (8 điểm) Một vật M khối lượng 20.0 kg chuyển động với tốc độ 100 m/s theo chiều dương trục x. Vật bị nổ thành 2 mảnh có khối lượng m1 = 8.0 kg và m2 = 12 kg. Mảnh m2 chuyển động với tốc độ 325 m/s theo chiều dương trục x. Ngoại lực không đáng kể. Xác định hướng và tốc độ chuyển động của mảnh m1 sau vụ nổ. 12. Vật M được treo bởi hai sợi cáp như hình vẽ, q = 60o và f = 30o. Lực căng T2 của sợi cáp 2 là 100 N. a) (6 điểm) Tính lực căng T1 của sợi cáp 1. b) (6 điểm) Xác định khối lượng vật M. 13. Một thanh có khối lượng m1 = 2m và chiều dài a có gắn một chất điểm khối lượng m2 = m ở một đầu của nó. Hệ thanh và chất điểm dao động qua lại quanh một điểm tựa, giống như con lắc. Chất điểm cách điểm tựa một khoảng a. điểm tựa a) (5 điểm) Xác định khoảng cách giữa điểm tựa và khối tâm của con lắc theo a. b) (8 điểm) Xác định quán tính quay của con lắc quanh điểm tựa theo m và a. c) (4 điểm) Tính tần số góc của dao động nhỏ của con lắc. 14. Một khối khí biến đổi trạng thái theo chu trình kín được cho trên đồ thi p-V như hình vẽ. Khối khí thực hiện một công dương. a) (2 điểm) Khối khí biến đổi trạng thái theo chiều nào vòng quanh chu trình kín? (khoanh tròn câu trả lời đúng) cùng chiều kim đồng hồ ngược chiều kim đồng hồ chiều nào cũng được b) (4 điểm) Tính độ lớn của công mà khối khí thực hiện trong 1 chu trình. c) (3 điểm) Tính độ lớn của nhiệt lượng trao đổi trong 1 chu trình. d) (2 điểm) Khối khí nhận nhiệt hay tỏa nhiệt? (khoanh tròn câu trả lời đúng) Nhận nhiệt Toả nhiệt 15. (8 điểm) Có 50g nước đá ở nhiêt độ -10oC. Cần cung cấp bao nhiêu nhiệt lượng sao cho trạng thái cuối cùng là nước ở +5oC? [nhiệt dung riêng của nước đá là 2220 J/kg.K, nhiệt nóng chảy của nước là 333 J/kg.K, nhiệt dung riêng của nước là 4190 J/kg.K] Câu hỏi trắc nghiệm: Mỗi câu có giá trị 3 diểm trừ khi có số điểm khác kèm theo. Khoanh tròn câu trả lời đúng trong mỗi câu hỏi. 16. (6 điểm) Tọa độ của một quả bóng trên trục x theo thời gian được vẽ trên hình bên trong khoảng từ 0s đến 2.7s. Tọa độ x đạt cực tiểu tại thời điểm 0.33s và cực đại tại hời điểm 1.7s. i) Tại t = 0.33s, vận tốc của quả bóng là a) dương b) bằng 0 c) âm ii) Tại t = 0.33s, gia tốc của quả bóng là a) dương b) bằng 0 c) âm 17. (6 điểm) Một quả đạn được bắn với vận tốc v0 từ nòng súng trên mặt đất dưới góc bắn q0 so với phương ngang. Quả đạn rơi xuống đất ở cùng độ cao với nơi mà nó được bắn. Bỏ qua sức cản của không khí. i) Giá trị nào trong số các giá trị dưới đây của góc q0 sẽ làm cho tầm xa là lớn nhất? a) 10o b) 30o c) 50o d) 70o i) Giá trị nào trong số các giá trị dưới đây của góc q0 sẽ làm cho thời gian bay của quả đạn là lớn nhất? a) 10o b) 30o c) 50o d) 70o 18. Một thang máy khối lượng m đang đi lên với gia tốc g/4 (g là gia tốc trọng trường). Lực căng của dây cáp kéo thang máy là: a) b) c) d) 19. Một vật chuyển động dọc theo trục x dưới tác dụng của nhiều lực. Đồ thị hình bên mô tả một trong những lực đó (lực F) theo vị trì x của vật. Lực F hướng dọc theo trục x. Công thực hiện bởi lực F khi vật di chuyển từ 0 đến 10m là bao nhiêu? a) 4.0 J b) 10 J c) 24 J c) 25 J d) 40 J 20. (6 điểm) Tiết diện của 3 đoạn đường được vẽ trong hình bên. Một chiếc xe, mô tả bằng chấm tròn màu đen, đang chạy trên các đoạn đường này vơi tốc độ không đổi. i) Trên đoạn đường nào thì gia tốc của xe là lớn nhất? a) 1 b) 2 c) 3 i) Trên đoạn đường nào thì phản lực của mặt đường tác dụng lên xe là lớn nhất? a) 1 b) 2 c) 3 21. Một bánh xe (khối lượng M và bán kính R) có thể quay tự do quay tâm của nó chịu tác dụng của một lực vuông góc với nó như hình vẽ. Giả thiết rằng tất cả khối lượng của bánh xe tập trung ở rìa ngoài của nó, nên có thể xem như vòng tròn. Gia tốc góc của bánh xe này là: a) b) c) d) 22. (6 điểm) Một bánh xe (bán kính 0.4m) lăn không trượt trên sàn với tốc độ ban đầu 2 m/s và gia tốc không đổi. Sau 5s, tốc độ của nó là 6 m/s. i) Trong trường hợp này thì a) phải có ma sát nghỉ b) phải có ma sát động c) không cần ma sát ii) Gia tốc góc của bánh xe có độ lớn bao nhiêu? a) 0.32 rad/s2 b) 0.8 rad/s2 c) 2 rad/s2 d) 8 rad/s2 23. (6 điểm) Trong mỗi trường hợp sau, chu kỳ dao động thay đổi như thế nào: i) Một vật m gắn vào 1 đầu lò xo (độ cứng k) và dao động với chu kỳ T. Nếu m tăng gấp đôi thì chu kỳ mới là: a) b) c) d) e) ii) Một con lắc được tạo thành bởi một chất điểm m cột vào một sợi dây chiều dài L và dao động chu kỳ T. Nếu m tăng gấp đôi thì chu kỳ mới là: a) b) c) d) e) 24. Một ống hở cả hai đầu có cộng hưởng cơ bản với bước sóng 4 m. Bây giờ, đóng kín một đầu ống, thì bước sóng cộng hưởng cơ bản mới là bao nhiêu? a) 2 m b) 4 m c) 6 m d) 8 m 25. Sóng dừng trên một sợi dây dài 2 m được mô tả bởi: (chiều dài tính bằng m, thời gian tính bằng s). Có tất cả bao nhiêu bó sóng trên dây? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 26. Hai nguồn phát ra âm có bước sóng 4 m được đặt trên trục x ở các vị trí x = 6m và x = 8m. Sự giao thoa của 2 sóng âm này ở vị trí x = 12m là: a) cực đại b) giữa cực đại và cực tiểu c) cực tiểu d) cần biết thêm tần số sóng để trả lời câu hỏi này 27. Một tấm thép mỏng có một lỗ tròn bán kính d như hình vẽ. Một quả cầu bằng thép có bán kính 1.001d. Nhiệt độ của tấm thép được thay đổi sao cho quả cầu lọt vừa vào lỗ (nhiệt độ của quả cầu không đổi). Nhiệt độ của tấm thép phải được: a) tăng lên b) giảm xuống c) cả hai đều sai. Không thể làm được việc này. 28. (6 điểm) Một khí lý tưởng biến đổi từ trạng thái ban đầu i đến trạng thái cuối f như hình vẽ. i) Nếu nhiệt độ ban đầu của khí là -23.2oC thì nhiệt độ cuối cùng của nó là bao nhiêu? a) 62 K b) 250 K c) 500 K d) 750 K e) 1000 K ii) Công mà khí thực hiện trong quá trình biển đổi này là bao nhiêu? a) 2.4 MJ b) 1.2 MJ c) 0 MJ d) -1.2 MJ e) -2.4 MJ 29. Nhiệt dung riêng của vật B bằng gấp đôi nhiệt dung riêng của vật A. Ban đầu, B ở nhiệt độ 450 K và A ở nhiệt độ 300 K. Hai vật có cùng khối lượng. Chúng được cho tiếp xúc nhiệt với nhau và hệ được cô lập với bên ngoài. Nhiệt độ cuối cùng của cả hai vật là: a) 300 K b) 350 K c) 400 K d) 450 K 30. Một bọt khí có thể tích V nằm ngay dưới mặt nước. Khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3. Bọt khí nằm gần mặt nước đến mức áp suất khí bên trong nó bằng áp suất khí quyển, là 1.01 x 105 Pa. Bọt khí này được đẩy xuống độ sâu 10 m dưới mặt nước. Thể tích của bọt khí bây giờ là: a) 10V b) 2V c) V d) V/2 e) V/10