Sử dụng các thông tin sau cho Câu 13 và Câu 14: Một khung dây dẫn kín phẳng hình vuông ABCD có cạnh 5 cm, gồm 200 vòng. Khung dây chuyển động thẳng đều tiến lại vùng không gian (EFGH) có từ trường đều (các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây dẫn và mặt phẳng (EFGH)) như hình vẽ bên dưới. Biết khung dây dẫn có điện trở 0,4 Ù và có tốc độ 2 m/s; cảm ứng từ của từ trường có độ lớn là 0,005 T.

Câu 13. Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về chiều dòng điện chạy trong khung dây dẫn ABCD?

        A. Chiều dòng điện chạy trong khung dây dẫn ABCD ngược chiều quay của kim đồng đồ kể từ thời điểm cạnh BC của khung dây bắt đầu gặp từ trường đến thời điểm khung dây vừa nằm hẳn trong từ trường.

        B. Chiều dòng điện chạy trong khung dây dẫn ABCD ngược chiều quay của kim đồng đồ kể từ thời điểm cạnh DA của khung dây bắt đầu gặp từ trường đến thời điểm cạnh BC của khung dây vừa rời khỏi từ trường.

        C. Chiều dòng điện chạy trong khung dây dẫn ABCD cùng chiều quay của kim đồng đồ kể từ thời điểm cạnh BC của khung dây bắt đầu gặp từ trường đến thời điểm khung dây vừa nằm hẳn trong từ trường.

        D. Chiều dòng điện chạy trong khung dây dẫn ABCD cùng chiều quay của kim đồng đồ kể từ thời điểm cạnh DA của khung dây bắt đầu gặp từ trường đến thời điểm cạnh BC của khung dây vừa rời khỏi từ trường.

Hướng dẫn giải

        Trong khoảng thời gian kể từ thời điểm cạnh DA của khung dây bắt đầu gặp từ trường đến thời điểm cạnh BC của khung dây vừa rời khỏi từ trường, khung dây dẫn chuyển động thẳng đều trong từ trường đều nên từ thông xuyên qua khung dây không biến thiên. Khi đó, trong khung dây dẫn không xuất hiện dòng điện.

        Trong khoảng thời gian kể từ thời điểm cạnh BC của khung dây bắt đầu gặp từ trường đến thời điểm khung dây vừa nằm hẳn trong từ trường, diện tích khung dây dẫn nằm trong từ trường tăng đều nên từ thông xuyên qua khung dây tăng đều. Dựa vào định luật Lenz ta xác định được  ngược hướng với  của từ trường đều. Sử dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây dẫn khi đó cùng chiều quay của kim đồng hồ.

Câu 14. Cường độ dòng điện chạy trong khung dây dẫn từ thời điểm cạnh BC của khung dây bắt đầu gặp từ trường đến thời điểm khung dây vừa nằm hẳn trong từ trường là

        A. 2,5 mA.        B. 2,5 A.        C. 6,25 mA.        D. 0,25 A.

Hướng dẫn giải

        Tại thời điểm  khi khung dây có cạnh BC bắt đầu vào vùng từ trường đều thì diện tích khung dây nằm trong từ trường  và thời điểm t thì diện tích khung dây nằm trong từ trường là .

        Độ lớn suất điện động cảm ứng suất hiện trong khung dây dẫn ABCD là:

 (Wb).

        Cường độ dòng điện chạy trong khung dây dẫn ABCD là:

 (A).

Câu 15. Một máy biến áp lý tưởng có số vòng dây cuộn sơ cấp là 500 vòng, cuộn thứ cấp là 100 vòng. Điện áp hiệu dụng đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp là 220V. Nối hai đầu dây của cuộn thứ cấp vào điện trở  Ù thành mạch kín thì dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp là dòng điện

        A. xoay chiều có cường độ dòng điện hiệu dụng bằng 4,4 A.

        B. một chiều có cường độ dòng điện bằng 4,4 A.

        C. xoay chiều có cường độ dòng điện hiệu dụng bằng  A.

        D. một chiều có cường độ dòng điện bằng 2,2 A.

Hướng dẫn giải

        Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây thứ cấp là:

 ⇔  (V).

        Cường độ dòng điện hiệu dụng chạy trong cuộn dây thứ cấp là:

 (A).

        Và dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp là dòng điện xoay chiều.

Câu 16. Trong nguyên tử đồng vị phóng xạ  có

        A. 90 electron, tổng số proton và electron bằng 210.

        B. 90 proton, tổng số neutron và electron bằng 210.

        C. 90 neutron, tổng số neutron và electron bằng 210.

        D. 90 neutron, tổng số proton và electron bằng 210.

Hướng dẫn giải

        Trong nguyên tử đồng vị phóng xạ  có 90 proton, 90 electron, 120 neutron, số khối (số nucleon bằng tổng số neutron và proton (hay electron)) là 210.

Câu 17. Khối lượng nguyên tử của một nguyên tố hoá học là khối lượng trung bình của một nguyên tử chất đó (tính theo đơn vị amu). Vì trong một khối chất hoá học trong thiên nhiên bao giờ cũng chứa một số đồng vị của chất đó với những tỉ lệ xác định, nên khối lượng nguyên tử của một nguyên tố hoá học không bao giờ là một số nguyên, trong khi đó số A của một hạt nhân bao giờ cũng là một số nguyên. Neon thiên nhiên có ba thành phần là ;  và . Trong đó thành phần  chỉ chiếm 0,26%, còn lại chủ yếu là hai thành phần kia. Khối lượng nguyên tử của neon là 20,179 amu. Tỉ lệ phần trăm của các thành phần  và  lần lượt là

        A. 8,82% và 90,92%.        B. 90,92% và 8,82%.        C. 88,19% và 11,55%.        D. 11,55% và 88,19%.

Hướng dẫn giải

        Gọi x% và y% lần lượt là tỉ lệ phần trăm của  và  có trong neon thiên nhiên.

(;).

        Khối lượng của neon là 20,179 amu, nên ta có:

 ⇔  (1)

        Neon thiên nhiên có ba thành phần là ;  và , nên ta có:

 ⇔  (2)

        Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:

 ⇒ 

        Vậy tỉ lệ phần trăm của các thành phần  và  lần lượt là 90,92% và 8,82%.

Câu 18. Bom hydrogen (bom H) là một loại vũ khí hạt nhân có sức tàn phá lớn hơn bom nguyên tử (bom A) rất nhiều lần, dù hiện nay cả bom hydrogen và bom nguyên tử đều không được sử dụng trong các cuộc chiến tranh. Sở dĩ bom hydrogen có sức tàn phá lớn như vậy là do nó là sự kết hợp của phản ứng phân hạch của  (giai đoạn 1) để tạo ra môi trường có nhiệt độ rất cao, cung cấp động năng cho các hạt tham gia phản ứng nhiệt hạch (giai đoạn 2) theo phương trình phản ứng  +  →  +  + 17,6 MeV.

        Giả sử năng lượng tỏa ra từ quá trình phân hạch còn lại sau khi tạo phản ứng nhiệt hạch là 2,8.10¹⁰ J và khối lượng  được tạo thành từ một vụ nổ bom hydrogen trong thí nghiệm vũ khí hạt nhân là 200 g thì sức tàn phá của quả bom này tương đương với khoảng bao nhiêu tấn thuốc nổ TNT? Biết rằng năng lượng tỏa ra khi một tấn thuốc nổ TNT cháy hoàn toàn là 4,2.10⁹ J; khối lượng nguyên tử bằng số khối của nguyên tử đó tính theo đơn vị amu.

        A. 20 197,14 tấn.        B. 20 190,48 tấn.        C. 20 167 tấn.        D. 20 188 tấn.

Hướng dẫn giải

        Số nguyên tử  được tạo thành từ một vụ nổ bom hydrogen trong thí nghiệm vũ khí hạt nhân là:

 nguyên tử.

        Tổng năng lượng tỏa ra của các phản ứng nhiệt hạch là:

 (J).

        Tổng năng lượng tỏa ra từ một vụ nổ bom hydrogen trong thí nghiệm vũ khí hạt nhân là:

 (J).

        Lượng thuốc nổ TNT cháy hoàn toàn để có năng lượng tỏa ra bằng với năng lượng tỏa ra từ một vụ nổ bom hydrogen trong thí nghiệm vũ khí hạt nhân đã cho là:

 tấn.

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 ấm đun nước có công suất không đổi 2 100 W và có nhiệt kế hiển thị nhiệt độ tức thời của nước trong ấm. Một bạn học sinh dùng ấm này để đun nước với lượng nước có sẵn trong ấm, nhiệt độ hiển thị ban đầu là . Sau khoảng thời gian đun  phút thì nhiệt độ của nước tăng lên tới  và bạn học sinh bắt đầu thêm nước ở nhiệt độ  °C () vào trong ấm (nước được đun liên tục và đảm bảo an toàn về điện). Tại thời điểm  phút thì nhiệt độ của nước đạt . Sau khoảng thời gian 5 phút kể từ thời điểm  thì nước bắt đầu sôi.

        Hình vẽ bên là đồ thị biểu diễn nhiệt độ của nước trong ấm theo thời gian trong quá trình đun. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường. Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra nhanh chóng. Biết nhiệt dung riêng và nhiệt hóa hơi riêng của nước lần lượt là 4 200 J/(kg.K) và 2,3.10⁶ J/kg.

        a) Nhiệt lượng do ấm cung cấp từ thời điểm ban đầu đến thời điểm nước bắt đầu sôi là 21 000 J.

        b) Lượng nước có sẵn trong ấm và lượng nước được thêm vào ấm lần lượt là 2,25 kg và 1,5 kg.

        c) Nhiệt độ ban đầu của lượng nước được thêm vào ấm là .

        d) Khi nước sôi, bạn học sinh lấy ra 3 kg nước từ ấm. Bạn quên đậy nắp và không ngắt điện nên sau 10 phút nước trong ấm bay hơi hoàn toàn.

Hướng dẫn giải

        a) SAI

        Nhiệt lượng do ấm cung cấp từ thời điểm ban đầu đến thời điểm nước bắt đầu sôi là:

 J.

        b) SAI

        Do bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường nên nhiệt lượng ấm tỏa ra bằng nhiệt lượng nước thu vào.

        Trong khoảng thời gian từ  đến  phút, ta có:

                ⇔ 

                ⇔  kg.

Lượng nước có sẵn trong ấm là 1,5 kg.

        Trong khoảng thời gian từ  phút đến thời điểm  nước trong ấm bắt đầu sôi, ta có:

                ⇔ 

                ⇔  kg.

Lượng nước được thêm vào ấm là 2,25 kg.

        c) ĐÚNG

Trong khoảng thời gian từ  phút đến  phút, ta có:

                ⇔ 

                ⇔ .

        d) SAI

Sau khi bạn học sinh lấy ra 3 kg nước thì lượng nước còn lại trong ấm là  kg.

        Thời gian để lượng nước còn lại hóa hơi hoàn toàn là:

 ⇔  ⇔  s  phút.

Câu 2. Một khối khí lí tưởng được chứa trong một xi lanh đặt nằm ngang có pit tông di chuyển được (như hình bên), pit tông có khối lượng 200 g, tiết diện 25 cm² và ban đầu pit tông ở giữa xi lanh, cách miệng xi lanh 15 cm. Người ta cung cấp nhiệt lượng một cách đều đặn cho khối khí, khối khí nở ra và đẩy pit tông từ trạng thái nghỉ di chuyển được 5 cm với gia tốc 5 m/s². Biết lực ma sát giữa pit tông và xi lanh có độ lớn 20 N; áp suất khí quyển là 10⁵ Pa.

        a) Khối khí nở ra và đẩy pit tông chuyển động thẳng nhanh dần đều.

        b) Công mà khối khí đã thực hiện để pit tông di chuyển 5 cm bằng 1,05 J.

        c) Nếu nhiệt lượng đã cung cấp cho khối khí để đẩy pit tông di chuyển 5 cm như trên là 30 J thì độ biến thiên nội năng của khối khí là 16,45 J.

        d) Nếu tiếp tục cung cấp nhiệt cho khối khí thì pit tông sẽ di chuyển tiếp đến miệng xi lanh. Trong quá trình đó, nhiệt độ của khối khí tăng gấp 2 lần.

Hướng dẫn giải

        a) ĐÚNG

Khối khí nhận nhiệt lượng nên nở ra và đẩy pit tông di chuyển từ trạng thái nghỉ ( m/s) với gia tốc 5 m/s².

        Vậy khối khí nở ra và đẩy pit tông chuyển động thẳng nhanh dần đều.

        b) SAI

Lực () do khối khí tác dụng lên pit tông là:

        Áp dụng định luật II Newton, ta có:

        Chọn chiều dương là chiều chuyển động nên ta có:

        ⇔ 

        ⇔  (N).

        Công mà khối khí đã thực hiện để pit tông di chuyển 5 cm là:

 (J).

        c) ĐÚNG

 Nếu nhiệt lượng đã cung cấp cho khối khí để đẩy pit tông di chuyển 5 cm như trên là 30 J thì độ biến thiên nội năng của khối khí là  (J).

        d) SAI

Do khối khí được cung cấp nhiệt một cách đều đặn nên pit tông luôn chuyển động với gia tốc 5 m/s² và áp suất của khối khí không đổi.

        Trong quá trình pit tông tiếp tục di chuyển đến miệng ống xi lanh, ta có:

 ⇔  ⇒ .

Câu 3. Một khung dây dẫn hình tròn đường kính 5 cm được đặt trong vùng từ trường đều có các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Hai đầu của dây được nối với một bóng đèn nhỏ tạo thành mạch kín (đèn không bị hư). Biết điện trở của khung dây dẫn và bóng đèn lần lượt là  Ω và  Ω. Tại thời điểm ban đầu (t = 0 s), người ta bắt đầu thay đổi độ lớn cảm ứng từ theo đồ thị như hình bên.

        a) Tại thời điểm t = 0 s, không có từ thông xuyên qua tiết diện của khung dây dẫn.

        b) Tổng thời gian đèn sáng trong quá trình thay đổi độ lớn cảm ứng từ nói trên là 5 s.

        c) Độ sáng của đèn trong khoảng thời gian từ t = 0 s đến t = 1 s mạnh hơn độ sáng của đèn trong khoảng thời gian từ t = 3 s đến t = 4 s.

        d) Nhiệt lượng tỏa ra trên bóng đèn trong một giây cuối cùng của quá trình thay đổi độ lớn cảm ứng từ xấp xỉ bằng 1,1.10⁻⁷ J.

Hướng dẫn giải

        a) ĐÚNG

Từ thông xuyên qua tiết diện S của khung dây dẫn là 

Tại thời điểm  s, ta có  T nên  Wb.

Vậy tại thời điểm  s, không có từ thông xuyên qua tiết diện của khung dây dẫn.

        b) SAI

Khi độ lớn cảm ứng từ của từ trường thay đổi thì từ thông xuyên qua tiết diện của khung dây dẫn biến thiên và sinh ra dòng điện cảm ứng trong khung dây làm cho đèn sáng.

Dựa vào đồ thị đã cho ta xác định được tổng thời gian đèn sáng trong quá trình thay đổi độ lớn cảm ứng từ đã cho là 3 s.

        c) ĐÚNG

Diện tích khung dây dẫn là  m².

        Trong khoảng thời gian từ  s đến  s, suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện sinh ra trong khung dây dẫn có độ lớn lần lượt là:

 (V).

và  (A).

        Trong khoảng thời gian từ  s đến  s, suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện sinh ra trong khung dây dẫn có độ lớn lần lượt là:

 (V).

và  (A).

        Do  nên độ sáng của đèn trong khoảng thời gian từ t = 0 s đến t = 1 s mạnh hơn độ sáng của đèn trong khoảng thời gian từ t = 3 s đến t = 4 s.

        d) SAI

Cường độ dòng điện cảm ứng sinh ra trong khung dây dẫn ở 1 giây cuối có độ lớn là:

 (V).

 (A).

        Nhiệt lượng tỏa ra trên bóng đèn trong một giây cuối cùng của quá trình thay đổi độ lớn cảm ứng từ là:

 (J).

Câu 4. Đặt một điện áp xoay chiều vào hai đầu đoạn mạch chỉ chứa điện trở R = 15 Ù. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của điện áp xoay chiều u (V) theo thời gian t (ms) như hình vẽ.

        a) Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch có giá trị là 12 V.

        b) Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch là  (V).

        c) Cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch có giá trị hiệu dụng là 0,8 mA.

        d) Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R trong 1 phút là 576 J.

Hướng dẫn giải

        a) ĐÚNG

Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch là:

 (V).

        b) SAI

Chu kì biến thiên của điện áp xoay chiều:  (s).

⇒  (rad/s).

        Pha ban đầu của điện áp xoay chiều:

                Tại t = 0 s, ta có:  ⇒  (rad).

        Do giá trị điện áp tức thời đang tăng nên  (rad).

        Biểu thức điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch:

 (V).

        c) SAI

Cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch có giá trị hiệu dụng là:

 (A).

        d) ĐÚNG

Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R trong 1 phút là:

 (J).

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

Câu 1. Một bình cầu có thể tích  lít chứa 2 mol khí lí tưởng như hình bên. Van bảo hiểm của bình là một xi lanh (thể tích không đáng kể so với thể tích bình cầu) có pit tông diện tích S = 40 cm² được giữ bằng lò xo có độ cứng k = 100 N/m. Khi nhiệt độ của khí là  thì pit tông ở vị trí cách lỗ thoát khí một khoảng ℓ = 8 cm. Biết lực đàn hồi của lò xo được xác định bằng công thức  và lò xo luôn bị nén. Nhiệt độ của khối khí tăng tới nhiệt độ  (°C) nào thì khí bắt đầu thoát ra ngoài (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị)?

Hướng dẫn giải

        Ở nhiệt độ  thì lực  do khối khí trong bình tác dụng lên pit tông bằng tổng lực đàn hồi  của lò xo lúc này và áp lực của khí quyển :

 (1)

        Ở nhiệt độ  thì lực  do khối khí tác dụng lên pit tông bằng tổng lực đàn hồi  của lò xo lúc này và áp lực của khí quyển F_kq:

 (2)

Từ (1) và (2) suy ra:  (*)

        Áp dụng phương trình Clapeyron cho khối khí ở trạng thái đầu, ta có:

 ⇔ 

        Suy ra:  (3)

        Áp dụng phương trình Clapeyron cho khối khí ở trạng thái sau, ta có:

 ⇔ 

        Suy ra:  (4)

Thế (3) và (4) và (*) ta được: 

                ⇔ 

                ⇔ 

Vậy nhiệt độ của khối khí trong bình cầu tại thời điểm khí bắt đầu thoát ra ngoài là:

Câu 2. Một bình Oxy y tế có thể tích 10 lít, chứa khí oxygen ở áp suất 1,5.10⁷ Pa và nhiệt độ 25 °C. Sau một thời gian sử dụng, nhiệt độ và áp suất của khối khí trong bình giảm còn 20 °C và 3.10⁶ Pa. Biết khối lượng phân tử khí oxygen là 32 g/mol. Lượng khí oxygen đã sử dụng theo đơn vị gram (g) (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị) bằng bao nhiêu ?

Hướng dẫn giải

        Áp dụng phương trình Clapeyron cho lượng khí oxygen trong bình ở trạng thái trước khi sử dụng, ta có:

 ⇔ 

        Áp dụng phương trình Clapeyron cho lượng khí oxygen trong bình ở trạng thái sau khi sử dụng, ta có:

 ⇔ 

        Lượng khí oxygen đã sử dụng là:

 (g).

Câu 3. Một cuộn dây dẫn kín, dẹt hình tròn, gồm 200 vòng, mỗi vòng có bán kính 8 cm, mỗi mét dài của dây dẫn có điện trở  Ω. Đặt cuộn dây trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ  vuông góc với mặt phẳng các vòng dây và có độ lớn giảm đều từ  T đến 0 T trong khoảng thời gian  s. Cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây là bao nhiêu A ?

Hướng dẫn giải

        Suất điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây dẫn kín có độ lớn là:

 (V).

Chiều dài dây dẫn quấn cuộn dây là  (m).

Cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây có độ lớn là:

 (A).

Câu 4. Cho khối lượng nguyên tử của đồng vị cacbon C; electron; proton và neutron lần lượt là 12112,490 MeV/c²; 0,511 MeV/c²; 938,256 MeV/c² và 939,550 MeV/c². Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân C theo đơn vị MeV bằng bao nhiêu (làm tròn kết quả đến hàng phần chục)?

Hướng dẫn giải

        Năng lượng liên kết riêng của hạt nhân C là:

 MeV.

Câu 5. Đồng vị phóng xạ chromium  được sử dụng trong phương pháp nguyên tử đánh dấu của y học hạt nhân khi chẩn đoán các bệnh về thận và huyết học. Chu kì bán rã và khối lượng nguyên tử chromium  lần lượt là 27,7 ngày và 51 amu. Mẫu chromium  nguyên chất với độ phóng xạ 23,9.10¹¹ Bq có khối lượng bao nhiêu mg (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm)?

Hướng dẫn giải

        Khối lượng của mẫu chromium  nguyên chất có độ phóng xạ 23,9.10¹¹ Bq là:

 ⇔  mg.

Câu 6. Dược chất phóng xạ FDG có thành phần là đồng vị  với chu kì bán rã là 110 phút, được sử dụng trong chụp ảnh cắt lớp PET. Dược chất này được sản xuất bằng cách bắn phá vào các hạt đồng vị  nhờ một loại hạt được tăng tốc bằng máy gia tốc. Trước khi chụp ảnh cắp lớp PET, bệnh nhân sẽ được tiêm liều lượng dược chất FDG để đảm bảo độ phóng xạ trên mỗi kg cân nặng là 0,1 mCi không đổi. Hai bệnh nhân cùng cân nặng, cùng sử dụng FDG trong cùng một đợt sản xuất, nhưng được tiêm ở 2 thời điểm cách nhau 55 phút. Bệnh nhân hai phải tiêm lượng FDG nhiều hơn bệnh nhân một bao nhiêu phần trăm (làm tròn kết quả đến hàng phần chục)?

Hướng dẫn giải

        Gọi  là lượng dược chất FDG tại thời điểm sản xuất.

        Lượng dược chất FDG còn lại tại thời điểm tiêm cho bệnh nhân một là:

        Lượng dược chất FDG còn lại tại thời điểm tiêm cho bệnh nhân hai là:

        Để đảm bảo độ phóng xạ trên mỗi kg cân nặng của bệnh nhân là 0,1 mCi cần tiêm thêm một lượng là:

        Tỉ số phần trăm giữa lượng dược chất FDG cần tiêm thêm cho bệnh nhân hai so với lượng dược chất FDG được tiêm cho bệnh nhân một là: