Trang 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
-------------------------
ĐỀ THI HỌC KỲ I NĂM HỌC 2018-2019
Môn thi: Vật lý 1
Mã môn học: PHYS130902
Đề số: 01. Đề thi có 02 trang.
Ngày thi: 26/12/2018. Thời gian: 90 phút.
Được phép sử dụng một tờ giấy A4 chép tay.
Câu 1:(0,5 điểm)
Xét các vật điều khiển trong 1 ô tô gồm: bàn đạp ga, phanh, tay lái. Trong 3 vật này, vật nào
gây ra gia tốc cho xe?
a. Cả 3 vật b. bàn đạp ga và phanh c. phanh d. bàn đạp ga e. tay lái
Câu 2: (0,5 điểm)
Lực hấp dẫn Mặt trời tác dụng lên Trái đất giữ cho Trái đất chuyển động trên quỹ đạo quanh
Mặt trời. Giả sử quỹ đạo là đường tròn. Công của lực hấp dẫn này thực hiện khi Trái đất di chuyển
một quãng đường trong một khoảng thời gian ngắn trên quỹ đạo là
a. dương b. bằng không c. âm d. không thể xác định được
Câu 3: (0,5 điểm)
Cho hai quả cầu đặc và rỗng cùng khối lượng và bán kính. Chúng chuyển động cùng tốc độ
góc. Hỏi quả cầu nào có mômen động lượng lớn hơn?
a. Quả cầu đặc b. Quả cầu rỗng c. Bằng nhau
Câu 4: (0,5 điểm)
Một quả bóng cao su chứa đầy 1 lít không khí tại 1 atm và 300 K. Sau đó được đưa vào tủ
lạnh để làm lạnh đến 100 K. Giả sử cao su vẫn mềm dẻo khi nó lạnh đi. Thể tích của quả bóng sẽ
a. giảm còn
b. giảm còn
√ c. giữ nguyên không đổi
d. tăng đến √ e. tăng đến 3 lít.
Câu 5: (1,0 điểm)
Nếu một người nói với bạn rằng các phi hành gia trên quỹ đạo ở trạng thái không trọng lực vì
họ đã thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái đất. Bạn có đồng ý với nhận định đó không? Giải thích.
Câu 6: (1,0 điểm)
Môt bé trai nặng 40,0 kg và em gái của cậu nặng 25,0 kg đang mang giày trượt băng và đều
đang đứng yên. Bé gái đẩy bé trai một cú thật mạnh làm bé trai đi về phía tây với tốc độ 3,0 m/s. Bỏ
qua ma sát với mặt tiếp xúc, hãy mô tả chuyển động và tính tốc độ của bé gái ngay sau cú đẩy.
Câu 7: (2,0 điểm)
Một vật 10,0 kg được thả từ vị trí A có độ cao 6,0 m so với phương nằm ngang như hình vẽ.
Rãnh trượt không ma sát ngoại trừ đoạn BC. Biết chiều dài đoạn BC là 10,0 m. Vật trượt xuống đến
cuối rãnh trượt thì va vào một lò xo có độ cứng 2000 N/m, đẩy lò xo ép lại một đoạn 0,400 m từ vị trí
cân bằng đến khi tạm dừng lại. Hãy xác định hệ số ma sát động giữa vật và máng trượt trên đoạn BC.
Trang 2
Câu 8: (2,0 điểm)
Cho cơ hệ như hình vẽ bên, hai vật được nối với nhau
bằng sợi dây có khối lượng không đáng kể vắt qua một ròng
ròng bán kính r = 0,25 m và có mômen quán tính I. Vật m1
đang chuyển động trên mặt phẳng nghiêng không có ma sát
với gia tốc không đổi a = 2,0 m/s2. Biết hệ chuyển động theo
chiều mà vật m2 đi xuống. Cho biết g = 9,8 m/s2.
a. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các vật m1, m2 và ròng rọc.
b. Hãy tính lực căng dây T1, T2 và mômen quán tính I
của ròng rọc.
Câu 9: (2,0 điểm)
Chu trình Atkinson được phát triển bởi
James Atkinson dựa trên nguyên lý của chu
trình Otto có sơ đồ như hình bên. 1-2 và 4-5 là
quá trình đoạn nhiệt; 2-3 và 5-6 là quá trình
đẳng tích; 3-4 và 6-1 là quá trình đẳng áp. Giả
sử một khối khí lý tưởng đơn nguyên tử hoạt
động theo chu trình Atkinson với các thông số
áp suất, thể tích từng trạng thái được cho như
trên hình vẽ.
a. Tính nhiệt lượng trao đổi ở từng quá
trình.
b. Tính hiệu suất của động cơ hoạt động
theo chu trình trên.
Cho hằng số khí lý tưởng R = 8,31 J/mol.K;
1 atm = 1,013.105 N/m2.
Ghi chú:Cán bộ coi thi không được giải thích đề thi.
Chuẩn đầu ra của học phần (về kiến thức)
Nội dung kiểm tra
[CĐR 1.1] Hiểu rõ các khái niệm, định lý, định luật liên quan đến cơ học
chất điểm, hệ chất điểm, cơ học vật rắn và cơ học chất lỏng.
[CĐR 2.1] Vận dụng kiến thức về cơ học để giải bài tập có liên quan.
Câu 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
[CĐR 1.3] Hiểu rõ các khái niệm, các quá trình biến đổi và các nguyên lý
nhiệt động học của chất khí.
[CĐR 2.3] Vận dụng kiến thức về nhiệt học để giải thích các hiện tượng liên
quan đến nhiệtđộ và giải bài tập về nhiệt học
Câu 4, 9
Ngày 19 tháng 12 năm 2018
Thông qua bộ môn
𝛼=20𝑜
Trang 1
Đáp án và thang điểm Vật lý 1
Thi ngày 26-12-2018
Câu
Lời giải
1
Đáp án: a. Cả 3 vật
Cả 3 vật đều làm thay đổi vectơ vận tốc của xe nên cả 3 vật đều gây ra gia tốc cho
xe.
2
Đáp án: b. bằng không
Công của lực hấp dẫn do Mặt trời tác dụng lên Trái đất là (
)
với G là hằng số hấp dẫn, ME là khối lượng Trái đất, MS là khối lượng Mặt trời, rf
và ri là vị trí lúc sau và lúc đầu của Trái đất so với mặt trời, nó chính là khoảng
cách giữa Trái Đất và Mặt trời. Giả sử quỹ đạo của Trái đất quay quanh Mặt trời là
đường tròn có bán kính R, nên sau khi Trái đất đi được một quãng đường trong
một khoảng thời gian ngắn trên quỹ đạo, thì rf = ri = R. Suy ra .
3
Đáp án: b. Quả cầu rỗng
Momen động lượng của một vật rắn có biểu thức với I là momen quán tính
của vật rắn, là tốc độ góc của vật rắn.
- Biểu thức tính momen quán tính của quả cầu rỗng:
, với m và R lần
lượt là khối lượng và bán kính của quả cầu.
- Biểu thức tính momen quán tính của quả cầu đặc:
Do hai quả cầu có cùng khối lượng và bán kính nên . Thêm nữa, hai quả
cầu có cùng tốc độ góc, từ đó suy ra momen động lượng của quả cầu rỗng lớn
hơn quả cầu đặc.
4
Đáp án: a. giảm còn
Khi quả bóng cao su ở ngoài và trong tủ lạnh đều chịu cùng một áp suất là áp suất
khí quyển nên quá trình này là làm lạnh đẳng áp từ nhiệt độ 300 K đến 100 K.
Phương trình của quá trình đẳng áp là
với Vf và Tf lần lượt là thể tích và
nhiệt độ trạng thái sau, Vi và Ti lần lượt là thể tích và nhiệt độ trạng thái đầu.
Theo đề bài ta có Ti = 300 K, Tf = 100 K, Vi = 1 lít suy ra Vf = 1/3 lít.
5
Ý kiến cho rằng các phi hành gia trên quỹ đạo ở trạng thái không trọng lực vì họ
đã thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất là không đúng.
Giải thích: khi tàu du hành chở các phi hành gia đang chuyển động trên quỹ đạo
tròn quanh Trái đất thì chính lực hấp dẫn của Trái đất tác dụng lên tàu là lực duy
trì cho tàu tiếp tục chuyển động tròn quanh Trái Đất.
6
Khối lượng của bé trai mb = 40 kg, khối lượng của bé gái mg = 25 kg.
Sau cú đẩy bé trai chuyển động về phía tây với tốc độ 3 m/s. Giả sử chọn chiều
dương Ox hướng về phía tây, vận tốc của bé trai sau khi đẩy là
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
(m/s),
với là vec-tơ đơn vị theo trục x.
- Mô tả: Sau khi bé gái đẩy bé trai chuyển động về phía tây thì bé gái chuyển động
theo chiều ngược lại là phía đông với tốc độ vgf.
- Giải thích: Tại thời điểm bé gái thực hiện cú đẩy, tổng ngoại lực tác dụng vào hệ
bé trai – bé gái bằng 0, nên động lượng của hệ bảo toàn, tức là động lượng trước
khi đẩy bằng động lượng sau khi đẩy:
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
Do trước khi đẩy bé trai và bé gái đứng yên, nên ta có:
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
Suy ra:
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
(m/s)
Nhìn vào biểu thức trên ta có thể kết luận: sau cú đẩy, bé gái chuyển động với
tốc độ 4,8 m/s, dấu “ “ thể hiện bé gái chuyển động về phía đông.
Trang 2
7
Xét hệ vật – Trái đất – lò xo khi vật bắt đầu chuyển động (vị trí i – vị trí A trong
hình) cho đến khi dừng lại (vị trí f). Chọn gốc thế năng ở mặt phẳng ngang đi qua
BC:
(Với và là độ cao vị trí i và f so với gốc thế năng)
(Với và là độ nén giãn của lò xo so với vị trí cân bằng khi vật ở vị trí i và vị
trí f. Khi vật ở vị trí i, lò xo ở trạng thái cân bằng nên và khi vật ở vị trí f, lò
xo bị nén một đoạn 40 cm nên )
Xét hệ vật – Trái đất – lò xo khi vật bắt đầu chuyển động (vị trí i – vị trí A trong
hình) cho đến khi dừng lại (vị trí f). Do có ma sát nên cơ năng không bảo toàn. Ta
có phương trình năng lượng:
( là lực ma sát động trên đoạn BC, d là độ dài đoạn BC và là hệ số ma sát
động trên đoạn BC)
8
a. Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên các vật
Hoặc vẽ dưới dạng giản đồ tự do:
Với:
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
lần lượt là trọng lực, phản lực pháp tuyến và lực căng dây tác dụng
lên m1.
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
lần lượt là trọng lực và lực căng dây tác dụng lên m2.
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
󰇍
lần lượt là các lực căng dây tác dụng lên ròng rọc.
b. Tính các lực căng dây và momen quán tính của ròng rọc
Chọn chiều dương là chiều chuyển động. Phương trình động lực học của
các vật xét theo phương chuyển động của các vật như sau:
m1: (1), với a1 là gia tốc của m1
m2: (2), với a2 là gia tốc của m2
RR: (3), với β là gia tốc góc của ròng rọc; I là momen
quán tính của ròng rọc.
Do dây không giãn nên a1 = a2, T’1 = T1 và T’2 = T2. Đặt a = a1 = a2. Theo
đề bài thì a = 2 m/s2.
Gia tốc a của các vật cũng bằng gia tốc tiếp tuyến at của ròng rọc. Suy ra
Trang 3
mối liên hệ: a = at = r.β
Như vậy, hệ phương trình (1), (2), (3) trở thành:
{
Thế các thông số đề bài cho ta được:
{
Giải hệ 3 phương trình ta được:
{
9
Ta có khối khí lý tưởng đơn nguyên tử nên i = 3.
Gọi các thông số mỗi trạng thái như trên hình. Từ phương trình trạng thái khí lý
tưởng ta có: , , , ,
, .
a. Nhiệt lượng trao đổi ở từng quá trình:
- Quá trình đoạn nhiệt 1-2:
- Quá trình đẳng tích 2-3:
- Quá trình đẳng áp 3-4:
- Quá trình đoạn nhiệt 4-5:
- Quá trình đẳng tích 5-6:
- Quá trình đẳng áp 6-1:
b. Hiệu suất của chu trình:
- Nhiệt lượng tỏa ra sau một chu trình:
∑
- Nhiệt lượng nhận vào sau một chu trình:
∑
- Hiệu suất của chu trình: | |