C. Tia α phát ra từ nguồn phóng xạ bị lệch về phía bản kim loại nhiễm điện dương.

        D. Tia α phát ra từ nguồn phóng xạ bị lệch về phía bản kim loại nhiễm điện âm.

Hướng dẫn giải

        Tia α phát ra từ nguồn phóng xạ sẽ bị lệch về phía bản kim loại nhiễm điện âm. Vì tia α là dòng các hạt nhân helium () mang điện dương sẽ bị lực điện của từ trường tạo bởi hai bản kim loại đặt song song và tích điện trái dấu hút về phía bản kim loại nhiễm điện âm.

Câu 10. Một lượng khí lí tưởng chứa trong xi lanh có pit-tông di chuyển không ma sát như hình vẽ. Pit-tông có tiết diện . Ban đầu khối khí có thể tích , áp suất . Sau đó, ta kéo pit-tông di chuyển chậm sang phải một đoạn 4 cm để nhiệt độ khối khí không đổi. Áp suất khí trong xi lanh khi đó đã giảm đi

        A. 0,67.10⁵ Pa.        B. 0,33.10⁵ Pa.        C. 1,5.10⁵ Pa.        D. 0,5.10⁵ Pa.

Hướng dẫn giải

        Do khối khí thực hiện quá trình đẳng nhiệt nên ta có:

 ⇔ 

                        ⇔ .

Vậy áp suất khối khí giảm đi .

Câu 11. Trong một mẫu chất phóng xạ, tại thời điểm ban đầu (t = 0), mẫu chất có  hạt nhân. Biết hằng số phóng xạ và chu kì bán rã của chất phóng xạ này lần lượt là ë và T.  Sau đó một khoảng thời gian t, số lượng hạt nhân còn lại trong mẫu chất đó () được xác định bằng biểu thức nào sao đây?

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

Hướng dẫn giải

        Số hạt nhân còn lại tại thời điểm t là .

Câu 12. Hai dây dẫn thẳng dài được đặt song song với nhau, cách nhau r = 5 mm, mỗi dây dài 1 m mang dòng điện 5 A ngược chiều nhau. Lực từ do dây dẫn này tác dụng lên dây dẫn kia bằng

        A. 0,01 N.        B. 1 mN.        C. 3,14 mN.        D. 6,28 mN.

Hướng dẫn giải

        Lực từ do dây dẫn này tác dụng lên dây dẫn kia là .

        Xét lực từ do từ trường của dòng điện  tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện :

                .

Câu 13. Xét một khung dây dẫn kín, hình vuông có cạnh dài 10 cm được đặt trong từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ  T. Biết vector pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với vector cảm ứng từ một góc 60°. Khi cho độ lớn cảm ứng từ giảm đều về 0 trong khoảng thời gian 0,01 s thì độ lớn suất điện động cảm ứng sinh ra trong khung dây bằng

        A.  mV.        B.  mV.        C.  V.        D.  V.

Hướng dẫn giải

        Diện tích khung dây: .

        Từ thông qua khung dây khi cảm ứng từ có độ lớn  T:

.

        Từ thông qua khung dây khi cảm ứng từ có độ lớn 0 T:

.

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

.

Câu 14. Một học sinh đang tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của một máy phát điện xoay chiều đơn giản được minh họa như hình bên. Kí hiệu X trên sơ đồ chỉ bộ phận nào sau đây?

        A. Thanh quét.                B. Khung dây dẫn.

        C. Hai vòng nam châm.                D. Vành khuyên.

Hướng dẫn giải

        Kí hiệu X trên sơ đồ chỉ bộ phận vành khuyên. Đây là bộ phận giúp dòng điện chạy liên tục giữa cuộn dây và phần còn lại của mạch điện.

Câu 15. Chọn phát biểu đúng. Sóng điện từ

        A. là sóng dọc.

        B. là điện từ trường lan truyền trong không gian.

        C. có thành phần điện trường và thành phần từ trường tại một điểm dao động cùng phương.

        D. không truyền được trong chân không.

Hướng dẫn giải

        Phát biểu A sai. Vì sóng điện từ là sóng ngang.

        Phát biểu B đúng. Vì sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

        Phát biểu C sai. Vì sóng điện từ có thành phần điện trường và từ trường tại một điểm dao động cùng pha với phương vuông góc nhau.

        Phát biểu D sai. Vì sóng điện từ truyền được trong môi trường đàn hồi và cả trong chân không.

Câu 16. Hạt nhân deuterium  có khối lượng 2,0136 amu. Biết khối lượng của hạt proton và neutron lần lượt là 1,0073 amu và 1,0087 amu. Biết . Năng lượng liên kết riêng của nó bằng

        A. 1,1178 MeV.        B. 4,4712 MeV.        C. 5,589 MeV.        D. 2,2356 MeV.

Hướng dẫn giải

        Độ hụt khối của hạt nhân deuterium  là:

 amu.

        Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân deuterium  là:

Thay số liệu vào, ta được:

.

Câu 17. Sau 3 giờ phóng xạ, số hạt nhân của một mẫu đồng vị phóng xạ chỉ còn 25% số hạt nhân ban đầu. Chu kì bán rã của đồng vị này là

        A. 1 giờ.        B. 2 giờ.        C. 2,5 giờ.        D. 1,5 giờ.

Hướng dẫn giải

        Số hạt nhân còn lại sau khoảng thời gian t là:

 ⇔  ⇒  giờ.

Câu 18. Hiện nay, đồng vị phóng xạ  được sử dụng rộng rãi trong việc chẩn đoán các bệnh ung thư nhờ vào công nghệ chụp cắt lớp bằng phát xạ positron (Positron Emission Tomography - PET). Hình bên là máy PET. Giả sử rằng một bệnh nhân được tiêm một lượng chất phóng xạ  với độ phóng xạ là 320 Bq trước khi quá trình chụp ảnh diễn ra. Hỏi sau bao lâu kể từ thời điểm tiêm thì độ phóng xạ trong cơ thể bệnh nhân giảm còn 20 Bq? Biết rằng chu kì bán rã của  là 110 ngày.

        A. 220 ngày.        B. 418 ngày.         C. 440 ngày.         D. 1 760 ngày.

Hướng dẫn giải

        Độ phóng xạ của  tại một thời điểm được xác định bằng biểu thức:

 ⇔  ⇒  ngày.

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. Hai thỏi băng có khối lượng lần lượt là  (kg) và  (kg) được đặt trong hai nhiệt lượng kế giống hệt nhau. Cấp nhiệt cho hai thỏi băng bằng nguồn nhiệt (dây nung) có cùng công suất 𝒫 không đổi và theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của chúng trong 10 phút. Hình bên dưới là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chênh lệch nhiệt độ  giữa hai nhiệt lượng kế theo thời gian . Các điểm ngắt trong đồ thị tương ứng với các thời điểm , , , , .

        Cho nhiệt nóng chảy riêng của nước đá là  kJ/kg, nhiệt dung riêng của nước đá là  J/(kg.K) và nhiệt dung riêng của nước là  J/(kg.K).

        Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường và nhiệt lượng kế.

        a) Trong khoảng thời gian từ  đến , nhiệt độ của thỏi băng có khối lượng  tăng đến 0 °C. Đến thời điểm , thỏi băng có khối lượng  nóng chảy hoàn toàn.

        b) Khối lượng của hai thỏi băng lần lượt là , .

        c) Công suất của nguồn nhiệt là .

        d) Nhiệt độ ban đầu của hai thỏi băng xấp xỉ bằng − 60 °C.

Hướng dẫn giải

        a) Từ đồ thị đã cho, ta có thể biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ từng thỏi băng theo thời gian như đồ thị bên dưới:

        Trong khoảng thời gian từ  đến , nhiệt độ của thỏi băng có khối lượng  tăng đến 0 °C. Đến thời điểm , thỏi băng có khối lượng  nóng chảy hoàn toàn.

        b) Dựa vào đồ thị ở câu a, ta xác định được: trong khoảng thời gian từ  đến , nhiệt độ của thỏi băng có khối lượng  tăng đến 0 °C.

        Nhiệt lượng thỏi băng có khối lượng  thu vào để tăng nhiệt độ đến 0 °C:

 (1)

        Nhiệt lượng thỏi băng có khối lượng  thu vào để tăng nhiệt độ đến 0 °C:

 (2)

Từ (1) và (2) suy ra:  ⇔  ⇔ .

                ⇒ .

Vậy, khối lượng của hai thỏi băng lần lượt là , .

        c) Dựa vào đồ thị ở câu a, ta xác định được quá trình nóng chảy của thỏi băng có khối lượng  diễn ra từ  đến . Nhiệt lượng khối băng đã thu vào trong quá trình này là:

 ⇔  ⇔ .

Vậy công suất của nguồn nhiệt là .

        d) Thay  vào , ta được:

 ⇔ .

Vậy nhiệt độ ban đầu của hai thỏi băng là .

Câu 2. Một mol khí helium chứa trong một xilanh đậy kín bởi một pit-tông (pit-tông có thể dịch chuyển không ma sát), khối khí thực hiện quá trình biến đổi trạng thái từ (1) → (2) → (3) theo đồ thị hình bên. Biết rằng ở trạng thái (1), khối khí có thể tích 10.10⁻³ m³ và áp suất 6.10⁵ Pa. Ở trạng thái (2), khối khí có thể tích 30.10⁻³ m³ và áp suất 2.10⁵ Pa.

        a) Nhiệt độ của khối khí ở trạng thái (1) xấp xỉ bằng 722 K.

        b) Trong quá trình biến đổi trạng thái từ (1) → (2), nhiệt độ lớn nhất của khối khí xấp xỉ bằng 963 K.

        c) Trong quá trình biến đổi trạng thái từ (1) → (2), tỉ số giữa động năng tịnh tiến trung bình (của nguyên tử khí helium) cực đại và cực tiểu là .

        d) Công mà khối khí nhận được trong quá trình biến đổi trạng thái từ (2) → (3) xấp xỉ 5 933 J.

Hướng dẫn giải:

        a) Nhiệt độ của khối khí ở trạng thái (1):

Ta có:  ⇔ .

        b) Trong quá trình biến đổi trạng thái từ (1) → (2), mối liên hệ giữa p và V được xác định bởi biểu thức: .

Từ đồ thị, ta có:  ⇒  ⇒ 

        ⇔ 

Mà: 

Suy ra:  ⇔ 

 ⇔  ⇒ .

        c) Theo kết quả của câu b, ta có:  và 

Trong quá trình biến đổi trạng thái từ (1) → (2),  khi  hoặc 

                ⇒ .

Và tỉ số giữa động năng tịnh tiến trung bình (của nguyên tử khí helium) cực đại và cực tiểu là:

        d) Điểm biểu diễn trạng thái (1) và (3) nằm trên đường thẳng đi qua gốc tọa độ nên mối liện hệ giữa p và V có dạng: 

Ở trạng thái (1), ta có:  ⇔  ⇔ 

⇒ 

Ở trạng thái (3), ta có:  ⇔  ⇔ .

Công mà khối khí nhận được trong quá trình biến đổi trạng thái từ (2) → (3) (nén đẳng áp) là:

 J.

Câu 3. Xét một đoạn dây dẫn AB đồng chất nằm ngang có khối lượng 0,015 kg, thẳng và dài 0,25 m được treo trong từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ là 0,15 T, các đường sức từ có phương nằm ngang và vuông góc với đoạn dây dẫn AB, có chiều như hình vẽ bên. Lấy g = 10 m/s². Biết lò xo đang ở trạng thái tự nhiên và dây treo không nhiễm từ. Cho độ cứng của lò xo là 10 N/m.

        a) Dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn AB khi đó có chiều từ A đến B.

        b) Cường độ dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn AB khi đó là 4 A.

        c) Khi ta đổi chiều dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn AB so với chiều ban đầu thì lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn đó có chiều hướng lên trên.

        d) Sau khi ta đổi chiều dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn AB thì lò xo bị biến dạng một đoạn 2 cm.

Hướng dẫn giải

        a) Hợp lực tác dụng lên đoạn dây dẫn AB là .

        Do lò xo ở trạng thái tự nhiên (không bị giãn và không bị nén hay ) nên khi đoạn dây dẫn AB nằm cân bằng thì  hay .

        Suy ra, lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn AB có phương thẳng đứng, chiều hướng lên trên.

        Dựa vào quy tắc bàn tay trái, ta xác định được chiều của dòng điện chạy qua dây dẫn AB là từ A đến B.

        b) Theo kết quả câu a, ta có:  ⇒  ⇔ 

                ⇔ .

        c) Ban đầu, dòng điện đi từ A đến B (kết quả câu a), sau khi đổi chiều dòng điện thì dòng điện có chiều từ B đến A. Sử dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn AB là hướng từ trên xuống (phương thẳng đứng).

        d) Khi đoạn dây dẫn nằm cân bằng, ta có:

         (với )

⇒ 

⇔ 

⇔ .

Câu 4. Hạt nhân  hấp thụ một neutron nhiệt rồi vỡ ra thành hai hạt nhân ⁹⁵X và  kèm theo giải phóng một số hạt neutron mới. Biết rằng tổng khối lượng các hạt tương tác lớn hơn tổng khối lượng các hạt sản phẩm là 0,182 amu. Cho .

        a) Đây là quá trình nhiệt hạch do tỏa ra năng lượng nhiệt rất lớn.

        b) Hạt nhân X là rubidium .

        c) Quá trình này giải phóng kèm theo 3 hạt neutron mới.

        d) Năng lượng tỏa ra sau phản ứng là 169,533 MeV.

Hướng dẫn giải

        a) Đây là phản ứng phân hạch, không phải phản ứng nhiệt hạch. Vì hạt nhân nặng  hấp thụ một neutron nhiệt rồi vỡ ra thành hai hạt nhân nhẹ hơn. Còn phản ứng nhiệt hạch, các hạt nhân nhẹ kết hợp thành hạt nhân nặng hơn.

        b) Phương trình phản ứng hạt nhân: 

Theo định luật bảo toàn số nucleon, ta có:  ⇔ 

Theo định luật bảo toàn điện tích, ta có:  ⇔ 

Vậy hạt nhân X là rubidium .

        c) Dựa vào kết quả câu b, ta có .

Vậy quá trình này giải phóng kèm theo 4 hạt neutron mới.

        d) Do  nên phản ứng tỏa nhiệt.

Năng lượng tỏa ra sau phản ứng là .

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

Câu 1. Xét một nhiệt kế sử dụng hai thang đo khác nhau với cách chọn mốc như sau:

        Thang đo Celsius (nhiệt độ kí hiệu t, có đơn vị °C) chỉ vạch 0 °C ứng với điểm nước đá tinh khiết đang tan ở áp suất 1 atm và chỉ 100 °C ứng với điểm nước tinh khiết đang sôi ở áp suất 1 atm.

        Thang đo Y (nhiệt độ kí hiệu , có đơn vị °Y) chỉ vạch − 20 °Y ứng với điểm nước đá tinh khiết đang tan ở áp suất 1 atm và chỉ 180 °Y ứng với điểm nước tinh khiết đang sôi ở áp suất 1 atm.

        Ở nhiệt độ bao nhiêu °C thì số chỉ trên hai thang đo cùng giá trị?

Hướng dẫn giải:

        Phương trình tuyến tính giữa t và : 

        Theo đề bài, ta có hệ phương trình:

 ⇔  ⇒ 

        Khi số chỉ trên hai thang đo cùng giá trị , ta có:

 ⇔ .

Vậy tại nhiệt độ 20 °C thì số chỉ trên hai thang đo cùng giá trị.

Câu 2. Một học sinh bố trí thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước như hình bên. Khối lượng nước được sử dụng là 115 g. Khi công tắc K đóng, số chỉ trên ampe kế và vôn kế lần lượt là 5 A và 24 V.

        Học sinh theo dõi và vẽ đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ của nước theo thời gian như hình bên dưới.

        Bỏ qua sự trao đổi nhiệt lượng với môi trường, nhiệt lượng kế và que khuấy. Dựa vào tọa độ của hai điểm P và H, hãy tính nhiệt dung riêng của nước theo đơn vị J/(kg.K).

Hướng dẫn giải

        Do bỏ qua sự truyền nhiệt lượng với môi trường, nhiệt lượng kế và que khuấy nên nhiệt lượng dây nung tỏa ra bằng nhiệt lượng nước thu vào. Khi đó, ta có:

 ⇔  J/(kg.k).

Câu 3. Một thanh dẫn điện CD trượt không ma sát trên hai thanh kim loại song song đặt trong vùng từ trường đều và vuông góc với các đường sức từ như hình vẽ bên. Biết B = 0,6 T, CD = AB = 0,15 m, toàn bộ mạch có điện trở 20 Ω. Thanh đang chuyển động về bên trái với vận tốc có độ lớn 6 m/s và có hướng vuông góc với thanh CD. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch theo đơn vị mA (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị).

Hướng dẫn giải

        Suất điện động cảm ứng trong đoạn dây chuyển động (thanh CD có chiều dài ℓ) có độ lớn:

        Cường độ dòng điện chạy trong mạch là:

.

Câu 4. Hiện tượng lưu ảnh của mắt là hiện tượng mà cảm giác về ánh sáng của mắt vẫn được não ghi nhận dù ánh sáng không còn truyền vào mắt nữa. Thời gian lưu ảnh trung bình của mắt người vào khoảng 0,1 s. Thông số này rất quan trọng để các kĩ sư thiết kế tần số của mạng điện xoay chiều dùng trong thắp sáng.

        Một bóng đèn cần điện áp có độ lớn tối thiểu là 100 V để phát sáng, được đặt vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng là 220 V. Tính tần số tối thiểu của điện áp (theo đơn vị Hz) để mắt người không cảm thấy đèn chớp nháy liên tục, làm ảnh hưởng đến sức khỏe của mắt người. (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm)

Hướng dẫn giải

        Điều kiện để đèn sáng: u = 220 

        Các giá trị của pha điện áp mà tại đó làm đèn sáng lên hoặc tắt đi là:

= hoặc  = á + ð

=  hoặc  = á + ð

        Với 

        Khoảng thời gian mỗi lần đèn tắt là: Ät = .

        Để mắt người không cảm nhận được đèn tắt thì Ät  ⇔  (với )

        ⇒  Hz.

Vậy tần số tối thiểu của điện áp để mắt người không cảm thấy đèn chớp nháy liên tục là 1,04 Hz.

        Sử dụng các thông tin sau cho Câu 5 và Câu 6: Trong thành phần sữa bò có chứa potassium với nồng độ 2 g/ℓ. Trong đó có 0,0117 % là đồng vị phóng xạ potassium  với chu kì bán rã là 1,25.10⁹ năm.

        Sau tai nạn ở nhà máy điện hạt nhân Chernobyl vào năm 1986, người ta phát hiện có các đồng vị phóng xạ  trong khí quyển. Mưa sẽ làm cỏ nhiễm đồng vị phóng xạ này và cuối cùng nó xuất hiện trong sữa bò. Người ta đo được độ phóng xạ  trong sữa bò ở Ba Lan lúc đó là 2 kBq/ℓ. Biết chu kì bán rã của  là 8,02 ngày.

        Khối lượng của nguyên tử được xem gần bằng số khối của nguyên tử tính theo đơn vị amu. Lấy một năm có 365 ngày.

Câu 5. Tính độ phóng xạ của đồng vị phóng xạ  có trong 3 lít sữa bò theo đơn vị Bq (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị).

Hướng dẫn giải

        Khối lượng của đồng vị phóng xạ  có trong 3 lít sữa bò là:

        Độ phóng xạ của đồng vị phóng xạ  có trong sữa bò khi đó là:

.

Câu 6. Sau bao lâu thì độ phóng xạ của đồng vị phóng xạ  có trong 3 lít sữa bò ở Ba Lan khi đó giảm xuống bằng độ phóng xạ của đồng vị phóng xạ  được tính ở Câu 5?

Hướng dẫn giải

        Độ phóng xạ của đồng vị phóng xạ  có trong sữa bò ở thời điểm t có giá trị bằng độ phóng xạ của đồng vị phóng xạ  có trong 3 lít sữa bò, được xác định bằng biểu thức:

 ⇔ 

                ⇒  ngày.