Dùng quy tắc bàn tay phải, ta xác định được chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây (nhìn từ trên xuống) cùng chiều quay của kim đồng hồ.

Câu 11. Không khí là hỗn hợp khí có chứa oxygen chiếm 21% về khối lượng. Biết khối lượng mol của phân tử oxygen là 32 g/mol. Số phân tử oxygen có trong 1 g không khí xấp xỉ bằng

        A. 3,95.10²¹ phân tử.        B. 4,36.10²¹ phân tử.        C. 1,88.10²² phân tử.        D. 2,08.10²² phân tử.

Hướng dẫn giải

        Khối lượng oxygen có trong 1g không khí là:  g.

        Số phân tử oxygen:  phân tử.

Câu 12. Một khối khí lí tưởng thực hiện quá trình biến đổi trạng thái có nhiệt độ tăng từ 27 ⁰C lên 87 ⁰C, áp suất được giữ không đổi và thể tích khối khí thay đổi một lượng là 1,4 lít. Thể tích khối khí trước và sau khi tăng nhiệt độ lần lượt là

        A. 0,63 lít và 2,03 lít.        B. 2,03 lít và 3,43 lít.        C. 5,6 lít và 7 lít.        D. 7 lít và 8,4 lít.

Hướng dẫn giải

        Khối khí thực hiện quá trình biến đổi trạng thái đẳng áp, nên ta có:

                 ⇔  (Do V ~ T nên T tăng thì V tăng)

                ⇔  lít.

                ⇒  lít.

Câu 13. Cho hai dây dẫn thẳng dài vô hạn, đặt song song lần lượt có dòng điện  A và  A chạy qua. Xét mặt phẳng (Oxy) vuông góc với cả hai dây dẫn và cắt hai dây dẫn lần lượt tại A và B như hình vẽ bên. Biết  cm, độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài một khoảng r (m) được xác định bằng biểu thức . Độ lớn cảm ứng từ do từ trường của hai dòng điện gây ra tại M (M là trung điểm AB) bằng

        A. 10⁻⁵ T.        B. 2.10⁻⁵ T.        C. 3.10⁻⁵ T.        D. 0,5.10⁻⁵ T.

Hướng dẫn giải

        Độ lớn cảm ứng từ do dòng điện  gây ra tại M là:  T.

        Độ lớn cảm ứng từ do dòng điện  gây ra tại M là:  T.

        Do  ngược hướng với  nên độ lớn cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M là:

 T.

Câu 14. Một khung dây dẫn kín có 100 vòng, mỗi vòng có diện tích 50 cm², được đặt trong từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ 0,4 T. Cho khung dây quay đều quanh trục Ä (Ä nằm trong mặt phẳng khung dây và vuông góc với vectơ cảm ứng từ) với tốc độ 12 vòng/giây. Điện trở của khung dây là 1,6 Ù. Chọn gốc thời gian t = 0 là thời điểm vectơ cảm ứng từ cùng phương, cùng chiều với vectơ đơn vị pháp tuyến của mặt phẳng khung dây. Biểu thức cường độ dòng điện chạy trong khung dây dẫn kín đó là

        A.  A.        B.  A.

        C.  A.        D.  A.

Hướng dẫn giải

        Khung dây dẫn kín quay đều với tốc độ góc là:  rad/s

        Tại thời điểm ban đầu t = 0, ta có  cùng hướng với  hay  rad.

        Biểu thức của từ thông qua khung dây là:

 (Wb).

        Biểu thức suất điện động cảm ứng trong khung dây là:

 (V).

        Biểu thức cường độ dòng điện chạy trong khung dây dẫn kín đó là:

 (A).

Câu 15. Thanh kim loại dẫn điện có thể lăn không ma sát dọc theo hai đoạn dây dẫn trần không nhiễm từ và được nối vào nguồn điện tạo thành mạch điện như hình vẽ bên. Khi đóng công tắc K, thanh kim loại sẽ

        A. chuyển động về bên phải.

        B. chuyển động về bên trái.

        C. đứng yên.

        D. chuyển động lên cực bắc của nam châm.

Hướng dẫn giải

        Khi đóng công tắc K, dòng điện chạy qua thanh kim loại có chiều như hình vẽ bên.

        Sử dụng quy tắc bàn tay trái, ta xác định được hướng của lực từ tác dụng lên thanh kim loại như hình vẽ bên.

        Vậy thanh kim loại sẽ chuyển động về bên phải.

Câu 16. Đồ thị ở hình bên dưới biểu diễn cường độ dòng điện xoay chiều theo thời gian.

Trong các phát biểu sau, phát biểu nào sai?

        A. Cường độ dòng điện hiệu dụng bằng  A.

        B. Chu kì của dòng điện xoay chiều là 0,02 s.

        C. Tần số góc của dòng điện xoay chiều là 100ð rad.

        D. Biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều theo thời gian là  (A).

Hướng dẫn giải

        Từ đồ thị cường độ dòng điện xoay chiều theo thời gian, ta xác định được:

        Cường độ dòng điện hiệu dụng bằng  A.

        Chu kì của dòng điện xoay chiều là 0,02 s.

        Tần số góc của dòng điện xoay chiều là  rad/s.

        Tại ,  ⇒  và cường độ dòng điện đang tăng nên  rad.

        Biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều theo thời gian là  (A).

Vậy phát biểu A,B,D đúng; phát biểu C sai.

Câu 17. Đồng vị phóng xạ  có chu kì bán rã là 138,4 ngày. Xét một mẫu chất đang chứa hạt nhân  (tại thời điểm ban đầu). Sau bao lâu kể từ thời điểm ban đầu thì tỉ số giữa số hạt nhân  đã phân rã thành hạt nhân khác và số hạt nhân  còn lại bằng 3?

        A. 415,2 ngày.        B. 276,8 ngày.        C. 321,4 ngày.        D. 219,4 ngày.

Hướng dẫn giải

        Thời điểm t có tỉ số giữa số hạt nhân  đã phân rã thành hạt nhân khác và số hạt nhân  còn lại bằng 3 là:

                 ⇔ 

                ⇔ 

                ⇔ 

                ⇔  ngày.

Câu 18. Đặt một điện áp xoay chiều có giá trị cực đại là 200 V vào hai đầu một điện trở 50 Ω. Cường độ dòng điện hiệu dụng qua điện trở xấp xỉ bằng

        A. 2,8 A.        B. 4,0 A.        C. 5,6 A.        D. 2,0 A.

Hướng dẫn giải

        Điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng là:  (V).

        Cường độ dòng điện hiệu dụng qua điện trở là:  A.

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 nhân viên pha chế một mẫu trà sữa bằng cách trộn các chất lỏng lại với nhau, gồm: nước trà đen (mẫu T), nước đường nâu (mẫu D) và sữa tươi (mẫu S). Các mẫu chất lỏng này chỉ trao đổi nhiệt lẫn nhau mà không gây ra các phản ứng hóa học. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường. Nhiệt độ trước khi trộn của mẫu T, mẫu D và mẫu S lần lượt là 22 °C, 25 °C và 30 °C. Khối lượng của mẫu T, mẫu D và mẫu S lần lượt là  (kg),  (kg) và  (kg). Biết rằng:

        Khi trộn mẫu T với mẫu D với nhau thì nhiệt độ cân bằng của hệ là 24 °C.

        Khi trộn mẫu D với mẫu S với nhau thì nhiệt độ cân bằng của hệ là 28 °C.

        a) Nhiệt độ cân bằng của hệ khi trộn mẫu T với mẫu S là .

        b) Nhiệt độ cân bằng của hệ khi trộn cả ba mẫu là .

        c) Nếu nhân viên này pha thêm một mẫu sữa tươi (có khối lượng  (kg)) nữa vào hỗn hợp ba mẫu ở câu b thì nhiệt độ cân bằng của hệ lúc này là .

        d) Biết nhiệt dung riêng của nước trà đen là  J/(kg.K), khối lượng của mẫu nước trà đen là  kg. Nhiệt nóng chảy riêng của nước đá và nhiệt dung riêng của nước lần lượt là  J/kg và  J/(kg.K). Nếu nhân viên tiếp tục thêm 0,3 kg nước đá ở 0 °C vào hỗn hợp ở câu c thì khi nhiệt độ của hỗn hợp giảm còn 8 °C, lượng nước đá đã tan hoàn toàn.

Hướng dẫn giải

a) ĐÚNG

Khi trộn mẫu T với mẫu D, ta có:

 ⇔  (1)

        Khi trộn mẫu D với mẫu S, ta có:

 ⇔  (2)

        Khi trộn mẫu T với mẫu S, ta có:

 (3)

Từ (1) và (2) suy ra:  ⇔  (4)

Từ (3) và (4) suy ra:  ⇔ 

                ⇔ .

        b) ĐÚNG

Khi trộn 3 mẫu lại với nhau, ta có:

 (5)

Từ (1), (4) và (5) suy ra: 

                ⇔ 

                ⇔ .

        c) ĐÚNG

Khi nhân viên pha thêm một mẫu sữa tươi (có khối lượng  (kg)) nữa vào hỗn hợp ba mẫu ở câu b, ta có:

 (6)

Từ (1), (4) và (6) suy ra: 

                ⇔ 

                ⇔ .

        d) ĐÚNG

Khi nhân viên tiếp tục thêm 0,3 kg nước đá ở 0 °C vào hỗn hợp ở câu c thì khi nhiệt độ của hỗn hợp giảm còn 8 °C, ta có:

 (7)

Từ (1), (4) và (7) suy ra: 

                ⇔ 

                ⇔ 

                ⇔  kg.

        Khối lượng nước đá còn lại (khi nhiệt độ của hỗn hợp là 8 °C) là  kg.

Câu 2. Máy đo huyết áp hoạt động dựa trên nguyên lý đo áp suất khí trong ống dẫn. Khi nhấn nút start, máy sẽ bơm không khí (xem là khí lí tưởng) qua ống dẫn để vào vòng bít trên cánh tay và gây ra áp suất và ngắt dòng chảy của máu hoàn toàn (áp suất khí trong vòng bít đạt giá trị lớn nhất). Khi van mở ra, khí được xả ra khỏi vòng bít làm áp suất trong vòng bít giảm dần đến khi độ chênh lệch giữa áp suất khí trong vòng bít (Äp) và áp suất khí quyển bằng với huyết áp tâm thu và tạo ra âm thanh có thể nghe được giúp máy nhận biết. Sau đó, áp suất khí trong vòng bít tiếp tục giảm xuống cho đến khi âm thanh này mất đi. Ngay khi đó, độ chênh lệch giữa áp suất khí trong vòng bít và áp suất khí quyển bằng huyết áp tâm trương.

        Một người dùng máy đo huyết áp có lưu lượng khí bơm vào và xả ra là 30 cm³/s, không khí được bơm vào vòng bít có áp suất bằng áp suất khí quyển  mmHg, ở nhiệt độ 27 °C. Trong quá trình bơm và xả, nhiệt độ của khí được xem không đổi. Sau khi đo xong, kết quả hiện thị trên máy cho biết huyết áp tâm thu là 118 mmHg, huyết áp tâm trương là 78 mmHg. Trong quá trình đo, độ chênh lệch giữa áp suất khí trong vòng bít và áp suất khí quyển lúc bắt đầu bơm là 0 mmHg (thể tích khí trong vòng bít là 120 cm³, cùng nhiệt độ không khí bên ngoài) và đạt giá trị lớn nhất là 160 mmHg (thể tích khí trong vòng bít là 380 cm³). Biết 760 mmHg = 101 325 Pa và bỏ qua thể tích của ống dẫn.

        a) Áp suất của khối khí trong vòng bít đạt giá trị nhỏ nhất và lớn nhất trong quá trình đo lần lượt là 760 mmHg và 920 mmHg.

        b) Nếu không khí được bơm liên tục vào vòng bít thì để độ chênh lệch giữa áp suất khí trong vòng bít và áp suất khí quyển từ 0 mmHg đến 160 mmHg ta cần bơm khí trong 9 giây.

        c) Lượng không khí đã được bơm vào vòng bít để độ chênh lệch giữa áp suất khí trong vòng bít và áp suất khí quyển tăng từ 0 mmHg đến 160 mmHg xấp xỉ bằng 0,014 mol.

        d) Động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí trong vòng bít trước khi bơm không khí vào xấp xỉ bằng 6,21.10⁻²¹ J.

Hướng dẫn giải:

        a) ĐÚNG

Áp suất khí trong vòng bít lúc bắt đầu bơm là:  mmHg.

        Áp suất khí trong vòng bít khi độ chênh lệch giữa áp suất khí trong vòng bít và áp suất khí quyển đạt giá trị lớn nhất là:  mmHg.

        Vậy áp suất của khối khí trong vòng bít đạt giá trị nhỏ nhất và lớn nhất trong quá trình đo lần lượt là 760 mmHg và 920 mmHg.

        b) SAI

Trong quá trình bơm, nhiệt độ khí không đổi nên ta có:

                 ⇔  ⇔  s.

        c) ĐÚNG

Áp dụng phương trình Clapeyron cho khối khí trong vòng bít tại thời điểm có độ chênh lệch giữa áp suất khí trong vòng bít và áp suất khí quyển bằng 0 mmHg và bằng 160 mmHg lần lượt ta có:

                 ⇔  mol.

                 ⇔  mol.

        Lượng không khí đã được bơm vào vòng bít để độ chênh lệch giữa áp suất khí trong vòng bít và áp suất khí quyển tăng từ 0 mmHg đến 160 mmHg là:

                 mol.

        d) ĐÚNG

Động năng tịnh tiến trung bình của các phân tử khí trong vòng bít trước khi bơm không khí vào là:

 J.

Câu 3. Đặt điện áp xoay chiều có biểu thức  (V) vào hai đầu một đoạn mạch. Biểu thức cường độ dòng điện tức thời chạy trong mạch là  (A).

        a) Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch trễ pha hơn cường độ dòng điện trong mạch một góc  rad.

        b) Khi mắc nối tiếp một ampe kế lí tưởng vào đoạn mạch trên thì giá trị hiển thị trên ampe kế là 10 A.

        c) Khi điện áp tức thời có giá trị 220 V thì cường độ dòng điện tức thời đạt giá trị cực đại.

        d) Tổng trở của đoạn mạch có giá trị bằng 44 Ù.

Hướng dẫn giải

        a) ĐÚNG

Ta có:  rad.

Vậy điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch trễ pha hơn cường độ dòng điện trong mạch một góc  rad.

        b) SAI

Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là  A.

Vậy giá trị hiển thị trên ampe kế khi mắc nối tiếp vào đoạn mạch là 5 A.

        c) SAI

Khi điện áp tức thời có giá trị 220 V, ta có:  ⇔ 

        ⇒  (k ∈ N) hoặc  (k ∈ N*)

        Cường độ dòng điện trong đoạn mạch tại thời điểm  và  lần lượt là:

.

và ; với  (A).

        d) SAI

Giá trị của tổng trở của đoạn mạch là  Ù.

Câu 4. Hình bên biểu diễn sơ đồ hoạt động của cảm biến báo khói ion hóa. Nguồn phóng xạ α Americium  được đặt giữa hai bản kim loại nối với một pin. Các hạt α được phóng ra làm ion hóa không khí giữa hai bản kim loại đặt song song và nối vào hai cực của nguồn điện, cho phép một dòng điện nhỏ chạy giữa hai bản kim loại đó và chuông báo không kêu. Nếu có khói bay vào giữa hai bản kim loại, các ion trong này sẽ kết hợp với các phân tử khói và dịch chuyển chậm hơn làm cường độ dòng điện giữa hai bản kim loại giảm đi. Khi dòng điện giảm tới mức nhất định thì cảm biến báo khói sẽ gửi tín hiệu kích hoạt đến chuông báo cháy.

        Nguồn phóng xạ α Americium  chứa trong cảm biến báo khói ion hóa có khối lượng ban đầu là 0,2025 ìg. Biết hằng số phóng xạ của  bằng . Lấy khối lượng nguyên tử xấp xỉ bằng số khối của nguyên tử tính theo đơn vị amu và 1 năm = 365 ngày.

        a) Chu kì bán rã của Americium  xấp xỉ bằng 432,2 năm.

        b) Số lượng hạt nhân Americium  ban đầu xấp xỉ bằng  hạt.

        c) Độ phóng xạ của nguồn phóng xạ α Americium  ở thời điểm ban đầu xấp xỉ bằng .

        d) Sau khi sử dụng 15 năm, độ phóng xạ của nguồn phóng xạ α Americium  trong cảm biến báo khói đã giảm xấp xỉ 0,0238 % so với độ phóng xạ của nguồn ở thời điểm ban đầu.

Hướng dẫn giải

        a) ĐÚNG

Chu kì bán rã của Americium  là:  năm.

        b) SAI

Số lượng hạt nhân Americium  ban đầu là:

 hạt.

        c) ĐÚNG

Độ phóng xạ của nguồn phóng xạ α Americium  ở thời điểm ban đầu là:

.

        d) SAI

Tỉ lệ phần trăm giữa độ phóng xạ của nguồn phóng xạ α Americium  đã giảm so với độ phóng xạ ban đầu là:

.

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

Câu 1. Một nhân viên spa muốn pha nước tắm cho các bé, nhân viên này mở vòi nước nóng ở 90 °C và vòi nước lạnh ở 10 °C đồng thời chảy vào bể đã chứa sẵn 50 lít nước ở 20 °C. Biết lưu lượng của mỗi vòi là 0,25 ℓ/s. Hệ thống massage được mở liên tục trong quá trình bơm nước vào bể để tạo dòng nước, khuấy đều để nhiệt độ nước tăng đều. Bỏ qua sự truyền nhiệt với bể chứa và môi trường. Xem khối lượng riêng của nước nóng và lạnh đều bằng 997 kg/m³.

        Để thu được nước có nhiệt độ 40 °C thì nhân viên cần mở hai vòi chảy liên tục trong bao nhiêu giây?

Hướng dẫn giải

        Gọi ô (s) là khoảng thời gian bơm nước vào bể.

        Lượng nước chảy vào bể của mỗi vòi trong khoảng thời gian ô là:

                 (kg).

        Xét sự truyền nhiệt giữa lượng nước chứa trong bể với lượng nước nóng, lạnh được bơm vào, ta có:

 ⇒ 

                ⇔  s

Câu 2. Một bình hình trụ dung tích 10 lít, đặt thẳng đứng, được đậy kín bằng nắp có khối lượng 1 kg, bán kính 10 cm. Trong bình chứa khí lí tưởng ở nhiệt độ 100 °C và áp suất bằng áp suất khí quyển 10⁵ Pa. Khi nhiệt độ khối khí trong bình giảm còn 25 °C thì cần một lực tối thiểu bằng bao nhiêu newton (N) để mở nắp bình (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị)?

Lấy g = 10 m/s².

Hướng dẫn giải

        Diện tích nắp là  m².

        Khí trong bình có khối lượng và thể tích không đổi, nên ta có:

                 ⇔  ⇔  Pa.

        Để mở nắp bình thì cần một lực  có độ lớn thỏa mãn biểu thức:

⇒  N.

Câu 3. Một mol khí lí tưởng thực hiện quá trình biến đổi trạng thái có nhiệt độ tăng từ 27 ⁰C lên 87 ⁰C, áp suất được giữ không đổi và thể tích khối khí thay đổi một lượng là 1,4 lít. Công mà khối khí đã thực hiện được trong quá trình biến đổi trạng thái này bằng bao nhiêu (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị) ?

Hướng dẫn giải

        Khối khí thực hiện quá trình biến đổi trạng thái đẳng áp, nên ta có:

                 ⇔  (Do V ~ T nên T tăng thì V tăng)

                ⇔  lít.

        Áp dụng phương trình Clapeyron cho khối khí ở trạng thái trước khi tăng nhiệt độ, ta có:

                 ⇔ 

        Công mà khối khí đã thực hiện được trong quá trình biến đổi trạng thái đã cho là:

 J.

Câu 4. Một bếp điện được dùng để đun sôi 1,5 lít nước ở nhiệt độ ban đầu là 30 °C trong 4,6 phút. Bếp được sử dụng với mạng điện dân dụng ở Việt Nam có biểu thức điện áp là  (V). Biết nhiệt dung riêng và khối lượng riêng của nước lần lượt là 4 200 J/(kg.K) và 997 kg/m³. Điện trở của bếp điện là 24,2 Ù. Hiệu suất của bếp điện là x %. Giá trị của x là bao nhiêu (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị) ?

Hướng dẫn giải

        Khối lượng của 1,5 lít nước là:  kg.

        Nhiệt lượng nước thu vào để tăng nhiệt độ đến khi sôi là:

                 J.

        Nhiệt lượng bếp điện tỏa ra trong 4,6 phút là:

                 J.

        Hiệu suất của bếp điện là:

Sử dụng các thông tin sau cho Câu 5 và Câu 6: Máy xạ trị (như hình bên) thường sử dụng nguồn phóng xạ  có chu kì bán rã là 5,3 năm. Để đáp ứng đúng các tiêu chí y học để điều trị bệnh, thiết bị sẽ bắt buộc phải bảo dưỡng để hiệu chỉnh lại chùm tia chiếu xạ trước khi độ phóng xạ giảm đi 7% và phải thay nguồn phóng xạ mới trước khi độ phóng xạ giảm đi 50%. Lấy 1 năm = 12 tháng. Biết mỗi lần bảo dưỡng không làm ảnh hưởng đến nguồn phóng xạ.

Câu 5. Khoảng thời gian tối đa phải thực hiện bảo dưỡng máy xạ trị lần tiếp theo (gọi là chu kì bảo dưỡng) theo đơn vị tháng (lấy phần nguyên) bằng bao nhiêu ?

Hướng dẫn giải

        Máy xạ trị phải bảo dưỡng trước khi độ phóng xạ của nguồn phóng xạ giảm đi 7%. Khi đó, chu kì bảo dưỡng () thỏa mãn biểu thức:

                 ⇔  ⇔ 

                        ⇔ 

                        ⇒  tháng.

        Vậy lịch bảo dưỡng của máy xạ trị đó là sau mỗi 6 tháng.

Câu 6. Nếu thực hiện bảo dưỡng đúng lịch bảo dưỡng thì sau nhiều nhất bao nhiêu lần bảo dưỡng (với chu kì bảo dưỡng được xác định ở câu 5) thì ta cần thay nguồn phóng xạ mới?

Hướng dẫn giải

        Máy xạ trị phải thay nguồn phóng xạ mới trước khi độ phóng xạ giảm đi 50%. Khi đó, số lần bảo dưỡng n nhiều nhất trước khi thay nguồn phóng xạ thỏa mãn biểu thức:

                 ⇔  ⇒ 

                ⇔ 

                ⇒ 

        Nếu thực hiện bảo dưỡng đúng lịch bảo dưỡng thì sau 10 lần bảo dưỡng (với chu kì bảo dưỡng được xác định ở câu 5 là  tháng) thì ta cần thay nguồn phóng xạ mới.