Câu 8. Bảng bên dưới cho biết nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của bốn chất.

        Chất nào ở thể lỏng tại 20 ⁰C?

        A. Chất 1.        B. Chất 2.        C. Chất 3.        D. Chất 4.

Hướng dẫn giải

        Thể lỏng là trung gian gian giữa thể rắn và thể khí. Chất rắn kết tinh nhận nhiệt lượng để tăng nhiệt độ đến nhiệt độ nóng chảy (t_nc) và diễn ra quá trình nóng chảy để chuyển sang thể lỏng. Chất lỏng tiếp tục nhận nhiệt lượng để tăng nhiệt độ đến nhiệt độ sôi (t_s) và diễn ra quá trình hóa hơi để chuyển sang thể hơi. Quá trình biến đổi ngược lại, từ thể hơi sang thể lỏng rồi sang thể rắn thì vật sẽ tỏa nhiệt.

        Như vậy, chất ở thể lỏng có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy và thấp hơn nhiệt độ sội.

Vậy, chất ở thể lỏng tại 20 ⁰C là chất 2 (− 39 ⁰C < 20 ⁰C < 357 ⁰C).

Câu 9. Trong các phát biểu sau, có bao nhiêu phát biểu đúng?

(1)        Mọi nam châm đều có hai cực: cực âm (−) và cực dương (+).

(2)        Một số loài vật có thể sử dụng từ trường để tạo ra dòng điện làm tê liệt con mồi.

(3)        Khi đặt một kim la bàn gần một dây dẫn có dòng điện chạy qua, kim la bàn sẽ bị lệch so với vị trí ban đầu.

(4)        Trái Đất là một nam châm khổng lồ, cực Bắc nam châm Trái Đất chính là cực Bắc địa lí và ngược lại.

(5)        Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt năng lượng.

        A. 1.        B. 2.        C. 3.        D. 4.

Hướng dẫn giải

Phân tích các phát biểu:

        Phát biểu (1): Sai. Vì nam châm có hai cực là cực Bắc (N) và cực Nam (S), không phải cực âm (−) và cực dương (+).

        Phát biểu (2): Đúng. Một số loài vật như cá chình điện hoặc cá đuối điện có khả năng sử dụng từ trường để tạo ra dòng điện trong cơ thể làm tê liệt con mồi.

        Phát biểu (3): Đúng. Dòng điện trong dây dẫn tạo ra từ trường, từ trường này tác dụng lực từ lên kim la bàn (kim nam châm) làm kim la bàn bị lệch khỏi hướng ban đầu.

        Phát biểu (4): Sai. Vì Trái Đất là một nam châm khổng lồ, nhưng cực Bắc địa lý lại gần với cực Nam từ tính (S) của Trái Đất và cực Nam địa lý gần với cực Bắc từ tính (N) của Trái Đất.

        Phát biểu (5): Sai. Vì cảm ứng từ  là đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực, chứ không phải năng lượng.

Vậy có 2 phát biểu đúng.

Câu 10. Chọn cụm từ và công thức phù hợp để điền vào chỗ trống.

        Cảm ứng từ là một đại lượng …(1)…, đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực. Khi một đoạn dây dẫn thẳng có chiều dài ℓ, mang dòng điện có cường độ I được đặt trong vùng từ trường có cảm ứng từ  hợp với chiều dòng điện một góc θ thì độ lớn cảm ứng từ được xác định bởi biểu thức …(2)…

        A. (1) vô hướng, (2) .        B. (1) vector, (2) .

        C. (1) vô hướng, (2) .        D. (1) vector, (2) .

Câu 11. Cho phản ứng hạt nhân:  +  →  + X. Hạt nhân X là

        A. alpha.                B. neutron.                C. deuteri.                D. proton.

Hướng dẫn giải

Phản ứng hạt nhân:  +  →  + . Hạt nhân X là hạt alpha.

Câu 12. Một đoạn dây thẳng dài ℓ = 0,5 m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với vector cảm ứng từ  một góc . Biết dòng điện I = 10 A và dây dẫn chịu tác dụng của lực F = 4. N. Độ lớn của cảm ứng từ là

        A. 0,8..        B. .        C. 1,4..        D. 1,6..

Hướng dẫn giải

Góc hợp bởi dây dẫn với vector cảm ứng từ là 30⁰ nên  hoặc .

Khi đó: .

        Độ lớn của cảm ứng từ:

 ⇔  T.

Câu 13. Trong mạch điện xoay chiều chỉ chứa điện trở R và tụ điện có điện dung C (không đổi), điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện trong mạch biến thiên điều hòa theo thời gian. Liên hệ giữa pha điện áp và pha của dòng điện là

        A. luôn luôn cùng pha với nhau.

        B. luôn luôn ngược pha với nhau.

        C. hiệu số pha không đổi theo thời gian.

        D. luôn luôn vuông pha với nhau.

Câu 14. Tốc độ toả nhiệt trên điện trở R có cường độ dòng điện cực đại I₀ được tính bằng công thức nào sau đây?

        A. 0,5.R..        B. R.        C. 2RI².        D. 4R.

Hướng dẫn giải

        Nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn:  (J).

        Tốc độ tỏa nhiệt trên điện trở R:  (J/s hay W).

(Tốc độ tỏa nhiệt hay còn được gọi là công suất tỏa nhiệt ).

Câu 15. Một khung dây dẫn phẳng, có 200 vòng dây, quay đều trong từ trường đều với tốc độ 180 vòng/phút, sao cho trục quay của nó luôn vuông góc với đường sức từ. Biết từ thông cực đại gửi qua một vòng dây có giá trị 0,02 Wb. Suất điện động cực đại ở hai đầu khung là

        A. 6ð (V).        B. 24ð (V).        C. 6ð (mV).        D. 1,44ð (V).

Hướng dẫn giải

        Từ thông qua khung dây:  (Wb).

        Suất điện động cảm ứng tại thời điểm t:  (V).

        Ta thấy:  (V).

Câu 16. Xét phản ứng nhiệt hạch:  +  →  có năng lượng tỏa ra là 3,25 MeV. Coi khối lượng mol gần bằng số khối của hạt nhân. Nếu quá trình nhiệt hạch sử dụng hết 150 g  thì tổng năng lượng thu được bằng

        A. 14,67.10²⁵ MeV.        B. 7,34.10²² MeV.        C. 14,67.10²² MeV.        D. 7,34.10²⁵ MeV.

Hướng dẫn giải

        Mỗi phản ứng nhiệt hạch đang xét cần sử dụng 2 hạt . Do đó, số lượng phản ứng nhiệt hạch khi sử dụng hết 150 g  là:

                      phản ứng.

        Tổng năng lượng thu được:

 MeV.

Câu 17. Cường độ dòng điện xoay chiều qua một mạch điện kín có biểu thức . Trong một giây, dòng điện có độ lớn bằng không bao nhiêu lần?

        A. 50 lần.        B. 2 lần.        C. 100 lần.        D. 99 lần.

Hướng dẫn giải

        Chu kì của dòng điện:  (s).

        Trong một chu kì, dòng điện có độ lớn bằng không 2 lần. Một giây tương ứng với 50 chu kì nên dòng điện có độ lớn bằng không 100 lần.

Câu 18. Treo một đoạn dây dẫn có chiều dài ℓ = 10 cm, khối lượng m = 30 g bằng hai dây mảnh, nhẹ sao cho đoạn dây dẫn nằm ngang. Biết cảm ứng từ của từ trường hướng thẳng đứng xuống dưới, có độ lớn B = 1,5 T và dòng điện chạy qua dây dẫn là I = 2 A. Lấy g = 10 m/. Bỏ qua lực từ tác dụng lên hai dây mảnh. Khi đoạn dây dẫn nằm cân bằng, góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng có số đo bằng

        A. 30⁰.        B. 45⁰.

        C. 60⁰.        D. 35⁰.

Hướng dẫn giải

        Trọng lượng của đoạn dây dẫn:  N.

        Lực điện tác dụng đoạn dây dẫn:  N.

        Góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng:  ⇒ .

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 bạn học sinh làm thí nghiệm, lấy 1,2 kg nước đá (dạng viên nhỏ) trong tủ đông nơi có nhiệt độ − 18 °C để đưa vào đun trong một bình điện đun nước (bình điện) chuyên dụng có thành bằng thuỷ tỉnh có thể quan sát được bên trong như Hình I.1. Thông số kĩ thuật của bình điện được cho như Bảng I.1.

        Học sinh đo nhiệt độ của nước đá, nước theo thời gian và đồ thị biểu diễn như trong Hình I.2. Biết nhiệt dung riêng và nhiệt nóng chảy riêng của nước đá lần lượt là 2 100 J/(kg.K), 334 000 J/kg; nhiệt hóa hơi riêng của nước là 2,3.10⁶ J/kg. Bình điện được cắm vào nguồn điện 220 V.

        Hiệu suất đun nước của bình điện được xem không đổi trong suốt quá trình đun. Bỏ qua sự thoát hơi nước trong quá trình đun nước.

        a) Nhiệt lượng khối nước đá đã nhận vào để nóng chảy hoàn toàn là 400 800 J.

        b) Hiệu suất đun nước của bình điện bằng 90,(18)%.

        c) Nhiệt dung riêng của nước được xác định từ thí nghiệm trên có giá trị bằng 4 225 J/(kg.K).

        d) Nếu bạn học sinh tiếp tục đun nước thì sau khoảng 1,85 giờ bếp tự động tắt (tính từ thời điểm nước bắt đầu sôi; nắp bình được mở trong suốt quá trình hóa hơi).

Hướng dẫn giải:

        a) Nhiệt lượng khối nước đá đã nhận vào để nóng chảy hoàn toàn:

                ⇔  J.

        b) Nhiệt lượng bình điện đã tỏa ra để đun khối nước đá nóng chảy hoàn toàn:

 J.

Hiệu suất đun nước của bình điện:

        c) Nhiệt dung riêng của nước (c_n) được xác định từ thí nghiệm trên có giá trị bằng:

 ⇔  ⇔  J/(kg.K).

        d) Khoảng thời gian nước bắt đầu sôi đến khi bình điện tự động tắt () (tính từ thời điểm nước bắt đầu sôi):

 ⇔  ⇔  (s)  (h).

Câu 2. Một bình kín chứa 1 mol khí Helium ở áp suất 10⁵ N/m² ở 27 ⁰C. Lấy  J/K.

        a) Thể tích của bình xấp xỉ bằng 15 lít.

        b) Nung nóng bình đến khi áp suất của khối khí là 5.10⁵ N/m². Nhiệt độ của khối khí khi đó là 1 227 ⁰C.

        c) Sau đó, van điều áp mở ra và một lượng khí thoát ra ngoài, nhiệt độ vẫn giữ không đổi, áp suất giảm còn 4.10⁵ N/m². Lượng khí còn lại trong bình là 0,4 mol.

        d) Động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí Helium còn lại trong bình là  J.

Hướng dẫn giải

        a) Áp dụng phương trình Clapeyron: 

                ⇔  lít.

Thể tích của bình là 24,93 lít.

        b) Quá trình đẳng tích nên ta có:  ⇔ .

Nhiệt độ của khối khí ngay sau khi nung nóng là .

        c) Áp dụng phương trình Clapeyron:  (; )

                ⇔ .

Lượng khí còn lại trong bình là 0,6 mol.

        d) Động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí Helium còn lại trong bình là:

 J.

Câu 3. Một nhóm học sinh dùng ống dây nối với điện kế nhạy có điểm 0 ở giữa để làm thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ. Trục của ống dây và trục của nam châm đặt nằm ngang và trùng nhau.

        Họ di chuyển một thanh nam châm lại gần một đầu ống dây như hình bên. Kim của điện kế lệch sang trái.

        a) Khi thanh nam châm di chuyển lại gần ống dây, từ thông xuyên qua tiết diện ống dây thay đổi và tạo ra một suất điện động cảm ứng trong ống dây. Suất điện động cảm ứng này sinh ra dòng điện cảm ứng, làm kim của điện kế bị lệch (lệch sang trái).

        b) Để kim điện kế lệch sang phải, cần làm cho dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại. Điều này có thể thực hiện bằng cách: di chuyển thanh nam châm ra xa ống dây thay vì lại gần, hoặc đảo cực của thanh nam châm (đưa cực Nam đến gần ống dây thay vì cực Bắc).

        c) Để số chỉ trên điện kế lớn hơn (tức là tăng cường độ dòng điện cảm ứng), cần giảm tốc độ thay đổi từ thông qua tiết diện ống dây, bằng cách: di chuyển thanh nam châm nhanh hơn; sử dụng nam châm mạnh hơn (từ trường lớn hơn); tăng số vòng dây của ống dây; …

        d) Dòng điện cảm ứng trong ống dây chỉ mất đi khi thanh nam châm nằm yên trong lòng ống dây.

Hướng dẫn giải

        a) Đúng. Đây là hiện tượng cảm ứng điện từ.

        b) Đúng. Kim điện kế lệch theo chiều ngược lại khi dòng điện cảm ứng đổi chiều. Dòng điện cảm ứng đổi chiều khi từ thông xuyên qua tiết diện ống dây đang tăng thì chuyển sang giảm hoặc ngược lại.

        c) Sai. Để số chỉ trên điện kế lớn hơn (tức là tăng cường độ dòng điện cảm ứng), cần tăng tốc độ thay đổi từ thông qua tiết diện ống dây ().

        d) Sai. Dòng điện cảm ứng trong ống dây mất đi khi thanh nam châm và ống dây đứng yên so với nhau hoặc chuyển động cùng vận tốc; thanh nam châm quay quanh trục song song với trục ống dây; …

Câu 4. Trong vật lý hạt nhân, máy đo bức xạ (máy đếm/ống đếm) Geiger-Muller được sử dụng rộng rãi trong việc đo số lượng hạt α,  bằng cách ứng dụng khả năng ion hoá của các tia bức xạ này.

        Số tín hiệu máy đếm được tỉ lệ thuận với số lượng hạt nhân bị phân rã.

        Xét hai máy đếm Geiger-Muller giống nhau lần lượt được chiếu xạ bởi hai mẫu chất phóng xạ  và  (mỗi hạt nhân khi phân rã chỉ phát ra một tia phóng xạ). Biết rằng các mẫu chất phóng xạ được đặt ở cùng một khoảng cách so với các máy đếm tại hai phòng khác nhau. Cho khối lượng của từng mẫu phóng xạ tại thời điểm ban đầu đều là 1,5 g.

        Lấy khối lượng của các hạt nhân gần bằng số khối của chúng; chu kì bán rã của  và  lần lượt là 138,4 ngày và 8,02 ngày.

        a) Ban đầu, số nguyên tử  có trong 1,5 g là 4,3.10²¹ nguyên tử.

        b) Số lượng hạt nhân  phân rã trong vòng 1 ngày đầu tiên xấp xỉ bằng 6,3.10²¹ hạt.

        c) Sau 1 ngày đầu tiên, máy đo bức xạ ứng với mẫu chất chứa  đếm được nhiều tín hiệu hơn.

        d) Độ phóng xạ của hạt nhân  sau 1 ngày đầu tiên xấp xỉ bằng 2,14.10¹⁹ Bq.

Hướng dẫn giải

        a) Số nguyên tử  có trong 1,5 g ban đầu là:

 nguyên tử.

        b) Số lượng hạt nhân  phân rã trong vòng 1 ngày đầu tiên là:

.

                                                  hạt.

        c) Số lượng hạt nhân  phân rã trong vòng 1 ngày đầu tiên là:

 hạt.

Theo Câu b, ta có số lượng hạt nhân  phân rã trong vòng 1 ngày đầu tiên là  hạt; .

Mà mỗi hạt nhân khi phân rã chỉ phát ra một tia phóng xạ.

Vậy sau 1 ngày đầu tiên, máy đo bức xạ ứng với mẫu chất chứa  đếm được nhiều tín hiệu hơn.

        d) Độ phóng xạ của hạt nhân  sau 1 ngày đầu tiên là:

 Bq.

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

Câu 1. Một viên đạn chì có khối lượng 60 g đang bay với tốc độ v₀ = 180 km/h đến tấm thép. Sau khi xuyên qua tấm thép, tốc độ viên đạn giảm còn v = 36 km/h. Nếu 65% lượng nội năng của viên đạn tăng lên đã chuyển hóa thành nhiệt lượng làm nóng viên đạn thì độ tăng nhiệt độ của đạn là bao nhiêu Kelvin (K)? (làm tròn đến hàng đơn vị). Cho nhiệt dung riêng của chì là 130 J/(kg.K).

Hướng dẫn giải:

        Đổi đơn vị: 60 g = 0,06 kg; 180 km/h = 50 m/s; 36 km/h = 10 m/s.

        Công của lực do tấm thép tác dụng lên viên đạn:

        Áp dụng định lí động năng, ta có:

 J.

        Viên đạn chì nhận công nên nội năng tăng một lượng:  J.

        Nhiệt lượng làm viên đạn nóng lên:  J.

        Độ tăng nhiệt độ của viên đạn:  ⇔  K.

Sử dụng các thông tin sau cho Câu 2 và Câu 3: Một lượng khí Oxygen thực hiện biến đổi trạng thái theo chu trình được biểu diễn như đồ thị ở hình bên. Cho ℓ; ℓ; ; ; khối lượng mol của nguyên tử Oxygen là 16 g/mol.

Câu 2. Tính nhiệt độ của khối khí ở trạng thái (3) theo đơn vị Kelvin (K) (làm tròn đến hàng đơn vị).

Hướng dẫn giải

        Phương trình đường thẳng biểu diễn sự phụ thuộc của V (ℓ) theo T (K) trong quá trình từ (2) sang (3) và sang (4) có dạng: 

        + Ở trạng thái (2), ta có:  ⇔  (Với ) (5)

        + Ở trạng thái (4), ta có:  ⇔  (6)

Từ (5) và (6) ta có:  ⇔  ⇒ 

Ở trạng thái (3), ta có:  (7)

        Áp dụng phương trình Clapeyron cho khối khí ở trạng thái (1) và (3), ta có:

 và 

Mà: 

Suy ra:  ⇔  ⇔  (8)

Từ (7) và (8), suy ra:  ⇒ .

Câu 3. Tính trung bình của bình phương tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử khí Oxygen ở trạng thái (1) theo đơn vị m²/s² (làm tròn đến hàng đơn vị).

Hướng dẫn giải

        Trung bình của bình phương tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử khí Oxygen ở trạng thái (1):

 ⇔  ⇔  m²/s².

Câu 4. Cường độ dòng điện xoay chiều qua một đoạn mạch có biểu thức  (A), trong đó, t được đo bằng giây (s). Biết rằng trong thời gian 0,1 s thì dòng điện tăng từ giá trị 0 A đến 3 A. Hãy tính tần số của dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch.

Hướng dẫn giải

        Trong khoảng thời gian 0,1 s, dòng điện tăng từ giá trị 0 A (i = 0) đến 3 A (i = I₀) tương ứng:

 s ⇔  s ⇒  Hz.

Sử dụng các thông tin sau cho Câu 5 và Câu 6: Các nhà khoa học đã xác định được độ phóng xạ của 1g mẫu Carbon trong cơ thể sinh vật sống là 0,231 Bq. Biết rằng, trong số các đồng vị của Carbon có trong mẫu, chỉ có  là đồng vị phóng xạ với chu kì bán rã là 5 730 năm (lấy 1 năm có 365 ngày).

Câu 5. Số nguyên tử  có trong 1 g mẫu Carbon trong cơ thể sinh vật sống bằng x.10¹⁰ nguyên tử. Tìm x (làm tròn đến hàng phần trăm).

Hướng dẫn giải

        Số nguyên tử  có trong 1 g mẫu Carbon trong cơ thể sinh vật sống:

Ta có:  ⇔  nguyên tử.

Câu 6. Vào ngày 19/9/1991, trong khi đang tìm đường vượt qua dãy Otzal Alps, hai nhà leo núi người Đức đã phát hiện thấy xác ướp người cổ được bảo quản hầu như nguyên vẹn trong băng tuyết tại Hauslabjoch, khu vực giữa biên giới Áo và Italia. Xác ướp đó được đặt tên là người băng Otzi.

        Tại thời điểm này, các nhà khoa học đã đo được độ phóng xạ của 1 g mẫu Carbon trong cơ thể người băng Otzi là 0,121 Bq. Xác định niên đại của người băng đó theo đơn vị năm (làm tròn đến hàng trăm).

Hướng dẫn giải

        Tại thời điểm các nhà khoa học đo được độ phóng xạ của 1 g mẫu Carbon trong cơ thể người băng Otzi là 0,121 Bq, ta có:

 ⇒  năm.