Hướng dẫn giải

        Khi khung dây chuyển động theo hướng 2, mật độ đường sức tăng, từ thông tăng. Vec tơ càm ứng từ của dòng điện cảm ứng  ngược chiều với . Theo quy tắc nắm tay phải, dòng điện cảm ứng ngược chiều điện kim đồng hồ.

Câu 11. Một khung dây dẫn có diện tích S = 50 cm² gồm 250 vòng dây quay đều với tốc độ 3000 vòng/phút trong một từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay của khung và có độ lớn B = 0,02 (T). Suất điện động cực đại gửi qua khung có độ lớn gần nhất với giá trị là

        A. 8 V.         B. 15 V.         C. 6,5 V.         D. 220 V.

Hướng dẫn giải

        Suất điện động cực đại được tính theo công thức

Câu 12. Cho dòng điện có cường độ I di chuyển từ trái qua phải trong một vùng không gian có từ trường đều thay đổi. Gọi F₁ là độ lớn lực tác dụng lên dòng điện khi dòng điện vừa đi vào trong vùng từ trường và F₂ là độ lớn lực từ tác dụng lên dòng điện khi chuẩn bị ra khỏi vùng có từ trường như hình vẽ. Nhận xét nào về độ lớn hai lực F₁ và lực F₂ là đúng?

        A. F₁ = F₂.        B. F₁ = 2F₂.        C. F₂ = 2F₁.        D. F₂ = 0,5F₁.

Hướng dẫn giải

        Vì mật độ đường sức của lúc sau gấp hai lần mặt độ đường sức lúc đầu. Do đó B₂ = 2B₁

        Dòng điện có chiều và đọ lớn không đổi. Vậy khi B tăng 2 lần thì F tăng 2 lần. F₂ = 2F₁

Câu 13. Một khung dây hình vuông có diện tích tích 1m² di chuyển thẳng đều với tốc độ 10m/s vào trong một vùng từ trường đều được giới hạn như hình vẽ. Biết cảm ứng từ có độ lớn 0,1T, khung dây có điện trở . Cướng độ dòng điện qua khung dây có độ lớn là

        A. 0,2 A.        B. 0,5 A.         C. 1 A.        D. 0,4 A.

Hướng dẫn giải

        Cạnh của khung dây là a = 1m.

        Phần diện tích di chuyển vào trong vùng từ trường sau thời gian t là

            (m²)

        Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây:

        Cường độ dòng điện xuất hiện trong khung là

Câu 14. Hạt nhân có hiệu số giữa số hạt proton và số hạt neutron là

        A. 1.        B. 12.        C. – 1.        D. -12.

Hướng dẫn giải

        Số proton = 11; Số neutron = 23 – 11 = 12. Hiệu số proton và neutron = 11 – 12 = - 1.

Câu 15. Nhận xét nào sai về ứng dụng của vật lý hạt nhân?

        A. Xạ trị.                B. Chụp MRI.        

        C. Điều trị u tuyến giáp.        D. Cải tạo giống cây trồng.

Câu 16. Phản ứng hạt nhân nào sau đây là phản ứng phân hạch?

        A. .         B. .        

        C. .                D. .

Câu 17. Một đồng vị phóng xạ có chu kì bán rã là 12,7 giờ. Sau 38,1 giờ, độ phóng xạ của đồng vị này giảm bao nhiêu phần trăm so với lúc ban đầu?

        A. 85%.        B. 80%.        C. 87,5%.        D. 82,5%.

Hướng dẫn giải

        Áp dụng công thức %còn lại = 100%.2^-t/T = 100.2^-38,1/12,7 (%) = 12,5%

        => Giảm 100% - 12,5% = 87,5%

Câu 18. Trong chuỗi phản ứng prton-proton trong lòng Mặt Trời có hai phản ứng riêng biệt trong đó 4 hạt nhân hydro cuối cùng có thể dẫn đến 1 hạt nhân Heli. Trong chuỗi phản ứng này, phản ứng tạo ra bức xạ điện từ gamma. Biết ; ; . Lấy 1u = 931,5 MeV/c². Giả sử hạt nhân Heli sinh ra trong lõi Mặt Trời chuyển động nhiệt ở nhiệt độ trung bình vào khoảng 13,6.10⁶ (⁰C) (nhiệt độ trong lòng Mặt Trời ). Động năng trung bình của chuyển động nhiệt của khí chiếm xấp xỉ  bao nhiêu phần trăm so với năng lượng phản ứng tỏa ra? (Coi các hạt nhân là các phân tử khí lí tưởng)

        A. 1,2%.        B. 0,033%.        C. 0,18%.        D. 0,023%.

Hướng dẫn giải

        Năng lượng tỏa ra của phản ứng: 

        Động năng trung bình của chuyển động nhiệt:

        Phần trăm động năng hạt nhân  so với năng lượng phản ứng tỏa ra là:

                 0,0018/5,48.100% = 0,033%

PHẦN II. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 4. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh chọn đúng hoặc sai. 

Câu 1. Sự hình thành nước ngưng tụ (gọi là các giọt mồ hôi) trên một cốc nước đá làm cho nước đá tan nhanh hơn so với cách khác. Biết nhiệt động đặc riêng của hơi nước trong không khí là Lc = 2256 kJ/kg và nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là Lm 334 kJ/kg.

a) Các phân tử nước trong không khí đi qua khoảng trống giữa các phân tử trong ly thủy tinh để ra ngoài và ngưng tụ trên thành ly.

b) Các giọt nước ngưng tụ trên thành ly truyền nhiệt lượng vào trong ly làm nước đá tan nhanh hơn.

c) Khi số lượng nước đá trong ly tan hết, sau một khoảng thời gian thì lượng mồ hôi trên ly nước đá giảm đi.

d) Nếu làm ngưng tụ 8 gam hơi nước trên thành một cốc thủy tinh chứa nước và cả 200 gam nước đá ở 0 ^oC thì có khoảng 54 gam nước đá trong ly bị tan thành nước. Giả sử không có sự truyền nhiệt nào khác xảy ra.

Hướng dẫn giải

a) Vì nhiệt độ của ly nước đá đá thấp nên nhiệt độ không khí xung quanh ly nước đá giảm xuống dưới điểm sương. Khi đó hơi nước trong không khí sẽ bị ngưng tụ lại thành giọt và bám quanh ly nước đá.

b) Khi hơi nước ngưng tụ sẽ tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh và năng lượng này truyền vào ly nước đá làm nước đá trong ly cà phê tan nhanh.

c) Khi nước đá trong ly tan hết, các giọt mồ hôi trên ly hấp thụ nhiệt độ môi trường và bay hơi. Lượng mồ hôi này giảm dần.

d) Q nước đá = Q mồ hôi

    L_m.m _{nước đá} = L_v. m _{hơi nước} => m _{nước đá} = 54 gam.

Câu 2. Dưới đáy biển sâu 200m có một bọt khí có thể tích 1 cm³ nổi lên trên mặt nước. Nhiệt độ không khí trên mặt nước là 30⁰C, nhiệt độ dưới đáy biển là 4⁰C. Lấy g = 10 m/s². Khối lượng riêng của nước biển là 1200 kg/m³ ; áp suất khí quyển ngay trên mặt biển là 101300 N/m².

a) Khi nổi lên, thể tích bọt khí tăng nên số mol khí giảm.

b) Áp suất ở độ sâu 200m dưới đáy biển là 2501300 Pa.

c) Nhiệt độ giữa đáy biển và mặt biển chênh lệch 299 K.

d) Thể tích bọt khí khi lên tới mặt biển là 27 cm³.

Hướng dẫn giải

a) Khi bọt khí nổi lên, thể tích tăng nhưng số phân tử khí không đổi. Do đó số mol khí không đổi.

b) Áp suất ổ dưới đáy biển được tính theo công thức:

c) Nhiệt độ chênh lệch 26⁰K

d) Áp dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng ta được:

Câu 3. Hai thanh ray bằng kim loại OA, OB nối với nhau tại O. Thanh kim loại mn vuông góc với OA chuyển động thẳng đều ra xa điểm O với tốc độ 2 m/s. Ban đầu hai điểm tiếp xúc giữa thanh mn với hai thanh OA; OB cách nhau l₀ = 1m. Hệ thống được đặt trong một từ trường đều có cám ứng từ B = 0,1T như hình vẽ. Giả sử điện trở khung dây không đổi và bằng 2 trong suốt quá trình thanh mn chuyển động.

a) Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây có chiều cùng chiều từ n đến m.

b) Từ thông qua mạch thay đổi do sự biến thiên của diện tích khung dây.

c) Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây theo biểu thức .

d) Cường độ dòng điện qua khung dây lúc t = 10 s có độ lớn là 1,1 A.

Hướng dẫn giải

        a) Khi khung dây chuyển động ra xa, từ thông tăng lên, véctơ cảm ứng từ của dòng điện cảm ứng ngược chiều vectơ cảm ứng từ . Do đó dòng điện cảm ứng qua khung dây theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

        b) Từ thông qua khung dây tăng lên do sự biến thiên của diện tích khung dây.

        c) Suất điện động qua khung dây: 

        d) Cường độ dòng điện qua khung dây: 

Câu 4. Radon là khí không màu, không mùi và không vị. Do đó không thể phát hiện chỉ bằng giác quan con người.  Radon  là một đồng vị phân rã alpha và sinh ra hạt nhân con X với chu kỳ 3,82 ngày. Nguyên tố  tích tụ trong các ngôi nhà được WHO cho là nguyên nhân thứ hai gây ra bệnh ung thư phổi sau thuốc lá. Trong một khảo sát tại Bình Dương, Việt Nam người ta đo được độ phóng xạ trong 1m³ không khí chứa khoảng 11,4 triệu nguyên tử khí radon. Biết rằng độ phóng xạ an toàn của radon trong không khí vào khoảng 150 Bq/m³.

a) Hằng số phân rã phóng xạ của  là .

b) Độ phóng xạ của khí radong tại vị trí khảo sát là 200 Bq/m³.

c) Độ phóng xạ của khí radon tại Bình Dương ở mức nguy hiểm.

d) Biết  ; ; . Phản ứng toả ra năng lượng là 5,587 MeV (bỏ qua phóng xạ gamma).

Hướng dẫn giải

a) Hằng số phân rã là (s^-1).

b) Áp dụng công thức 

c) Độ phóng xạ nhỏ hơn mức giới hạn (24 Bq/m³ < 150 Bq/m³) nên nồng độ khí radon tại Bình Dương ở mức an toàn.

d) Năng lượng của phản ứng: 

PHẦN III. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 6. 

Sử dụng các thông tin sau cho Câu 1 và Câu 2: Một khối khí lí tưởng biến đổi trạng thái theo đồ thị dưới đây. Ở trạng thái (1), khối khí có nhiệt độ 27 ^oC.

Câu 1. Trong quá trình biến đổi từ trạng thái (1) sang trạng thái (2), khối khí thực hiện công bằng bao nhiêu J?

Hướng dẫn giải

Quá trình biến đổi trạng thái từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) là quá trình đẳng áp p₁ = p₂ = 1.10⁵Pa.

Công mà khối khí thực hiện: A₁₂ = p(V₂ – V₁) = 10⁵(25 – 12,5).10^-3 = 1250 (J).

Câu 2. Trong quá trình biến đổi trạng thái từ trạng thái (1) sang trạng thái (3). Nhiệt độ ở trạng thái (3) là bao nhiêu ⁰C?

Hướng dẫn giải

Quá trình biến đổi từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) là quá trình đẳng áp:

        T₂ = 600 K.

Quá trình biến đổi từ trạng thái (2) sang trạng thái (3) là quá trình đẳng tích:

        T₃ = 840 K

Nhiệt độ ở trạng thái (3) là 567 ^oC

Câu 3. Trong phóng thí nghiệm Lawrence Berkeley người ta tiến hành xác định đo bản chất của hạt X là loại hạt gì. Các nhà thực nghiệm đã phóng hạt X vào từ trường đều có độ lớn 5 mT, có phương vuông góc với mặt phẳng chuyển động của các điện tích và hướng từ trong ra ngoài mặt phẳng hình vẽ. Hạt đi vào trong vù từ trường với tốc độ . Đường kính của hạt khi chuyển động được nửa vòng quỹ đạo là 4,55 cm. Bỏ qua sức cản của buồng bọt lên chuyển động của hạt trong nửa đầu quỹ đạo chuyển động. Biết điện tích của hạt có độ lớn . Khối lượng hạt X là bao nhiêu? (10^-31 (kg), lấy hai chữ số có nghĩa)

Hướng dẫn giải

        Khi hạt mang điện chuyển động vuông góc với đường sức từ trường, bán kính quỹ đạo được tính theo công thức: (kg)

        Vì hạt mang điện tích dương nên hạt X là hạt Positron.

Câu 4.  Một khung dây cứng phẳng diện tích 25 cm² gồm 10 vòng dây, đặt trong từ trường đều, mặt phẳng khung vuông góc với các đường cảm ứng từ. Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian như đồ thị hình vẽ. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung kể từ t = 0 đến t = 0,4s là bao nhiêu mili vôn (mV)?

Hướng dẫn giải

          Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây có độ lớn:

Câu 5. Chất phóng xạ pôlôni  phát ra tia α và biến đổi thành chì . Gọi chu kì bán rã của pôlôni là T. Ban đầu (t = 0) có một mẫu  nguyên chất. Trong khoảng thời gian từ t = 0 đến t = 2T, có 63 mg  trong mẫu bị phân rã. Lấy khối lượng nguyên tử tính theo đơn vị u bằng số khối của hạt nhân của nguyên tử đó. Trong khoảng thời gian từ t = 2T đến t = 3T, lượng  được tạo thành trong mẫu có khối lượng là bao nhiêu mili gam (mg)?

Hướng dẫn giải

        Khối lượng Po bị phân rã tính theo công thức:

        Khối lượng hạt nhân con tạo thành được tính theo công thức: 

        Sau t = 2T khối lượng hạt nhân chì Pb được tạo thành là: 61,8mg

        Sau t = 2T khối lượng hạt nhân chì Pb được tạo thành là: 72,1mg

        Khối lượng chì Pb được tạo thành trong khoảng thời gian 2T đến 3T là: 72,1 – 61,8 = 10,3mg

Câu 6. Cho rằng khi một hạt nhân urani  phân hạch thì toả ra năng lượng trung bình là 200 MeV, Lấy N_A = 6,023.10²³ mol^-1, khối lượng mol của urani là 235 g/mol. Năng lượng tỏa ra khi phân hạch hết 1 kg urani  là bao nhiêu? ( 10²⁶ MeV, làm tròn đến số thập phân thứ hai)

Hướng dẫn giải

Số hạt nhân U₂₃₅ trong 1kg:   N =  =  = 25,63.10²³

Năng lượng tỏa ra khi phân hạch hết 1 kg U₂₃₅ là:  E = 200.N = 5,12.10²⁶MeV.