Hướng dẫn giải

Để xác định kim nam châm nào đặt đúng cần dựa vào hai nội dung sau:

        + Các đường sức từ là những đường cong kín. Đối với nam châm, các đường sức từ đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam.

        + Khi kim nam châm nằm cân bằng tại một điểm trong từ trường, chiều từ cực Nam sang cực Bắc của kim nam châm cùng chiều đường sức từ tại điểm đó.

Chỉ có hình 1 thỏa mãn hai nội dung trên.

Câu 10. Khi nam châm dịch chuyển ra xa ống dây (như hình bên), trong ống dây có dòng điện cảm ứng. Nếu nhìn từ phía thanh nam châm vào đầu ống dây thì phát biểu nào sau đây là đúng? 

        A. Dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ, đầu 1 là cực Bắc của ống dây và hút cực Bắc của thanh nam châm.

        B. Dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ, đầu 1 là cực Bắc của ống dây và đẩy cực Nam của thanh nam châm.

        C. Dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ, đầu 1 là cực Nam của ống dây và đẩy cực Nam của thanh nam châm.

        D. Dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ, đầu 1 là cực nam của ống dây và hút cực Bắc của thanh nam châm.

Hướng dẫn giải

        Khi nam châm dịch chuyển ra xa ống dây thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện của ống dây giảm dần, do đó từ thông qua ống dây biến thiên và xuất hiện dòng điện cảm ứng chạy trong các vòng dây của ống dây.

        Theo định luật Lenz, từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông qua ống dây, do đó vector cảm ứng từ  của từ trường cảm ứng phải cùng chiều với vector cảm ứng từ  của nam châm. Suy ra, đầu 1 của ống dây là cực Nam (S) và hút cực Bắc của thanh nam châm.

        Dựa vào quy tắc nắm tay phải, ta xác định được chiều dòng điện cảm ứng chạy trong các vòng dây của ống dây sẽ cùng chiều quay của kim đồng hồ khi nhìn từ phía thanh nam châm vào đầu ống dây.

Câu 11. Khoảng giữa tháng 3 năm 2015, khi bàn giao tài sản do thay đổi nhân sự phụ trách an toàn bức xạ, một nhà máy thép tại Bà Rịa – Vũng Tàu phát hiện một nguồn phóng xạ  đã bị thất lạc. Nhà chức trách chỉ đạo phải khẩn cấp tìm nguồn phóng xạ đã bị thất lạc này.

        Việc khẩn cấp tìm kiếm nguồn phóng xạ  bị thất lạc là rất quan trọng vì nguồn này

        A. rất đắt tiền.

        B. khó sản xuất nên khó tìm thấy trên thị trường.

        C. có thể gây nguy hiểm đến sức khỏe dân cư.

        D. cần thiết trong việc khảo sát sức khỏe bền của thép.

Câu 12. Một đoạn dây dài 2,0 m mang dòng điện 0,60 A được đặt trong vùng từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ là 0,50 T, theo phương song song với phương của cảm ứng từ. Lực từ tác dụng lên dây có độ lớn là:

        A. 6,00 N.        B. 0,60 N.        C. 0,15 N.        D. 0 N.

Hướng dẫn giải

        Lực từ tác dụng lên đoạn dây:

 N (k là số nguyên).

Câu 13. Một dây dẫn được đặt nằm ngang theo hướng Nam − Bắc trong một từ trường đều có cảm ứng từ nằm ngang hướng về phía Đông. Trong dây dẫn có dòng electron chuyển động theo chiều về phía Nam. Phát biểu nào sau đây là đúng?

        A. Lực từ tác dụng lên dây có hướng là hướng đông.

        B. Lực từ tác dụng lên dây có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống.

        C. Lực từ tác dụng lên dây có phương thẳng đứng, chiều hướng lên.

        D. Lực từ tác dụng lên dây có hướng là hướng tây.

Hướng dẫn giải

        Hướng của  là hướng Đông.

        Do dòng electron chuyển động theo chiều về phía Nam nên chiều của dòng điện là hướng Bắc.

        Theo quy tắc bàn tay trái thì lực từ  có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống.

Câu 14. Một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần với giá trị 200 Ω. Đặt điện áp u = 100vào hai đầu đoạn mạch trên thì

        A. dòng điện chạy trong mạch có giá trị hiệu dụng bằng .

        B. dòng điện chạy trong mạch có tần số 100 Hz.

        C. công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở bằng 200 W.

        D. dòng điện chạy trong mạch có giá trị hiệu dụng bằng 0,5 A.

Hướng dẫn giải

        Điện áp hiệu dụng:  V.

        Cường độ dòng điện hiệu dụng:  A.

        Tần số của dòng điện:  Hz.

        Công suất tỏa nhiệt trung bình trên điện trở:  W.

Câu 15. Hai hạt nhân có tỉ số số khối là . Tỉ số hai bán kính của chúng là

        A. .        B. .        C. .        D. .

Hướng dẫn giải

        Bán kính nguyên tử:  (m).

        Tỉ số hai bán kính của chúng: .

Câu 16. Trong hạt nhân của một nguyên tử có 8 proton và 9 neutron. Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân này bằng 7,75 MeV/nucleon. Biết m_p = 1,0073 amu, m_n = 1,0087 amu và 1 amu ≈ 931,5 MeV/c².

Khối lượng của hạt nhân đó bằng ……… amu.

        A. 16,545 amu.        B. 17,138 amu.        C. 16,995 amu.        D. 17,243 amu.

Hướng dẫn giải

        Ta có: 

        Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân đó:

⇔ 

                ⇒ .

Câu 17. Phản ứng hạt nhân nào sau đây không phải là phản ứng nhiệt hạch?

        A. + → .                B. +  → 2 .

        C.  +  →  +         D. + → .

Hướng dẫn giải

        Phản ứng nhiệt hạch là phản ứng tổng hợp hạt nhân nặng từ hai hay nhiều hạt nhân nhẹ hơn, phản ứng tỏa nhiệt lượng lớn.

        Vậy phản ứng không phải phản ứng nhiệt hạch là  +  →  + .

Câu 18. Một khung dây dẫn kín hình vuông có cạnh dài 20 cm gồm 500 vòng được đặt trong từ trường đều sao cho vectơ đơn vị pháp tuyến của mặt phẳng khung dây cùng phương cùng chiều với vectơ cảm ứng từ. Điện trở suất và tiết diện của dây kim loại có giá trị lần lượt là  Ω.m và S’ = 0,2 mm². Giá trị cảm ứng từ biến thiên theo thời gian như đồ thị trong hình bên dưới. Công suất tỏa nhiệt sinh ra trong khung dây có giá trị bao nhiêu?

        A. 225 mW.        B. 22,5 mW.        C. 90 mW.        D. 900 mW.

Hướng dẫn giải

        Độ lớn suất điện động cảm ứng sinh ra trong khung dây là:

 V.

        Điện trở của dây kim loại:  Ù.

        Công suất tỏa nhiệt trên khung dây:  W = 900 mW.

PHẦN II. Câu trắc nghiệm đúng sai. 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. Một xi lanh đặt nằm ngang có pit-tông chuyển động được (ma sát giữa xi lanh và pit-tông không đáng kể), chứa 2 g khí Helium (He), khối khí thực hiện chu trình biến đổi trạng thái từ (1) → (2) → (3) → (4) → (1) được biểu diễn trên giãn đồ P – T như hình vẽ. Cho  = 1,5.10⁵ Pa,  = 300 K.

        Biết khối lượng mol của Helium là 4 g/mol;  J/(mol.K).

        a) Chu trình biến đổi trạng thái của khối khí gồm các quá trình sau: (1) → (2) là đẳng áp; (2) → (3) là đẳng nhiệt; (3) → (4) là đẳng áp; (4) → (1) là đẳng tích.

        b) Số mol của lượng khí Helium chứa trong bình là 0,25 mol.

        c) Thể tích của khối khí khi ở trạng thái (4) là V₄ = 2,77 lít.

        d) Trong giai đoạn biến đổi từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) công mà khối khí đã thực hiện là 831 J.

Hướng dẫn giải

        a) Chu trình biến đổi trạng thái của khối khí gồm các quá trình sau: (1) – (2) là đẳng áp; (2) – (3) là đẳng nhiệt; (3) – (4) là đẳng áp; (4) – (1) là đẳng tích.

        b) Số mol của lượng khí Helium chứa trong bình là:  mol.

        c) Áp dụng phương trình Clapeyron cho khối khí ở trạng thái (1), ta được:

 ⇔  m³  lít.

Quá trình biến đổi từ trạng thái (4) sang trạng thái (1) là quá trình đẳng tích nên  lít.

        d) Áp dụng phương trình Clapeyron cho khối khí ở trạng thái (2), ta được:

 ⇔  m³.

        Trong giai đoạn biến đổi từ trạng thái (1) sang trạng thái (2), áp suất không đổi nên công mà khối khí đã thực hiện là:

                          J.

Câu 2. Trong ô tô, người ta thường đặt ở hệ thống tay lái một thiết bị nhằm bảo vệ người lái xe khi xe gặp tai nạn, gọi là “túi khí”. Túi khí được chế tạo bằng vật liệu co giãn, chịu được áp suất lớn. Trong túi khí thường chứa chất Sodium Azide (NaN₃), khi xe va chạm mạnh vào vật cản thì hệ thống cảm biến của xe sẽ kích thích chất rắn này làm nó phân hủy tạo thành Sodium (Na) và khí Nitrogen (N₂). Khí N₂ được tạo thành có tác dụng làm phồng túi khí, giúp người lái xe không bị va chạm trực tiếp vào hệ thống lái.

        Trong túi khí chứa 130 g NaN₃ có thể tích mol là 24,0 lít/mol. Thể tích túi khí khi căng phồng tối đa là 45 lít.

        Khối lượng mol của Na, N lần lượt là 23 g/mol, 14 g/mol;  hạt/mol;  J/(mol.K).

        a) Phương trình phân hủy NaN₃ là .

        b) Trong 130 g NaN₃ có chứa 12,04.10²³ phân tử NaN₃.

        c) Thể tích khí N₂ được giải phóng khi xảy ra phản ứng phân hủy hoàn toàn lượng NaN₃ là 72 m³.

        d) Nếu bỏ qua thể tích khí có trong túi trước khi phồng lên và thể tích của Na được tạo thành trong túi do phản ứng phân hủy NaN₃ thì áp suất của khí N₂ trong túi khí khi đã phồng lên ở nhiệt độ 30 ⁰C là  Pa.

Hướng dẫn giải

        a) Phương trình phân hủy NaN₃ là .

        b) Số mol NaN₃:  mol.

Số phân tử NaN₃:  phân tử NaN₃.

        c) Theo phương trình phân hủy NaN₃ là , số mol khí N₂ tạo ra là:

 mol.

Thể tích khí N₂:  lít.

        d) Đổi 30 ⁰C = 303 K; 45 lít = 0,045 m³.

Áp suất của khí N₂ trong túi khí khi đã phồng lên ở nhiệt độ 30 ⁰C là:

Áp dụng phương trình Clapeyron:  ⇔  Pa.

Câu 3. Một nhà máy phát điện cung cấp điện năng với công suất 20 MW cho một thành phố X cách nhà máy 124 km. Trước khi truyền tải, điện áp được sản xuất từ nhà máy điện có giá trị hiệu dụng khoảng 25 kV. Đường dây tải điện làm bằng đồng có điện trở suất 1,62.10⁻⁸ Ù.m với tiết diện 0,81 cm². Xem các hao phí năng lượng chỉ xảy ra trên điện trở đường dây tải điện.

        Máy biến thế (biến áp) 1 có số vòng dây và điện áp đặt vào hai đầu của cuộn dây sơ cấp lần lượt là  vòng và 25 kV. Điện áp đưa lên đường dây tải điện là 500 kV.

        a) Trong sơ đồ về quá trình truyền tải điện năng, máy biến thế 1 và máy biến thế 3 là máy tăng thế. Còn máy biến thế 2 và máy biến thế 4 là máy giảm thế.

        b) Máy biến thế 1 có số vòng dây của cuộn dây thứ cấp là 20 000 vòng.

        c) Công suất hao phí điện năng trên đường dây tải điện khi truyền từ nhà máy đến thành phố X là  W.

        d) Khi có sử dụng máy biến thế 1 thì chi phí phải chi trả cho hao phí điện năng xuất hiện trên dây tải trong mỗi ngày (24 giờ) được giảm xấp xỉ 5,5 triệu đồng so với khi chưa sử dụng máy biến thế 1. Lấy giá điện 145 đồng/kW.h.

Hướng dẫn giải

        a) Trong sơ đồ về quá trình truyền tải điện năng, máy biến thế 1 là máy tăng thế. Còn máy biến thế 2, máy biến thế 3 và máy biến thế 4 là máy giảm thế.

        b) Số vòng dây của cuộn dây thứ cấp ở máy biến thế 1 là:

 ⇔  vòng.

        c) Công suất hao phí điện năng trên đường dây tải điện khi truyền từ nhà máy đến thành phố X là:

 W.

        d) Nếu không sử dụng máy biến thế 1 thì công suất hao phí điện năng trên đường dây tải điện khi truyền từ nhà máy đến thành phố X là:

 W.

Lượng điện năng hao phí được giảm mỗi ngày (24 giờ):

 J = 379 975,68 kW.h.

        Chi phí phải chi trả cho hao phí điện năng xuất hiện trên dây tải trong mỗi ngày (24 giờ) được giảm: 379 975,68.145 ≈ 55 096 474 đồng.

Câu 4. Một mẫu chất tại thời điểm ban đầu có chứa 0,2 g đồng vị phóng xạ , có hằng số phóng xạ bằng 4,916. Biết rằng sau một khoảng thời gian nào đó,  xảy ra phóng xạ  và biến đổi thành hạt nhân con X.

        a) Quá trình phóng xạ của  là một phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.

        b) Hạt nhân con X được tạo thành từ quá trình phóng xạ trên là .

        c) Chu kì bán rã của  xấp xỉ bằng 1,41. s.

        d) Sau 50 triệu năm (xem như mỗi năm có 365 ngày), khối lượng  còn lại trong mẫu chất đó khoảng 0,089 g.

Hướng dẫn giải

        a) Quá trình phóng xạ luôn là phản ứng hạt nhân tỏa năng lượng.

        b) Phương trình phóng xạ α của hạt nhân  là:

Vậy hạt nhân X là .

        c) Chu kì bán rã của  là:  (s).

        d) Khối lượng  còn lại trong mẫu chất đó sau 50 triệu năm là:

 g.

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

Câu 1. Để diệt trừ các bào tử nấm và kích thích quá trình nảy mầm của hạt giống lúa, người nông dân đã sử dụng một kinh nghiệm dân gian là ngâm chúng vào trong nước ấm theo công thức “hai sôi, ba lạnh”. Tức là nước ấm sẽ được tạo ra bằng cách pha hai phần nước sôi với ba phần nước lạnh.

        Nếu người nông dân sử dụng nước máy có nhiệt độ 25 ⁰C để pha với nước sôi theo công thức “hai sôi, ba lạnh” thì nước ấm thu được có nhiệt độ bao nhiêu ⁰C (làm tròn đến hàng đơn vị)?

Hướng dẫn giải:

        Gọi nhiệt độ của nước ấm là t_A (⁰C), khối lượng của một phần nước là m (kg).

        Nhiệt lượng hai phần nước sôi tỏa ra:  (J). (Vì ).

        Nhiệt lượng ba phần nước lạnh thu vào:  (J). (Vì ).

        Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt, ta có:

 ⇔ 

                        ⇒ .

Câu 2. Chạy bộ vào mỗi buổi sáng là hoạt động luyện tập rất tốt cho sức khỏe. Trung bình mỗi người khi chạy bộ sẽ cần hít vào 1 g không khí ở điều kiện chuẩn (áp suất 1 Bar và nhiệt độ 25 ⁰C) trong mỗi nhịp thở. Biết khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn là 1,29 kg/ và coi khối lượng không khí hít vào trong mỗi nhịp thở là bằng nhau. Tính thể tích không khí cần hít vào trong mỗi nhịp thở khi chạy bộ ở nơi có áp suất 200 kPa và nhiệt độ 20 ⁰C, theo đơn vị ml và làm tròn đến hàng đơn vị.

Cho 1 Bar = 10⁵ Pa.

Hướng dẫn giải

        Áp dụng phương trình Clapeyron:  cho khối khí cần hít vào ở điều kiện chuẩn và ở nơi đang chạy bộ lần lượt ta có:

Do khối lượng không khí hít vào trong mỗi nhịp thở được xem là bằng nhau nên .

Suy ra:  ⇒ 

        Thể tích của 1 g = 1.10⁻³ kg không khí ở điều kiện chuẩn:  m³ ≈ 775 ml.

Câu 3. Việc xác định chính xác lượng máu trong cơ thể bệnh nhân giúp bác sĩ theo dõi sức khỏe bệnh nhân tốt hơn và đồng thời phát hiện sớm các vấn đề về máu.

        Để xác định lượng máu có trong cơ thể của một bệnh nhân, bác sĩ tiêm 10 cm³ dung dịch chứa đồng vị phóng xạ ²⁴Na với nồng độ 10⁻³ mol/l vào tĩnh mạch. Sau 7,5 giờ lấy 10 cm³ máu của bệnh nhân đó thì thấy có chứa 1,4.10⁻⁸ mol ²⁴Na. Tính thể tích lượng máu V (lít) có trong bệnh nhân đó (làm tròn đến hàng phần trăm). Cho chu kì bán rã của ²⁴Na là 15 h.

Hướng dẫn giải

        Số mol ²⁴Na được tiêm vào máu là:  mol.

Sau t = 7,5 h, số mol ²⁴Na còn lại trong V (lít) máu là:

 mol.

Và trong 10 cm³ = 10⁻² lít lấy ra có chứa 1,4.10⁻⁸ mol ²⁴Na nên thể tích lượng máu có trong bệnh nhân đó là:

 lít.

Sử dụng các thông tin sau cho Câu 4 và Câu 5: Vào mùa đông, ở một số khu vực có thời tiết lạnh, người ta thường dùng lò sưởi điện để làm ấm không khí trong căn phòng kín có kích thước 3m × 5m × 10m (thể tích không khí chiếm 80% thể tích căn phòng). Một lò sưởi điện có ghi 220 V – 880 W được sử dụng với dòng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220 V.

        Khi bắt đầu bật lò sưởi điện, nhiệt độ không khí trong phòng là 15 ⁰C, áp suất 0,97.10⁵ Pa. Sau khi bật lò sưởi được một khoảng thời gian t (s), nhiệt độ không khí trong phòng là 20 ⁰C. Lượng khí thoát ra khỏi phòng không đáng kể.

        Biết khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn (áp suất 1 Bar = 10⁵ Pa, nhiệt độ 25 ⁰C) là 1,169 kg/m³; Nhiệt dung riêng của không khí là 1 005 J/(kg.K). Hiệu suất của quá trình sưởi ấm không khí trong phòng là H_{sưởi ấm} = 70%.

Câu 4. Tính khối lượng không khí trong căn phòng theo đơn vị kilogram (kg) (làm tròn đến hàng đơn vị).

Hướng dẫn giải

        Thể tích không khí trong căn phòng: 80%.3.5.10 = 120 m³.

        Áp dụng phương trình Clapeyron cho khối khí trong phòng ở điều kiện chuẩn và ở thời điểm bắt đầu bật lò sưởi điện lần lượt ta có:

 và 

Suy ra:  ⇔   kg.

Câu 5. Tính thời gian t (s) từ lúc bắt đầu bật lò sưởi đến khi nhiệt độ trong phòng bằng 20 ⁰C (làm tròn đến hàng chục).

Hướng dẫn giải

        Do lò sưởi điện được sử dụng ở điện áp hiệu dụng bằng điện áp định mức 220 V nên công suất tiêu thụ điện của lò sưởi là 880 W.

        Nhiệt lượng cần cung cấp cho khối khí trong phòng tăng nhiệt độ từ 15 ⁰C đến 20 ⁰C:

 J.

        Nhiệt lượng lò sưởi đã tỏa ra:

 ⇔  J.

        Khoảng thời gian t (s) từ lúc bắt đầu bật lò sưởi đến khi nhiệt độ trong phòng bằng 20 ⁰C:

 ⇔  s.

Câu 6. Một khối đá được phát hiện chứa 46,97 mg ²³⁸U và 23,15 mg ²⁰⁶Pb. Giả sử khối đá khi mới hình thành không chứa nguyên tố Lead (Chì – Pb) và tất cả lượng Chì có mặt trong đó đều là sản phẩm phân rã của ²³⁸U. Biết ²³⁸U phân rã thành ²⁰⁶Pb với chu kì bán rã 4,47.10⁹ năm.

Tuổi của khối đá đó hiện nay là x.10⁹ năm. Tìm x (làm tròn đến hàng phần mười).

Hướng dẫn giải

Số hạt nhân ²³⁸U đã phân rã bằng số hạt nhân ²⁰⁶Pb đã tạo thành:

 hạt.

        Số hạt nhân ²³⁸U còn lại:  hạt.

Tại thời điểm hiện nay:  ⇒ 

                                        ⇔ 

                                        ⇒  năm.